СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ НАЧАЛЬНОЙ СТАДИИ КРИТИЧЕСКОЙ ВИБРАЦИИ В РАБОЧЕЙ КЛЕТИ ПРОКАТНОГО СТАНА
METHOD FOR DETERMINING OCCURRENCE OF INITIAL STAGE OF CRITICAL VIBRATION IN WORKING STAND OF ROLLING MILL

Изобретение относится к технологии прокатного производства и может найти применение для определения возникновения начальной стадии критических вибраций в рабочих клетях многоклетевых непрерывных и бесконечных станов холодной прокатки. Реализация возможна в виде его алгоритмического обеспечения автоматизированных систем управления.
Известен способ определения критических вибраций на станах прокатки полосы, в котором распознавание момента возникновения критических вибраций осуществляют путем диагностирования колебаний натяжения полосы в стане (Патент РФ №2239501, МПК В21В 37/00, опубл. 10.11.2004).
Недостатком указанного способа является использование в качестве диагностируемого параметра натяжение полосы с применением датчиков натяжения на стане. Датчики натяжения имеют механическое исполнение и обладают существенной постоянной времени и инерционностью. В расчетах будет присутствовать существенная погрешность, а также расчет будет производиться несвоевременно из-за задержки в линии обратной связи.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ определения возникновения начальной стадии критической вибрации в рабочей клети прокатного стана, включающий непрерывные измерения в процессе прокатки фактических значений параметра технологического оборудования прокатного стана, на основании которых с использованием методов статистической обработки измеренных значений осуществляют сравнение параметра обработанных измеренных значений с заданным значением, при этом на основании результатов сравнения определяют возникновение начальной стадии критической вибрации согласно которому в качестве упомянутого параметра технологического оборудования используют величину тока двигателя главного привода прокатного стана, при этом рассчитывают медианное значение нормализованной выборки измеренных фактических значений тока двигателя, которое сравнивают с предварительно определенным заданным медианным значением нормализованной выборки тока двигателя главного привода в условиях отсутствия вибрации при прокатке с определением величины рассогласования, или рассчитывают медианное значение нормализованной выборки производной измеренных фактических значений тока двигателя, которое сравнивают с предварительно определенным заданным медианным значением нормализованной выборки производной тока двигателя главного привода в условиях отсутствия вибрации при прокатке с определением величины рассогласования, причем на основании распознавания непрерывного возрастания упомянутой величины рассогласования фиксируют возникновение начальной стадии критической вибрации (Патент РФ №2734360, МПК В21В 38/00, опубл. 15.10.2020).
Недостатком известного способа является сложность его реализации, т.к. с учетом используемых типов контроллеров в системах АСУ ТП, требует объемных быстрых вычислений и разложения токового сигнала в кривую нормального распределения в каждый момент времени, влияющего на возможное возникновение инерционности при прогнозе.
Задача настоящего изобретения - определение возникновения начальной стадии критических вибраций в рабочих клетях прокатных станов, в тот момент, когда значения отклонений пока малы и не приносят негативных последствий, минимизируя при этом возможные погрешности из-за инерционности измерительных и вычислительных систем при работе с большими данными.
Техническим результатом изобретения является снижение внеплановых простоев станов по причине возникновения негативных вибраций, а также повышение качества поверхности проката, которое страдает от воздействия вибраций в рабочих клетях, вызывая поперечные чередующиеся светлые и темные полосы.
Техническим результатом изобретения является повышение производительности прокатных станов, проектные скорости которых ограничиваются опасными критическими фазами вибраций, а также повышение качества проката.
D
D
fact
Vconst
Указанный технический результат достигается тем, что в способе выявления критических вибраций на станах холодной прокатки, включающем непрерывные измерения в процессе прокатки фактических значений величины тока двигателя главного привода прокатного стана, на основании которых с использованием методов статистической обработки измеренных значений осуществляют сравнение измеренных значений с эталонным значением, при этом на основании результатов сравнения определяют возникновение опасной критической фазы вибраций, согласно изобретению рассчитывают фактическое значение дисперсии тока, полученное при текущей прокатке, которое сравнивают с предварительно полученным эталонным значением дисперсии тока при постоянной скорости прокати в условиях отсутствия вибрации путем определения коэффициента пропорциональности , где  - фактическое значение дисперсии тока, полученное при текущей прокатке;  - эталонное значение дисперсии тока при постоянной скорости прокатки, предварительно полученное при прокатке без вибрации, причем при значении коэффициента пропорциональности  фиксируют возникновение начальной стадии критической вибрации.
Сущность изобретения заключается в непрерывном формировании выборки значения тока главного привода в рабочих клетях, склонных к возникновению вибрации, определения в реальном режиме времени значения дисперсии указанной выборки по формуле:
(1)
N
где  - объем выборки (количество измеренных значений);
I
i
- значение тока двигателя, измеряемого дискретно во время его работы;
m
I
- математическое ожидание величины тока.
I
i
Математическое ожидание величины тока определяется как среднее арифметическое полученной в результате измерений выборки значений тока главного привода рабочей клети прокатного стана , определяемое по формуле
(2)
I
i
где  - значение тока двигателя, измеряемое дискретно во время его работы;
N - объем выборки значений тока двигателя.
k:
Далее происходит сравнение фактического значения дисперсии со значением дисперсии при постоянной скорости прокатки без вибраций путем расчета коэффициента пропорциональности
(3)
D
fact
- фактическое значение дисперсии тока, полученное при текущей прокатке;
D
Vconst
- эталонное значение дисперсии тока при постоянной скорости прокатки, предварительно полученное при прокатке без вибрации
Ниже представлены результаты промышленных экспериментов. Для наглядности результатов на фиг. 1 представлен анализ сигналов дисперсий тока в клети №2 непрерывного 5-ти клетевого стана холодной прокатки «1700» и для сравнения позиции гидронажимных устройств (ГНУ), пропорциональных величине межвалкового зазора для клети №2 при прокатке сортамента 2,3/0,59-1255 мм. Аналогичные результаты представлены на фиг. 2 для клети №3 и на фиг. 3 для клети №4.
Обозначения на фигурах 1-3: участки 1, 4 - динамический режим торможение; участок 2, 5 - динамический переходный режим/разгон стана; участок 3 - момент вибраций на стане (также выделены участки с постоянной скоростью прокатки, на которых дисперсии тока и ГНУ имеют минимальную величину).
Из указанных диаграмм видно, что при вибрациях (участок 3) дисперсия тока имеет максимальный пик, увеличивающийся по своему значению от клети №2 к клети №4.
Также можно сделать вывод об адекватности использования анализа дисперсии тока двигателя рабочих клетей прокатного стана при выявлении критических вибраций по сравнению с дисперсией позиции гидронажимных устройств (ГНУ).
В таблице 1 представлены данные коэффициента пропорциональности дисперсии тока двигателя по клетям при различных режимах работы стана. Режимы работы стана под номерами 1-5 обозначены в таблице 1 и на фиг. 1-3.
k
В качестве обобщающих рекомендаций для промышленной реализации, после анализа более чем 1000 технологических режимов, в таблице 2 определены значения коэффициентов пропорциональности  по клетям 2-4 при различных режимах работы стана.
Соответственно анализируя в реальном режиме времени изменение этого коэффициента можно без особого труда выявить критический уровень вибраций и экспертно определить «виброопасный» режим работы.
Таким образом, указанный выше технический результат изобретения может быть достигнут.