УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАТЯЖЕНИЯ В МЕЖКЛЕТЕВОМ ПРОМЕЖУТКЕ ПРОКАТНОГО СТАНА

Изобретение относится к автоматизации прокатного производства для регулирования межклетевых натяжений (подпоров) на непрерывных прокатных станах при прокатке без петлеобразования.
Известны системы автоматического регулирования межклетевого натяжения (Заявка Японии N59-44606, кл. В 21 В 37/00, 1993; А.С. СССР N1738400, кл. В 21 В 37/06, 1992), в которых осуществляется замер параметров процесса прокатки, расчет межклетевых натяжений по замеренным параметрам процесса прокатки, выработка сигнала на устранение отклонения величины межклетевых натяжений от заданного значения как сигнала коррекции скорости клети.
Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ автоматического регулирования межклетевого натяжения (Белов М.П., Новиков В.А., Рассудов Л.Н. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов. М.: Академия, 2004), включающий замер параметров процесса прокатки, расчет межклетевых натяжений по замеренным параметрам процесса прокатки, выработку сигналов коррекции скорости, устранение рассогласования по натяжению воздействием на систему регулирования скорости.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство, имеющее п каналов по числу п межклетевых промежутков (фиг.1). Каждый из каналов содержит блок задания скоростей (БЗС) 1; блоки управления скоростью 2 и 3 смежных клетей, в состав каждого из которых входят прокатный двигатель 4, система автоматического регулирования (CAP) скорости 5 прокатного двигателя с датчиком тока 6, датчик скорости (числа оборотов) двигателя 7; датчики усилия прокатки 8 и 9; блок регулирования натяжения 10,
включающий измеритель натяжения (ИН) 11 и регулятор натяжения (РН) 12. Блок регулирования натяжения на основании сигналов всех указанных выше датчиков оценивает величину межклетевого натяжения, определяет величину корректирующего сигнала и изменяет скорость вращения прокатных валков клети. При этом выходы блока задания скорости 1 соединяется с входами блоков управления скоростью 2 и 3. Выходы датчиков тока 6 и усилия прокатки 8 соединяются с входами измерителя натяжения 11, выход которого, в свою очередь, соединяется с входом регулятора натяжения 12. Регулятор натяжения соединяется с блоком управления скоростью 3 последующей клети.
Все указанные решения (как способ, так и устройство) имеют тот недостаток, что не позволяют производить оценку и оптимизацию быстродействия регулирования межклетевого натяжения (подпора) металла, что не позволяет вести прокатку с максимально возможным быстродействием системы автоматического регулирования натяжения в межклетевом промежутке и, как следствие, получить более качественную продукцию и исключить разрывы металлической полосы.
Решаемая задача - реализация режима прокатки с максимально возможным быстродействием системы автоматического регулирования натяжения в межклетевом промежутке.
Технический результат - получение более качественной продукции и исключение разрывов металлической полосы.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе регулирования межклетевого натяжения металла, включающем замер параметров процесса прокатки, расчет межклетевого натяжения по замеренным параметрам процесса прокатки, коррекцию скорости прокатного двигателя клети производится оценка динамической ошибки при разных параметрах регулятора натяжения и оптимальная настройка последнего по критерию минимума среднеквадратичной ошибки, а также за счет того, что в устройстве, содержащем каналы регулирования по числу межклетевых
промежутков, каждый из каналов содержит прокатный двигатель, систему автоматического регулирования скорости прокатного двигателя с датчиком тока, датчик скорости двигателя, датчики усилия прокатки и блок регулирования натяжения, при этом выходы блока задания скорости соединяется с входами блоков управления скоростью, выходы датчиков тока и усилия прокатки соединяются с входами измерителя натяжения, выход которого, в свою очередь, соединяется с входом регулятора натяжения, соединенного с блоком управления скоростью последующей клети, в каждый канал введены устройство оценки качества (УОК) и устройство оптимизации параметров (УОП) регулятора натяжения.
Существенным отличием предложенного способа от ранее известных является то, что в процессе прокатки осуществляется выбор оптимальных параметров регулятора натяжения по критерию минимума среднеквадратичной ошибки. Существенным отличием предлагаемого устройства поэтому является то, что оно содержит устройство оценки качества и устройство оптимизации параметров регулятора натяжения.
На фигуре 1 представлена функциональная схема системы регулирования натяжения металла в межклетевом промежутке, выбранная в качестве прототипа, на фигуре 2 - функциональная схема предложенной системы регулирования натяжения металла в межклетевом промежутке, на фигуре 3 - кривая, отражающая зависимость среднеквадратичной ошибки от параметра регулятора.
Система автоматического регулирования натяжения металла в межклетевом промежутке (фиг.2) включает в себя блок задания скоростей 1; блоки управления скоростью 2 и 3 смежных клетей, в состав каждого из которых входят прокатный двигатель 4, система автоматического регулирования скорости 5 прокатного двигателя с датчиком тока 6, датчик скорости (числа оборотов) двигателя 7; датчики усилия прокатки 8 и 9; блок регулирования натяжения 10, включающий измеритель натяжения 11, регулятор натяжения 12, устройства оценки качества 13 и оптимизации
параметров 14 регулятора. Выходы блока задания скорости 1 соединяется с входами блоков управления скоростью 2 и 3. Выходы датчиков тока 6 и усилия прокатки 8 соединены с входами измерителя натяжения 11, выход которого, в свою очередь, соединен с входом регулятора натяжения 12 и входом устройства оценки качества 13. Выход устройства оценки качества соединен с входом устройства оптимизации параметров 14, выход которого соединен с одним из входов регулятора натяжения. Регулятор натяжения соединяется с блоком управления скоростью 3 последующей клети.
1
1
1
1
1
Система автоматического регулирования натяжения металла в межклетевом промежутке с оптимизацией параметров регулятора натяжения работает следующим образом. Входным сигналом блоков управления скоростью 2 и 3 первой и второй клетей является сигнал задания скорости, поступающий с блока задания скорости 1. После захвата металла первой клетью (до захвата второй клетью) технологический контроллер обеспечивает измерение и запоминание значений момента нагрузки M* и усилия прокатки Р*. После захвата металла второй клетью производится измерение текущих значений момента нагрузки М и усилия прокатки P и измеритель натяжения 11, функции которого могут быть возложены на технологический контроллер, осуществляет вычисление удельного натяжения σ металла в промежутке между смежными клетями по следующему алгоритму.
1
0
где ΔM - изменение момента нагрузки первой клети, вызванного усилием натяжения; ΔМ - изменение момента нагрузки предыдущей клети (если
пр1
пр1
1
0
такая имеется), вызванного усилием натяжения; M - момент прокатки в первой клети; M* - фиксированное значение момента прокатки до захвата металла второй клетью; R - радиус валков первой клети; R - радиус валков предыдущей клети (если такая имеется).
min
1
Сигнал разности е между заданным значением натяжения в межклетевом промежутке σ и текущем σ поступает на вход устройства оценки качества 13, где осуществляется расчет среднеквадратичной ошибки J по методу интегральной оценки:
0
1
2
где а, а, а - весовые коэффициенты;
Величина среднеквадратичной ошибки, вычисленная в устройстве оценки качества 13, является входным параметром устройства оптимизации параметров 14, который используя принятый метод автоматической оптимизации осуществляет подстройку параметров регулятора натяжения 12. Регулятор натяжения 12, обладая оптимальными параметрами с точки зрения быстродействия, подает сигнал коррекции скорости с целью минимизации натяжения в межклетевом промежутке.
опт
опт
опт
Кривая, отражающая зависимость среднеквадратичной ошибки J от коэффициента усиления интегрального регулятора натяжения (фиг.3) носит унимодальный характер, т.е. имеется ярко выраженный минимум среднеквадратичной ошибки, соответствующий оптимальному параметру регулятора β. При условии β<β система автоматического регулирования межклетевого натяжения реагирует на внешние возмущения, вызванные разнотолщинностью прокатываемой заготовки, нестабильностью температуры и физико-механических свойств металла по длине заготовки, с недостаточно высоким быстродействием, чтобы среднеквадратичная ошибка была минимальной. При β>β наблюдается проявление упругих колебаний
электромеханической системы, что также приводит к возрастанию среднеквадратичной ошибки.
Таким образом, предложенный способ автоматического регулирования натяжения в межклетевом промежутке прокатного стана и устройство для его осуществления позволяют вести прокатку с максимально возможным быстродействием системы автоматического регулирования натяжения в межклетевом промежутке, что позволяет минимизировать динамическую ошибку и, как следствие, получить более качественную продукцию и исключить разрывы металлической полосы.