СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ НЕПРЕРЫВНОГО ШИРОКОПОЛОСНОГО СТАНА ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ

Система для автоматического управления непрерывного широкополосного стана холодной прокатки
Полезная модель относится к прокатному производству и может быть использована в системах автоматического управления на многоклетьевых непрерывных станах холодной прокатки при прокатке полос.
Известна система автоматического управления непрерывного широкополосного стана «1700» холодной прокатки, содержащая пять последовательно расположенных клетей, каждая из которых содержит систему управления гидронажимным устройством, силовой нажимной гидроцилиндр, систему управления главным электроприводом прокатных валков, измерители межклетьевых натяжений, измерители толщины и измерители силы (месдо-зы), причем указанные системы и измерители подключены к системе управления режимом стана, системе автоматического регулирования толщины и натяжения, а также к системе визуализации и контроля (см. Автоматизированное управление процессом прокатки: Учеб. пособие / А.А. Восканьянц; Московский гос. техн. ун-т им. Н.Э. Баумана - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. стр. 50-54).
Недостатком известной системы является ее низкая надежность. Это обусловлено тем, что в качестве приводного двигателя рабочих валков используют двигатели постоянного тока, которые имеют ограниченные перегрузочные способности и ограниченную мощность в одном якоре, кроме того, эти двигатели требуют регулярного обслуживания коллектора и щеток.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является система тонкого регулирования толщины полосы на непрерывном стане холодной прокатки с пятью последовательно расположенными прокатными клетями, каждая из которых снабжена гидронажимным устройством, а рабочие валки каждой клети соединены с ротором приводного двигателя, содержащая блок управления гидронажимным устройством, первый выход которого 2
соединен с входом гидронажимного устройства, при этом первый вход упомянутого блока подключен к датчику межклетевого натяжения полосы, а второй вход и второй выход каждого блока управления гидронажимным устройством подключены к соответствующим им первому выходу и первому входу блока управления технологическим процессом прокатного стана, при этом к последнему подключен толщиномер, который установлен после пятой клети, приводной двигатель подключен к преобразователю частоты, силовой вход последнего соединен с источником питания, управляющий вход преобразователя частоты соединен с первым выходом блока управления электроприводом прокатных валков, первый вход которого соединен с информационным выходом преобразователя частоты, причем второй вход и второй выход каждого блока управления электроприводом прокатных валков подключены к соответствующим им второму выходу и второму входу блока управления технологическим процессом прокатного стана, третий вход блока управления электроприводом прокатных валков подключен к датчику скорости вращения ротора приводного двигателя, который закреплен на валу приводного двигателя, а четвертый вход блока управления электроприводом прокатных валков подключен к третьему выходу блока управления гидронажимным устройством. Кроме того, приводные двигатели стана холодной прокатки выполнены на базе высоковольтных синхронных двигателей, а преобразователи частоты на полностью управляемых полупроводниковых приборах, построены по симметричной схеме с активными выпрямителями, звеном постоянного тока и инверторами напряжения (см. пат. РФ №2065790, В21В 37/18).
Недостатком известного устройства является его низкая надежность при перезапуске стана после кратковременного (0,1-0,2 сек) несимметричного провала напряжения источника питания (до 10% и более) электроприводов прокатных клетей. Это обусловлено тем, что после восстановления напряжения источника питания в преобразователях частоты одновременно осуществляется перевод инверторов напряжения из режима холостого хода в 3
рабочий режим, при котором приводные двигатели восстанавливают номинальные моменты вращения, и перевод активных выпрямителей из режима диодного выпрямителя в режим активного выпрямителя. В результате, когда осуществляется прокатка сортамента полосы со значительной загрузкой клетей, совпадение по времени указанных действий при перезапуске стана приводит к тому, что токи преобразователей частоты превышают предельно допустимые значения. При этом происходит аварийное отключение преобразователей частоты, что приводит к нерегулируемому процессу прокатки полосы в клетях непрерывного прокатного стана и создаются условия для обрыва прокатываемой полосы или повреждения оборудования стана.
Задача, решаемая заявляемой полезной моделью, заключается в повышении надежности системы для автоматического управления стана холодной прокатки при его перезапуске после кратковременного несимметричного провала напряжения источника питания электроприводов прокатных клетей за счет поэтапного восстановления работоспособности преобразователей частоты.
Технический результат полезной модели заключается в создании условий, обеспечивающих при перезапуске стана после кратковременного несимметричного провала напряжения источника питания электроприводов прокатных клетей ограничение до допустимых уровней токов преобразователей частоты.
Поставленная задача решается тем, что система для автоматического управления непрерывного широкополосного стана холодной прокатки с пятью последовательно расположенными прокатными клетями, каждая из которых снабжена гидронажимным устройством, а рабочие валки каждой клети соединены с ротором приводного двигателя, содержащая блок управления гидронажимным устройством, первый выход которого соединен с входом гидронажимного устройства, при этом первый вход упомянутого блока подключен к датчику межклетевого натяжения полосы, а второй вход и второй выход каждого блока управления гидронажимным устройством подключены 4
к соответствующим им первому выходу и первому входу блока управления технологическим процессом прокатного стана, при этом к последнему подключен толщиномер, который установлен после пятой клети, приводной двигатель подключен к преобразователю частоты, силовой вход последнего соединен с источником питания, управляющий вход преобразователя частоты соединен с первым выходом блока управления электроприводом прокатных валков, первый вход которого соединен с информационным выходом преобразователя частоты, причем второй вход и второй выход каждого блока управления электроприводом прокатных валков подключены к соответствующим им второму выходу и второму входу блока управления технологическим процессом прокатного стана, третий вход блока управления электроприводом прокатных валков подключен к датчику скорости вращения ротора приводного двигателя, который закреплен на валу приводного двигателя, а четвертый вход блока управления электроприводом прокатных валков подключен к третьему выходу блока управления гидронажимным устройством, согласно изменению, она снабжена датчиком несимметричного провала напряжения источника питания и блоком торможения и перезапуска стана, первый выход которого подключен к пятому входу каждого блока управления электроприводом прокатных валков, второй выход - соединен с третьим входом блока управления технологическим процессом прокатного стана, третий выход блока торможения и перезапуска стана подключен к третьему входу каждого блока управления гидронажимным устройством, при этом вход блока торможения и перезапуска стана через датчик несимметричного провала напряжения источника питания подключен к выходу источника питания.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена функциональная схема системы для автоматического управления непрерывного широкополосного стана холодной прокатки.
Заявляемая система для автоматического управления непрерывного широкополосного стана холодной прокатки с пятью последовательно расположенными 5
прокатными клетями 1, каждая из которых снабжена гидронажимным устройством 2, а рабочие валки каждой клети соединены с ротором приводного двигателя 3, содержит блок управления 4 гидронажимным устройством, первый выход которого соединен с входом гидронажимного устройства 2. При этом первый вход упомянутого блока 4 подключен к датчику 5 межклетевого натяжения полосы. Второй вход и второй выход каждого блока управления 4 гидронажимным устройством подключены к соответствующим им первому выходу и первому входу блока управления 6 технологическим процессом прокатного стана.
При этом к последнему подключен толщиномер 7, который установлен после пятой клети. Приводной двигатель 3 подключен к преобразователю частоты 8, силовой вход последнего соединен с источником питания 9. Управляющий вход преобразователя частоты 8 соединен с первым выходом блока управления 10 электроприводом прокатных валков, первый вход которого соединен с информационным выходом преобразователя частоты 8. Причем второй вход и второй выход каждого блока управления 10 электроприводом прокатных валков подключены к соответствующим им второму выходу и второму входу блока управления 6 технологическим процессом прокатного стана. Третий вход блока управления 10 электроприводом прокатных валков подключен к датчику скорости вращения 11 ротора приводного двигателя, который закреплен на валу приводного двигателя 3. Четвертый вход блока управления 10 электроприводом прокатных валков подключен к третьему выходу блока управления 4 гидронажимным устройством.
Система для автоматического управления дополнительно снабжена датчиком несимметричного провала напряжения 12 источника питания и блоком торможения и перезапуска стана 13. Первый выход блока торможения и перезапуска стана 13 подключен к пятому входу каждого блока управления 10 электроприводом прокатных валков, второй выход - соединен с третьим входом блока управления 6 технологическим процессом прокатного стана, а третий выход - подключен к третьему входу каждого блока управления 6
4 гидронажимным устройством 2. При этом вход блока торможения и перезапуска стана 13 через датчик несимметричного провала напряжения 12 источника питания подключен к выходу источника питания 9. Позицией 14 на фигуре обозначена прокатываемая полоса.
Заявляемая система для автоматического управления непрерывного широкополосного стана холодной прокатки работает следующим образом.
В нормальном режиме работы прокатных клетей 1 широкополосного стана блок управления 6 технологическим процессом прокатного стана формирует сигналы для блоков управления 4 гидронажимным устройством 2 клетей и для блоков управления 10 электроприводами прокатных валков, одновременно получая информацию о ходе технологического процесса с указанных блоков 4, 10 и толщиномера 7. При этом блок управления 6 технологическим процессом прокатного стана согласно программе прокатки для каждого сортамента металла задает межвалковые зазоры по клетям, выходную толщину готовой продукции, межклетевые натяжения полосы, скорость прокатки полосы по клетям.
Блоки управления 4 гидронажимным устройством 2, воздействуя на межвалковые зазоры клетей 1, обеспечивают требуемые межклетевые натяжения полосы при их отклонениях от заданных значений в диапазоне от 5% до 20%. При отклонениях текущих межклетевых натяжений от заданных более 20% в регулирование натяжений принимают участие блоки управления 10 электроприводами прокатных валков, которые посредством преобразователей частоты 8, изменяя скорости вращения приводных двигателей 3, обеспечивают требуемые межклетевые натяжения полосы. При отклонениях -менее 5%, что соответствует зоне нечувствительности блока управления 4 гидронажимным устройством, межвалковые зазоры клетей 1 остаются неизменными.
В нормальном режиме работы прокатных клетей 1 непрерывного стана при отклонениях текущих межклетевых натяжений до 20% от заданных значений блоки управления 10 электроприводами прокатных валков, воздействуя 7
на преобразователи частоты 8, регулируют скорости вращения прокатных клетей 1, чтобы обеспечить заданную толщину полосы.
Указанные преобразователи частоты 8 построены на полностью управляемых ключах по симметричной схеме с многоуровневыми инвертерами напряжения, звеном постоянного тока и многоуровневыми активными выпрямителями. Такое схемное решение обеспечивает двунаправленный обмен энергии и хорошую электромагнитную совместимость между источником питания 9, преобразователем частоты 8 и приводным двигателем 3.
Блоки управления 10 электроприводами прокатных валков формирует сигналы управления для активных выпрямителей и инверторов напряжения преобразователей частоты 8. При этом активные выпрямители формируют практически синусоидальную форму сетевых токов и нулевое потребление реактивной мощности. Применение широтно-импульсной модуляции по методу удаления выделенных гармоник при относительно невысокой частоте коммутации, обеспечивает хорошую электромагнитную совместимость преобразователя частоты 8 с источником питания 9 и высокую его эффективность.
Инверторы напряжения преобразователя частоты 8 обеспечивают необходимый диапазон и точность регулирования скоростей приводных двигателей 3 для поддержания качества прокатываемой полосы и безаварийности работы стана. Кроме того инверторы напряжения преобразователей частоты 8, благодаря многоуровневому исполнению и релейно-векторному управлению при относительно невысокой частоте коммутации обеспечивают для приводных двигателей 3 формирование требуемого момента вращения с малыми пульсациями.
В аварийном режиме работы прокатных клетей 1 непрерывного стана, когда возникает кратковременный несимметричный провал напряжения источника питания 9 с датчика несимметричного провала напряжения 12 на вход блок торможения и перезапуска стана 13 поступает сигнал «несимметричный провал напряжения». При этом блок 13 прерывает нормальную работу 8
блока управления технологическим процессом 6 прокатного стана. Одновременно блок торможения и перезапуска стана 13 переводит работу всех блоков управления 10 электроприводами прокатных валков в режим «быстрый останов при несимметрии напряжения», при котором активные выпрямители преобразователей частоты 8 переходят в режим диодного выпрямителя, а инверторы напряжения преобразователей частоты 8 в режим близкий к холостому ходу. При этом токи и моменты вращения, создаваемые приводными двигателями 3, снижаются практически до нуля, напряжения в звеньях постоянного тока преобразователей частоты 8 сохраняется на рекомендуемом уровне. Благодаря свойству саморегулирования стана и рациональному проектированию моментов инерции его клетей 1, а также принятым мерам по управлению моментами приводных двигателей 3 обеспечивается удовлетворительный процесс прокатки полосы в клетях 1. Процесс регулирования толщины прокатываемой полосы 14 при этом прерывается. Кроме того, в аварийном режиме работы прокатных клетей 1 непрерывного стана блок торможения и перезапуска стана 13 осуществляет управление блоками управления гидронажимных устройств 4, которые через гидронажимные устройства 2, продолжают регулирование межклетевых натяжений полосы, хотя и не во всем диапазоне. В результате принятых мер снижается вероятность обрыва прокатываемой полосы 14 и повреждение оборудования стана при кратковременном несимметричном провале напряжения источника питания 9.
В аварийном режиме заявляемая система для автоматического управления определяет факт несимметричного провала напряжения источника питания 9 прямым методом измерения несимметрии напряжения - датчиком 12, а в известной системе - косвенным методом, по значительному увеличению двух токов активного выпрямителя преобразователя частоты 8. Последнее вызвано тем, что в сетевом напряжении источника питания 9 возникает составляющая обратной последовательности, которая при неизменных законах управления активными выпрямителями и инверторами напряжения преобразователя 9
частоты 8 не компенсируется со стороны активного выпрямителя преобразователя частоты 8. В результате может произойти аварийное отключение преобразователей частоты 8, вследствие значительного увеличения его токов, что приведет к нерегулируемому процессу прокатки полосы в клетях 1 прокатного стана и создаст условия для обрыва прокатываемой полосы 14 или повреждения его оборудования. На временном интервале, когда осуществляется торможение прокатного стана работа его клетей 1 для заявляемой и известной системы аналогична.
В заявляемой системе для автоматического управления перезапуск стана по истечении короткого временного интервала несимметричного провала напряжения осуществляют путем поэтапного восстановления работоспособности преобразователей частоты 8. При этом первоначально осуществляют перевод активных выпрямителей преобразователей частоты 8 из режима диодного выпрямителя в режим активного выпрямителя. Затем, после зарядки конденсаторов звеньев постоянного тока преобразователей частоты 8 до заданных значений осуществляют перевод инверторов напряжения преобразователей частоты 8 из режима холостого хода в режим восстановления приводными двигателями 3 моментов вращения, т.е. разделяют во времени эти два процесса. Первоначально моменты приводных двигателей 3 устанавливают равными моментам сопротивлений прокатных клетей 1, которые они имеют в момент восстановления симметричного напряжения источника питания 9. При этом снижение скоростей приводных двигателей 3 прокатных клетей 1 прекращается. Затем с заданным темпом разгона начинают увеличивать скорости приводных двигателей 3 прокатных клетей 1 до значений, которые предусмотрены программой прокатки полосы для данного сортамента. При установлении нормального режима работы прокатных клетей 1 широкополосного стана работа блока управления 6 технологическим процессом прокатного стана восстанавливается.
Таким образом, в заявляемой системе для автоматического управления перезапуск стана по истечении короткого временного интервала (0,1-0,2 10
сек) несимметричного провала напряжения источника питания (до 10% и более) электроприводов прокатных клетей осуществляют поэтапное введение в работу активных выпрямителей и инверторов напряжения преобразователей частоты. Первоначально, по команде переводят активные выпрямители из режима диодного выпрямителя в режим активного выпрямителя, а затем после зарядки конденсаторов звеньев постоянного тока до заданных значений осуществляют с заданным темпом перевод инверторов напряжения из режима холостого хода в режим восстановления приводными двигателями заданных скоростей. Это позволяет ограничить до допустимых уровней токи преобразователей частоты, что снижает вероятность аварийного отключения преобразователей частоты и повышает надежность работы системы для автоматического управления непрерывного широкополосного стана холодной прокатки при его перезапуске.