СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ОХЛАЖДЕНИЕМ ПРОКАТА НА СОРТОВОМ СТАНЕ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ

Полезная модель относится к автоматизации прокатного производства, в частности к устройствам, обеспечивающим автоматическое управление процессом охлаждения на сортовом стане горячей прокатки.
Известно устройство для автоматического управления ускоренным охлаждением, содержащее датчик скорости проката, датчики температуры проката на входе и выходе секции охлаждения, датчик температуры охладителя, датчик наличия проката, блок памяти. Причем устройство содержит еще блок формирования программы коррекции, задатчик числа полос, блок счета полос. При этом выход датчика температуры проката на выходе секции охлаждения соединен со входом коммутатора, который через блок усреднения связан с блоком формирования программы коррекции (см. авт.св. СССР №1507484, В21 В 37/10).
Недостатком данного устройства является низкая точность регулирования процессом охлаждения проката вследствие того, что регулирование происходит по сигналу с блока формирования программы коррекции, который формируется в результате обработки данных о процессе охлаждения определенного количества полос, число которых задается в задатчике числа полос, т.е. регулирование охлаждением ведется со значительным отставанием во времени.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является система автоматического управления ускоренным охлаждением проката на выходной стороне сортового стана, содержащая датчики скорости перемещения проката, блок вычисления коэффициента теплоотдачи, датчик температуры охладителя и датчики температуры поверхности
проката, блок сравнения, первый вход которого соединен с выходом блока вычисления коэффициента теплоотдачи, задатчик номинальных значений параметров проката и процесса охлаждения. Причем выходы датчиков температуры проката на входе и выходе установки ускоренного охлаждения, датчика скорости перемещения проката, устройства контроля размеров поперечного сечения проката подсоединены на входы блока адаптивного идентификатора параметров модели коэффициента теплоотдачи (см. авт.св. СССР №1357100, В21В 37/00).
Недостатком данного устройства является низкая точность регулирования процессом охлаждения проката вследствие недостаточного быстродействия системы. Это обусловлено тем, что регулирование ведется по накопленным статистическим данным о прокате, что вызывает отставание регулирования по времени и отсутствие адекватного регулирующего воздействия в процессе охлаждения.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении точности регулирования процессом охлаждения проката за счет обеспечения быстродействия системы автоматического управления.
Поставленная задача решается тем, что известная система автоматического управления охлаждением проката на сортовом стане горячей прокатки, содержащая датчики скорости перемещения проката, блок вычисления коэффициента теплоотдачи, датчик температуры охладителя и датчики температуры поверхности проката, блок сравнения, первый вход которого соединен с выходом блока вычисления коэффициента теплоотдачи, задатчик номинальных значений параметров проката и процесса охлаждения, согласно изменению, снабжена датчиками наличия проката на входе и выходе участка охлаждения, преобразователями частоты асинхронных двигателей и электроприводами насосов по числу секций охлаждения, датчиками температуры охладителя и блоками задания на скорость по количеству нечетных секций, каждый из которых состоит из блока вычисления дополнительного давления и блока вычисления
дополнительного задания на скорость частотного преобразователя, блока выделения ведущей скорости прокатки, таймеров, инвертора, блоков умножения, блока вычисления времени, блока нульоргана, блоков памяти и блоков усреднения, а датчики температуры поверхности проката установлены на входе и выходе каждой нечетной секции охлаждения, причем первый выход задатчика номинальных значений параметров проката и процесса охлаждения соединен с первыми входами соответствующих ему таймеров, выход датчика наличия проката на входе участка охлаждения соединен со вторым входом соответствующего ему таймера и первым входом блока выделения ведущей скорости прокатки, а второй, третий и четвертый входы последнего соединены, соответственно, с выходами датчика наличия проката на выходе участка охлаждения, датчика скорости перемещения проката на входе участка охлаждения и датчика скорости перемещения проката на выходе участка охлаждения, выход датчика наличия проката на выходе участка охлаждения соединен с третьим входом соответствующего ему таймера, выход последнего соединен с первыми входами соответствующих ему блоков умножения и инвертором, причем выход инвертора соединен со вторым входом соответствующего ему таймера, выход последнего соединен с первыми входами соответствующих ему блоков умножения, при этом выходы датчиков температуры поверхности проката на входе и выходе каждой нечетной секции охлаждения соединены со вторыми входами соответствующих им блоков умножения, выходы которых соединены со входами соответствующих им блоков усреднения, а блок выделения ведущей скорости прокатки соединен со вторыми входами соответствующих ему блоков умножения, при этом выходы последних соединены со входами соответствующих им блоков усреднения, выход одного из которых соединен с первыми входами блока вычисления времени, блока вычисления коэффициента теплоотдачи и соответствующего ему блока умножения, второй выход задатчика номинальных значений параметров проката и
процесса охлаждения соединен со вторым входом соответствующего ему блока умножения, а выход последнего соединен со вторыми входами блока вычисления коэффициента теплоотдачи и соответствующего ему блока умножения, первый вход которого коммутирован с выходом соответствующего ему блока усреднения, а его выход соединен со вторым входом блока вычисления времени, третий и четвертый входы которого соединены, соответственно, с третьим и четвертым выходами задатчика номинальных значений параметров проката и процесса охлаждения, а выход блока вычисления времени соединен с соответствующим ему блоком памяти, выход которого соединен с соответствующим таймером, чей выход коммутирован с первым входом блока нульоргана, третий вход блока вычисления коэффициента теплоотдачи подсоединен к выходу датчика температуры охладителя, его четвертый и пятый входы соединены с выходами соответствующих им блоков усреднения, а шестой соединен с пятым выходом задатчика номинальных значений параметров проката и процесса охлаждения, второй вход блока сравнения присоединен к шестому выходу задатчика номинальных значений параметров проката и процесса охлаждения, а выход блока сравнения соединен со входом блока вычисления дополнительного давления на четные секции охлаждения, выход которого соединен со входом блока вычисления дополнительного задания на скорость для частотного преобразователя, а выход последнего соединен со входом соответствующего ему блока памяти, коммутированного со вторым входом блока нульоргана, выход которого соединен со входом соответствующего ему преобразователя частоты асинхронных двигателей.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где изображена функциональная схема системы автоматического управления охлаждением проката на сортовом стане горячей прокатки.
Заявляемая система реализуется на сортовом стане горячей прокатки, состоящем из последовательно установленных в линию прокатной клети 1,
секций охлаждения 2, тянущих роликов 3, виткоукладчика 4, подающей магистрали 5, отводящей магистрали 6, по числу секций охлаждения подающих клапанов 7 и перепускных клапанов 8, накопителей охладителя 9.
Система автоматического управления охлаждением проката на сортовом стане содержит датчики скорости перемещения проката 10, датчики наличия проката 11 на входе и выходе участка охлаждения, датчики температуры поверхности проката 12, установленные на входе и выходе каждой нечетной секции охлаждения 2, датчики температуры охладителя 13, установленные на выходе каждой нечетной секции охлаждения 2, электроприводы насосов 14, преобразователи частоты асинхронных двигателей 15 по числу секций охлаждения 2. Система автоматического управления охлаждением проката на сортовом стане также содержит блоки задания на скорость 16 по количеству нечетных секций охлаждения 2, каждый из которых состоит из, блока выделения ведущей скорости прокатки 17, таймеров 18, 19, 20, инвертора 21, блоков умножения 22, 23, 24, 25, 26, 27, блоков усреднения 28, 29, 30, 31, задатчика номинальных значений параметров проката и процесса охлаждения 32, блока вычисления времени 33, блок вычисления коэффициента теплоотдачи 34, блоков памяти 35, 36, блока сравнения 37, блока вычисления дополнительного давления 38, блока вычисления дополнительного задания на скорость частотного преобразователя 39 и блок нульоргана 40. Причем первый выход задатчика номинальных значений параметров проката и процесса охлаждения 32 соединен с первыми входами таймеров 18 и 19. Выход датчика наличия проката 11 на входе участка охлаждения соединен со вторым входом таймера 18 и первым входом блока выделения ведущей скорости прокатки 17, а второй, третий и четвертый входы последнего соединены, соответственно, с выходами датчика наличия проката 11 на выходе участка охлаждения, датчиков скорости перемещения проката 10 на входе и выходе участка охлаждения. Выход датчика наличия проката 11 на выходе участка охлаждения коммутирован с третьим входом таймера 18,
выход которого соединен с первыми входами блоков умножения 22, 23 и инвертором 21. Выход инвертора 21 соединен со вторым входом таймера 19, чей выход коммутирован с первыми входами блоков умножения 24 и 25. Выходы датчиков температуры поверхности проката 12 на входе и выходе каждой нечетной секции охлаждения 2 соединены со вторыми входами блоков умножения 23 и 25, выходы которых соединены со входами блоков усреднения 29, 31. Выход блока выделения ведущей скорости прокатки 17 соединен со вторыми входами блоков умножения 22 и 24, при этом выходы последних соединены со входами блоков усреднения 28 и 30, при этом выход блока усреднения 28 соединен с первыми входами блока умножения 26, блока вычисления времени 33 и блока вычисления коэффициента теплоотдачи 34. Второй выход задатчика номинальных значений параметров проката и процесса охлаждения 32 соединен со вторым входом блока умножения 26, выход которого соединен со вторыми входами блока вычисления коэффициента теплоотдачи 34 и блока умножения 26, чей выход коммутирован со вторым входом блока вычисления времени 33. Третий и четвертый входы блока вычисления времени 33 соединены, соответственно, с третьим и четвертым выходами задатчика номинальных значений параметров проката и процесса охлаждения 32. Выход блока вычисления времени 33 соединен со входом блока памяти 35, выход которого коммутирован со входом таймера 20, чей выход соединен с первым входом блока нульоргана 40. Третий вход блока вычисления коэффициента теплоотдачи 34 соединен с выходом датчика температуры охладителя 13, четвертый и пятый входы блока вычисления коэффициента теплоотдачи 34 соединены, соответственно, с выходами блоков усреднения 29 и 31. Пятый выход задатчика номинальных значений параметров проката и процесса охлаждения 32 коммутирован с шестым входом блока вычисления коэффициента теплоотдачи 34, выход которого соединен с первым входом блока сравнения 37, чей второй вход соединен с шестым выходом задатчика номинальных значений параметров проката и
процесса охлаждения 32. Выход блока сравнения 37 соединен со входом блока вычисления дополнительного давления 38, выход которого соединен со входом блока вычисления дополнительного задания на скорость частотного преобразователя 39, чей выход коммутирован со входом блока памяти 36, выход которого соединен со вторым входом блока нульоргана 40, а его выход коммутирован со входом преобразователя частоты асинхронных двигателей 15.
Система автоматического управления работает следующим образом.
Предварительно перед процессом прокатки с промышленного компьютера поста управления (на рис. не показано) на входы задатчика номинальных значений параметров прокатки и процесса охлаждения 32 передаются технологические параметры и напряжения задания на скорость для преобразователей частоты асинхронных двигателей 15 электроприводов насосов 14.
Запускаются электроприводы насосов 14, которые работают через перепускной клапан 7. Начинается процесс прокатки.
Сигналы с датчиков наличия проката 11 на входе и выходе участка охлаждения поступают, соответственно, на второй и третий входы таймера 18. Одновременно по сигналу с датчика наличия проката 11 на выходе участка охлаждения выключаются перепускные клапаны 7 и включаются подающие клапаны 6. При этом на первый вход таймера 18 поступает сигнал задания времени измерения при данном диапазоне скорости прокати с первого выхода задатчика номинальных значений параметров прокатки и процесса охлаждения 32. На первый и второй входы блока выделения ведущей скорости прокатки 17 поступают сигналы с датчиков наличия проката 11, соответственно, на входе и выходе участка охлаждения, а на его третий и четвертый входы - сигналы с датчиков скорости перемещения проката 10 на входе и выходе участка охлаждения, соответственно. В таймере 18 происходит процесс обратного отсчета установленного времени измерения, при этом на выходе данного таймера 18 формируется единичный
сигнал, который обеспечивает разрешение приема сигналов текущей скорости прокатки с выхода блока выделения ведущей скорости прокатки 17 и измеренной температуры проката с датчика температуры поверхности проката 12 на входе в нечетную секцию охлаждения 2.
В качестве датчиков температуры поверхности проката 12 используются быстродействующие пирометры со временем отклика, достигающим 500 мкс, что позволяет производить расчет фактического коэффициента теплоотдачи за время, меньшее времени прохождения исследуемого участка металлопроката до четной секции охлаждения 2. Это обуславливает высокую точность регулирования процессом охлаждения, вследствие, создания компенсирующего охлаждающего воздействия для исследованного в нечетной секции охлаждения 2 участка металлопроката.
Сигнал текущей скорости прокатки с выхода блока выделения ведущей скорости прокатки 17 поступает на второй вход блока умножения 22, на первый вход которого подается сигнал с выхода таймера 18, а сигнал измеренной температуры проката с датчика температуры поверхности проката 12 на входе в нечетную секцию охлаждения 2 поступает на второй вход блока умножения 23, на первый вход которого подается сигнал с выхода таймера 18. Сигналы с выходов блоков умножения 22 и 23 поступают на входы блоков усреднения 28 и 29. Затем средний сигнал скорости с выхода блока усреднения 28, поступает на первые входы блока умножения 26, блока вычисления времени 33 и блока вычисления коэффициента теплоотдачи 34, на четвертый вход которого подается сигнал с выхода блока усреднения 29. На второй вход блока умножения 26, в котором происходит вычисление среднего времени прохождения исследуемого участка металлопроката через нечетную секцию охлаждения 2, подается сигнал обратно пропорциональный длине секции охлаждения 2 со второго выхода задатчика номинальных значений параметров прокатки и процесса охлаждения 32. Затем сигнал с выхода блока умножения 26 поступает на второй вход блока вычисления
коэффициента теплоотдачи 34. Таким образом, происходит сбор и обработка данных по исследуемому участка металла проката при входе последнего в нечетную секцию охлаждения 2.
По истечении времени установленного в таймере 18 на его выходе формируется нулевой сигнал, который поступает на вход инвертора 21. Затем в таймере 18 начинается очередной процесс обратного отсчета времени, т.е. начинается сбор информации для следующего участка металлопроката, входящего в нечетную секцию охлаждения 2. Сигнал с выхода инвертора 21 поступает на второй вход таймера 19 и является сигналом для его запуска. Одновременно на первый вход таймера 19 с первого выхода задатчика номинальных значений параметров прокатки и процесса охлаждения 32 поступает сигнал задания времени измерения при данном диапазоне скорости прокати. Затем на выходе таймера 19 формируется единичный сигнал, который подается на первые входы блоков умножения 24, 25 и обеспечивает разрешение приема сигналов текущей скорости прокатки с выхода блока выделения ведущей скорости прокатки 16 и измеренной температуры проката от датчика температуры поверхности проката 12 на выходе нечетной секции охлаждения 2, поступающие соответственно на вторые входы блоков умножения 24 и 25. Сигналы с выходов последних поступают на входы блоков усреднения 30 и 31, соответственно. Затем усредненный сигнал скорости с выхода блока усреднения 30 поступает на первый вход блока умножения 27, на второй вход которого с выхода блока умножения 26 подается усредненный сигнал времени прохождения исследуемым отрезком проката нечетной секции охлаждения 2. В блоке умножения 27 происходит вычисление средней длины исследуемого участка металлопроката, прошедшего нечетную секцию охлаждения 2. Сигнал с выхода блока умножения 27 подается на второй вход блока вычисления времени 33, на третий и четвертый входы которого поступают сигналы с третьего и четвертого выходов задатчика номинальных значений параметров прокатки и процесса охлаждения 32,
соответственно. Сигнал среднего значения температуры с блока усреднения 31 поступает на пятый вход блока вычисления коэффициента теплоотдачи 34. При этом на третий вход блока вычисления коэффициента теплоотдачи 34 подается сигнал с датчика температуры охладителя 13, а на шестой вход блока вычисления коэффициента теплоотдачи 34 поступает сигнал с пятого выхода задатчика номинальных значений параметров прокатки и процесса охлаждения 32. Таким образом, происходит сбор и вычисление необходимой информации при выходе исследуемого участка металлопроката из нечетной секции охлаждения 2. По истечении времени, установленного в таймере 19, на выходе последнего формируется нулевой сигнал, который будет обеспечивать запрещение прохождения сигналов температуры и ведущей скорости прокатки с датчика температуры проката 12 на выходе нечетной секции охлаждения и блока выделения ведущей скорости 17 до момента поступления единичного сигнала с выхода инвертора 21 на второй вход таймера 19. В блоке 33 вычисляется время прохождения исследуемого участка металлопроката до четной секции охлаждения 2 на основании следующей формулы:
2
где L - длина отрезка проката между секциями охлаждения;
пр
L - длина измеренного проката;
пр
V - ведущая скорость проката;
Σ
t - суммарное время приема измеренных сигналов, всех математических операций, операций передачи вычисленных сигналов при выходе контролируемого отрезка проката из нечетной секции охлаждения 2.
Работа таймеров 18, 19 и 20, блока умножения 27, блока усреднения 28, задатчика номинальных значений параметров прокатки и процесса охлаждения 32 и блока вычисления времени 33 обеспечивает точное соответствие дополнительного компенсирующего воздействия по
охлаждению для исследуемого участка металлопроката, что обуславливает высокую точность регулирования процессом охлаждения.
Сигнал с выхода блока вычисления времени 33 поступает на вход блока памяти 35 и передается в таймер 20, где осуществляется обратный отсчет времени прохождения исследуемого участка металлопроката до четной секции охлаждения 2, по истечении которого осуществляется разрешение прохождения дополнительного задания на скорость для преобразователя частоты асинхронных двигателей насосов 15.
В блоке вычисления коэффициента теплоотдачи 34 вычисляется фактическое значение коэффициента теплоотдачи исследуемого участка металлопроката по формуле:
где Δt - время прохождения исследуемым участком металлопроката нечетной секции охлаждения, [°С];
С - коэффициент теплоемкости, [Дж/(кг·°С)];
3
ρ - плотность стали, [кг/м];
в
Т - температура воды, [°С];
ΔT - падение температуры поверхности исследуемого участка металлопроката за время, которое вычисляется по формуле:
1cp
2cp
ΔT=T-T,
1cp
где T - средняя температура поверхности проката на входе нечетной секции охлаждения, [°С];
2ср
Т - средняя температура поверхности проката на выходе нечетной секции охлаждения, [°С].
Сигнала с выхода блока 34 поступает на первый вход блока сравнения 37, на второй вход которого подается сигнал с шестого выхода задатчика номинальных значений параметров прокатки и процесса охлаждения 32. На вход блока вычисления дополнительного давления 38 поступает сигнал с выхода блока сравнения 37, на основании которого
формируется сигнал дополнительного давления охладителя для четной секции 2, который поступает на вход блока вычисления дополнительного задания на скорость частотного преобразователя 39, сигнал с выхода последнего поступает на вход блока памяти 36. На первый вход блока нульоргана 40 поступает сигнал с выхода таймера 20, а на его второй вход поступает сигнал с выхода блока памяти 36. Далее сигнал задания на скорость частотного преобразователя с выхода блока нульоргана 40 поступает на вход преобразователя частоты асинхронных двигателей 15, которые осуществляют регулирование скорости электроприводов насосов 14 четной секции охлаждения 2. Электроприводы насосов 14, установленные по числу секций охлаждения 2, обеспечивают необходимое регулирующее воздействие по охлаждению для исследуемого участка металлопроката на протяжении всего участка охлаждения, что обуславливает высокую точность регулирования процессом охлаждения.
Таким образом, данное устройство обеспечивает точное регулирование процессом ускоренного охлаждения сортового проката, за счет обеспечения быстродействия системы автоматического управления, что в результате приводит к улучшению качества проката по всей его длине.