Способ автоматического управления процессом прокатки в черновой группе клетей непрерывного прокатного стана
METHOD FOR AUTOMATIC CONTROL OF THE ROLLING PROCESS IN THE ROUGHING GROUP OF STANDS OF A CONTINUOUS ROLLING MILL

Изобретение относится к автоматизации прокатного производства и может быть использовано для снижения динамических нагрузок, возникающих при захвате полосы валками горизонтальных и вертикальных клетей непрерывной подгруппы черновой группы широкополосного стана горячей прокатки.
Известен способ согласования скоростей валков горизонтальных и вертикальных клетей черновой группы непрерывного прокатного стана, согласно которому для режима свободной прокатки осуществляют задание скоростей и их соотношений для предыдущей и последующей клетей межклетевого промежутка, измерение и запоминание тока двигателя предыдущей клети в режиме свободной прокатки, измерение токов статической нагрузки двигателей предыдущей и последующей клетей межклетевого промежутка при одновременном нахождении в них полосы, в зависимости от соотношения этих сигналов осуществляют пропорционально-интегральное регулирование скорости предыдущей клети, выполняют передачу выходного суммарного сигнала в систему регулирования предыдущего межклетевого промежутка, осуществляют адаптивную коррекцию уставки скорости предыдущей клети по запомненной последней скорости для оптимального приема следующей заготовки (способ реализуется устройством, см. авт. св. СССР №1708462, В21В 37/48).
Недостатком известного способа является низкая надежность электроприводов горизонтальных и вертикальных клетей черновой группы непрерывного прокатного стана. При захвате полосы валками последующей горизонтальной клети не учитывается величина отклонения (статической просадки) скорости электропривода валков вертикальной клети. В результате этого к моменту захвата полосы валками этой клети появляется рассогласование линейных скоростей горизонтальных и вертикальных валков. Захват в условиях рассогласования скоростей валков сопровождается ударом раската о валки горизонтальной клети, что приводит к возникновению динамических нагрузок, разрушающих механическое и электрическое оборудование стана, и соответственно, снижающих его надежность и срок эксплуатации. Также возникают динамические удары при входе полосы в вертикальную клеть, вследствие рассогласования скорости ее валков и скорости выхода полосы из предыдущей горизонтальной клети.
в
Г(i)
B
Bcв.сред.
B
B
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ автоматического управления процессом прокатки в черновой группе клетей непрерывного прокатного стана, состоящей из последовательно расположенных предыдущей (i-1)-й горизонтальной, вертикальной и последующей i-й горизонтальной клетей, согласно которому задают и измеряют окружные скорости горизонтальных  и вертикальных ω валков клетей, задают и измеряют величины зазоров  горизонтальных валков предыдущей (i-1)-й и последующей i-й клетей, в режиме свободной прокатки полосы в вертикальной клети до захвата полосы валками i-й горизонтальной клети вычисляют косинус угла захвата полосы горизонтальными валками последующей (i) клети по зависимости  где  - диаметр горизонтального валка, устанавливают окружную скорость валков ω последующей i-й горизонтальной клети согласно зависимости  где D - диаметр вертикального валка, через промежутки времени Δt выполняют N замеров статического тока  электропривода валков предыдущей горизонтальной клети и N замеров статического тока  электропривода валков вертикальной клети; вычисляют сумму  из N значений статического тока  вычисляют сумму  из N значений статического тока  после захвата полосы валками последующей i-й горизонтальной клети рассчитывают и запоминают среднее значение  статического тока свободной прокатки электропривода валков предыдущей (i-1) горизонтальной клети  рассчитывают и запоминают среднее значение I статического тока свободной прокатки электропривода валков вертикальной клети  при совместной прокатке полосы валками предыдущей (i-1)-й горизонтальной клети, валками вертикальной клети и валками i-й горизонтальной клети, измеряют статические токи  и  соответствующих электроприводов клетей, переходят от регулирования окружной скорости  валков предыдущей (i-1) горизонтальной клети на регулирование статического тока  электропривода указанных валков, осуществляют стабилизацию статического тока электропривода (i-1)-й горизонтальной клети путем подачи на него корректирующего сигнала, определяемого по интегральной зависимости  где  - постоянная интегрирования;  - оператор интегрирования по времени, переходят от регулирования окружной скорости валков ω вертикальной клети на регулирование статического тока I электропривода указанных валков, осуществляют стабилизацию статического тока электропривода вертикальной клети путем подачи на него корректирующего сигнала, определяемого по интегральной зависимости  запоминают измеряемые параметры электроприводов при совместной прокатке полосы в валках (i-1)-й, i-й горизонтальных клетей и валках вертикальной клети для адаптивной коррекции уставок скоростей  при захвате следующей полосы, после выхода полосы из валков (i-1)-й, вертикальной и i-й клетей осуществляют адаптивную коррекцию уставок скоростей  (см. патент РФ №2494828, В21В 37/52).
Недостатком известного способа является низкая надежность электроприводов горизонтальных и вертикальных клетей черновой группы непрерывного прокатного стана. Указанный недостаток обусловлен динамическими ударными нагрузками, возникающими при входе полосы в вертикальную клеть. Они возникают вследствие рассогласования линейной скорости ее валков и скорости выхода полосы из предыдущей (i-1)-й горизонтальной клети. Это связано с тем, что при предварительном задании скоростей электроприводов горизонтальной и вертикальной клетей не может быть учтено статическое отклонение (ошибка) скорости, возникающее при прокатке полосы в валках (i-1)-й горизонтальной клети. Захват в условиях рассогласования скоростей сопровождается ударом раската о валки вертикальной клети, что приводит к возникновению динамических нагрузок, разрушающих механическое и электрическое оборудование и соответственно снижающих его надежность и срок эксплуатации.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа автоматического управления процессом прокатки полосы, обеспечивающего повышение надежности и срок эксплуатации электроприводов горизонтальных и вертикальных клетей непрерывной подгруппы черновой группы широкополосного стана горячей прокатки.
Технический результат предлагаемого изобретения - снижение динамических нагрузок, возникающих при захвате полосы валками вертикальных клетей непрерывной подгруппы черновой группы широкополосного стана горячей прокатки, благодаря согласованию скоростей электроприводов валков горизонтальной и вертикальной клетей.
B
(i-1)
i
Г(i)
B
B
B
B
B
Поставленная задача решается тем, что в известном способе автоматического управления процессом прокатки в черновой группе клетей непрерывного прокатного стана, состоящей из последовательно расположенных предыдущей (i-1)-й горизонтальной, вертикальной и последующей i-й горизонтальной клетей, согласно которому задают и измеряют окружные скорости горизонтальных  и вертикальных ω валков клетей, задают и измеряют величины зазоров H, H горизонтальных валков предыдущей (i-1)-й и последующей i-й клетей, в режиме свободной прокатки полосы в вертикальной клети до захвата полосы валками i-и горизонтальной клети вычисляют косинус угла захвата полосы горизонтальными валками последующей (i) клети по зависимости  где  - диаметр горизонтального валка, устанавливают окружную скорость валков ω последующей i-й горизонтальной клети согласно зависимости  где D - диаметр вертикального валка, через промежутки времени Δt выполняют N замеров статического тока  электропривода валков предыдущей (i-1) горизонтальной клети и N замеров статического тока I электропривода валков вертикальной клети; вычисляют сумму  из N значений статического тока  вычисляют сумму  из N значений статического тока I, после захвата полосы валками последующей i-й горизонтальной клети рассчитывают и запоминают среднее значение  статического тока свободной прокатки электропривода валков предыдущей (i-1) горизонтальной клети  рассчитывают и запоминают среднее значение  статического тока свободной прокатки электропривода валков вертикальной клети , при совместной прокатке полосы валками предыдущей (i-1)-й горизонтальной клети, валками вертикальной клети и валками i-й горизонтальной клети, измеряют статические токи  и  соответствующих электроприводов клетей, переходят от регулирования окружной скорости  валков предыдущей (i-1) горизонтальной клети на регулирование статического тока  электропривода указанных валков, осуществляют стабилизацию статического тока электропривода (i-1)-й горизонтальной клети путем подачи на него корректирующего сигнала, определяемого по интегральной зависимости  где  - постоянная интегрирования;  - оператор интегрирования по времени, переходят от регулирования окружной скорости валков ω вертикальной клети на регулирование статического тока I электропривода указанных валков, осуществляют стабилизацию статического тока электропривода вертикальной клети путем подачи на него корректирующего сигнала, определяемого по интегральной зависимости  запоминают измеряемые параметры электроприводов при совместной прокатке полосы в валках (i-1)-й, i-й горизонтальных клетей и валках вертикальной клети для адаптивной коррекции уставок скоростей  при захвате следующей полосы, после выхода полосы из валков (i-1)-й, вертикальной и i-й клетей осуществляют адаптивную коррекцию уставок скоростей , согласно изобретению, дополнительно в режиме свободной прокатки полосы в валках предыдущей (i-1)-й горизонтальной клети до захвата полосы валками вертикальной клети окружную скорость электропривода валков вертикальной клети устанавливают согласно зависимости , где  - окружная скорость валков предыдущей (i-1)-й горизонтальной клети в режиме свободной прокатки.
Отличительным признаком заявляемого способа является задание скорости электропривода валков вертикальной клети до захвата полосы, вычисляемое по скорости электропривода предыдущей (i-1)-й горизонтальной клети и соотношению диаметров валков горизонтальной и вертикальной клетей.
Указанный отличительный признак в опубликованных ранее технических решениях не обнаружен.
В заявляемом способе согласования скоростей валков горизонтальных и вертикальных клетей черновой группы непрерывного прокатного стана указанный отличительный признак обеспечивает снижение ударных динамических нагрузок при захвате полосы валками вертикальной клети за счет более точного задания скорости ее электропривода, вычисляемой с учетом скорости выхода полосы из предыдущей (i-1)-й горизонтальной клети. Линейная скорость полосы определяется из соотношения диаметров валков горизонтальной и вертикальной клетей. В результате ограничения динамических нагрузок повышаются надежность и срок эксплуатации механического и электрического оборудования вертикальной клети. Кроме того, это обеспечивает повышение надежности и долговечности агрегата в целом, а также снижение его простоев из-за поломок оборудования.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 представлена схема совместной прокатки полосы в валках горизонтальных и вертикальной клетей;
на фиг.2 представлена схема устройства, реализующего способ автоматического управления процессом прокатки в черновой группе клетей непрерывного прокатного стана.
На фиг.1 и фиг.2 представлены горизонтальные валки 1, 2 предыдущей (i-1)-й, последующей i-й по ходу прокатки горизонтальных клетей и валки 3 вертикальной клети, взаимосвязанные через прокатываемую полосу 4.
Устройство (фиг.2), реализующее заявляемый способ автоматического управления процессом прокатки в черновой группе клетей непрерывного прокатного стана, содержит нажимные устройства 5, 6 валков 1, 2 соответствующих горизонтальных клетей, оснащенные датчиками зазора 7, 8. Выходы датчиков зазора 7, 8 валков 1 предыдущей и валков 2 последующей горизонтальных клетей соединены соответственно с первым и вторым входами вычислительного устройства 9. Третий и четвертый входы которого соединены с выходами датчика статического тока 10 и датчика скорости 11 электропривода 12 валков 3 вертикальной клети. Пятый и шестой входы вычислительного устройства 9 соединены с выходами датчика статического тока 13 и датчика скорости 14 электропривода 15 валков 2 последующей горизонтальной клети. Аналогично седьмой и восьмой входы вычислительного устройства 9 соединены с выходами датчика статического тока 16 и датчика скорости 17 электропривода 18 валков 1 предыдущей горизонтальной клети. Первый, второй и третий выходы вычислительного устройства 9 соединены с первыми входами блоков управления 19, 20, 21, соединенными своими выходами с управляющими входами электроприводов 12, 15, 18, соответственно. Вторые входы блоков управления 19, 20, 21 соединены с выходами блока 22 задания скорости электроприводов, вход которого соединен с первым выходом блока управления станом 23. Второй выход блока управления 23 соединен с входом блока задания величины зазоров 24 горизонтальных валков клетей. Первый и второй выходы указанного блока 24 соединены соответственно с нажимными устройствами предыдущей 5 и последующей 6 клетей.
Вычислительное устройство 9 может быть выполнено программным способом в структуре управляющих контроллеров электроприводов горизонтальных и вертикальных валков клетей черновой группы (см. Петров И.В. Программируемые контроллеры. Стандартные языки и приемы прикладного проектирования. - М.: Солон-Пресс, 2008 - 256 с). Остальные элементы, входящие в состав рассматриваемого устройства, представляют собой общеизвестные в области электротехники блоки, которые могут быть выполнены с помощью элементов аналоговой блочной системы регуляторов (см. Перельмутер В.М., Сидоренко В.А. Системы управления тиристорными электроприводами постоянного тока. - М.: Энергоатомиздат, 1988 - С. 126-142) либо аппаратно-программным способом в структуре названных управляющих контроллеров.
0
1
2
0
1
1
2
Описание работы заявляемого способа автоматического управления процессом прокатки представлено в виде таблицы, которая содержит пятнадцать этапов (шагов) процесса прокатки полосы в клетях стана. Указанные этапы содержат моменты времени t, t, t, … или интервалы времени (t - t), (t - t), …, на которых выполняются определенные действия, связанные с процессом прокатки полосы в клетях.
Устройство (фиг.2), реализующее заявляемый способ управления процессом прокатки полосы, работает следующим образом.
0
В момент времени t, после поступления команды «Пуск стана» на первом и втором выходах блока управления станом 23 формируются сигналы для блоков задания 22 и 24. Согласно программе прокатки полосы на выходе блока задания скорости электроприводов 22 формируются сигналы задания окружных скоростей горизонтальных  и вертикальных  валков клетей. Указанные сигналы подаются соответственно на вторые входы блоков управления электроприводами 21, 20, 19, соединенными своими выходами с управляющими входами электроприводов 18, 15, 12 соответственно. В результате окружные скорости горизонтальных и вертикальных валков клетей устанавливаются в соответствии с заданными значениями. При этом полоса в предыдущей (i-1)-й, вертикальной и последующей i-й клетях пока отсутствует.
Согласно программе прокатки полосы на выходе блока задания величины зазоров 24 горизонтальных валков 1 и 2 формируются сигналы задания зазоров  горизонтальных валков предыдущей (i-1)-й и последующей i-й клетей. Указанные сигналы подаются соответственно на входы нажимных устройств 5 и 6 предыдущей и последующей клетей, которые устанавливают заданные значения зазоров в горизонтальных валках клетей. При этом полоса в предыдущей (i-1)-й, вертикальной и последующей i-й клетях пока отсутствует.
1
Г(i-1)
В момент времени t, происходит захват полосы 4 валками 1 предыдущей (i-1)-й горизонтальной клети (фиг.2). Датчик скорости 17 измеряет текущую окружную скорость валков ω указанной клети и формирует сигнал, который подается на восьмой вход вычислительного устройства 9. После обработки указанного сигнала на третьем выходе вычислительного устройства 9 формируется сигнал управления, который подается на первый вход блока управления 21. Указанный блок осуществляет управление электроприводом 18 таким образом, что последний обеспечивает равенство текущей окружной скорости валков 1 ее заданному значению, т.е.
1
После момента времени t, в режиме свободной прокатки полосы 4 в валках 1 предыдущей (i-1)-й горизонтальной клети, до захвата ее валками 3 вертикальной клети на первом выходе вычислительного устройства 9 формируется сигнал управления, который подается на первый вход блока управления 19. Указанный блок осуществляет управление электроприводом 12 таким образом, что последний устанавливает окружную скорость вертикальных валков 3 согласно зависимости  где  - диаметры горизонтальных и вертикальных валков. Отметим, что полученная зависимость вытекает из условия равенства линейных скоростей валков вертикальной  и предыдущей горизонтальной  клетей (фиг.1)  где  а Заметим, что зависимость  получена при пренебрежении обжатием в вертикальной клети. Согласно технологии прокатки в черновой группе непрерывного прокатного стана обжатие вертикальной клетью осуществляется только для снятия уширения (увеличения ширины), возникающего после обжатия в предыдущей горизонтальной клети. Деформации полосы по ширине не происходит. Поэтому принятое допущение вполне обосновано.
В заявляемом способе управления процессом прокатки полосы согласование скоростей валков (i-1)-й горизонтальных и вертикальных клетей обеспечивает снижение ударных динамических нагрузок при захвате полосы валками вертикальной клети за счет более точного задания скорости ее электропривода, вычисляемой с учетом скорости выхода полосы из предыдущей (i-1)-й горизонтальной клети. Линейная скорость полосы определяется из соотношения диаметров валков горизонтальной и вертикальной клетей. Таким образом, в результате ограничения динамических нагрузок повышаются надежность и срок эксплуатации механического и электрического оборудования вертикальной клети.
2
В момент времени t, происходит захват полосы 4 валками 3 вертикальной клети (фиг.2). В режиме свободной прокатки полосы 4 в валках 1 предыдущей (i-1)-й горизонтальной клети и в валках 3 вертикальной клети, до захвата ее валками 2 последующей горизонтальной i-й клети датчик скорости 17, вычислительное устройство 9, блок управления 21 и электропривод 18 продолжают обеспечивать выполнение условия . При этом датчик скорости 11, вычислительное устройство 9, блок управления 19 и электропривод 12 продолжают обеспечивать выполнение условия
(i-1)
i
В момент захвата полосы 4 валками 3 (фиг.2) датчики 7 и 8 измеряют величины зазоров горизонтальных валков Н предыдущей и H последующей клетей. На выходе датчиков 7 и 8 формируются сигналы, которые подаются на первый и второй входы вычислительного устройства 9. Указанное устройство 9 вычисляет величину косинуса угла захвата металла 4 валками 2 последующей горизонтальной i-й клети по зависимости:  где  - толщины полосы на входе и выходе валков 2 (фиг.1),  диаметр валка последующей горизонтальной i-й клети.
Принимаем, что толщина на выходе из клети равна величине зазора горизонтальных валков этой клети, т.е.
2
После момента времени t, в режиме свободной прокатки полосы 4 в валках 1 и 3, до захвата ее валками 2 последующей горизонтальной i-й клети на втором выходе вычислительного устройства 9 формируется сигнал управления, который подается на первый вход блока управления 20. Указанный блок осуществляет управление электроприводом 15 таким образом, что последний устанавливает окружную скорость горизонтальных валков 2 согласно зависимости  где  диаметры горизонтальных и вертикальных валков.
B
B
Одновременно в режиме свободной прокатки полосы 4 в валках 1 и 3, до захвата ее валками 2 через промежутки времени Δt датчики статического тока 16 и 10 выполняют N замеров токов  и I электроприводов 18 и 12. Измеренные значения токов подаются соответственно на седьмой и третий входы вычислительного устройства 9, которое вычисляет сумму  из N значений статического тока  и сумму  из N значений статического тока I.
3
В момент времени t, происходит захват полосы 4 валками 2 последующей i-й горизонтальной клети (фиг.2). Вычислительное устройство 9 рассчитывает и запоминает среднее значение  статического тока свободной прокатки электропривода 18, равное  а также среднее значение  статического тока свободной прокатки электропривода 12, равное
B
B
В режиме совместной прокатки полосы 4 в валках 1, 3 и 2 датчики статического тока 16 и 10 измеряют текущие токи  и  электроприводов 18 и 12. Измеренные значения токов подаются соответственно на седьмой и третий входы вычислительного устройства 9. На третьем выходе вычислительного устройства 9 формируется интегральный корректирующий сигнал  который подается на первый вход блока управления 21. Указанный блок переходит от регулирования окружной скорости  валков 1 на регулирование статического тока  электропривода 18. Это позволяет исключить взаимное влияние вертикальной и горизонтальной клетей при совместной прокатке полосы. Аналогично на первом выходе вычислительного устройства 9 формируется интегральный корректирующий сигнал  который подается на первый вход блока управления 19. Указанный блок переходит от регулирования окружной скорости ω валков 3 на регулирование статического тока I электропривода 12. Это позволяет исключить взаимное влияние вертикальной и горизонтальной клетей при совместной прокатке полосы.
Отметим, что в режиме совместной прокатки полосы 4 в валках 1, 3 и 2 вычислительное устройстве 9 по сигналам с датчиков скоростей 17, 11 и 14 запоминает измеряемые параметры  электроприводов 18, 12 и 15 для адаптивной коррекции уставок скоростей при захвате следующей полосы. Это обеспечивает минимальную коррекцию скорости валков горизонтальных и вертикальной клетей, в результате чего улучшаются условия захвата и снижаются динамические нагрузки.
4
В момент времени t, полоса 4 выходит из валков 1 предыдущей (i-1)-й горизонтальной клети. Блок управления 21 переходит от регулирования статического тока  электропривода 18 на регулирование окружной скорости  валков 1. При этом осуществляется адаптивная коррекция уставки скорости  для захвата следующей полосы.
5
B
B
В момент времени t, полоса 4 выходит из валков 3 вертикальной клети. Блок управления 19 переходит от регулирования статического тока 1 В электропривода 12 на регулирование окружной скорости ω валков 3. При этом осуществляется адаптивная коррекция уставки скорости ω для захвата следующей полосы.
6
7
В момент времени t, полоса 4 выходит из валков 2 последующей i-й горизонтальной клети. При этом осуществляется адаптивная коррекция уставки скорости  для захвата следующей полосы. С момента времени t ожидают поступление следующей полосы.
Реализация заявляемого способа за счет дополнительной автоматической коррекции окружной скорости валков вертикальной клети позволяет согласовать линейные скорости валков вертикальной и предыдущей горизонтальной клетей межклетевого промежутка  Это обеспечивает согласование скорости выхода полосы из предыдущей горизонтальной клети и скорости его захвата валками вертикальной клети.
В результате исключаются удары при захвате полосы валками вертикальной клети, снижаются динамические нагрузки механического и электрического оборудования. Это обеспечивает повышение надежности и долговечности оборудования вертикальной клети и агрегата в целом, а также снижение его простоев из-за поломок оборудования.