автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Система диагностирования электропривода отводящего рольганга широкополосного стана горячей прокатки

На правах рукописи

ПИШНОГРАЕВ Роман Сергеевич

СИСТЕМА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ОТВОДЯЩЕГО РОЛЬГАНГА ШИРОКОПОЛОСНОГО СТАНА ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Магнитогорск 2006

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Магнитогорский Государственный Технический Университет им. Г.И. Носова»

Научный руководитель —

доктор технических наук, профессор ЛУКЬЯНОВ Сергей Иванович

Официальные оппоненты -

доктор технических наук, профессор ДЕВЯТОВ Диляур Хасанович

кандидат технических наук, доцент Басков Сергей Николаевич

Ведущее предприятие -

ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат»

Защита диссертации состоится 27 декабря 2006 г, в 11 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета К 212. И 1.02 при Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И. Носова по адресу: 455000, Челябинская обл., г. Магнитогорск, пр. Ленина, д. 38, ауд. 227.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Магнитогорского государственного технического университета.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью) просим направлять по адресу: 455000, Челябинская обл., г. Магнитогорск, пр. Ленина, д. 38, Диссертационный совет К 212.111.02

Автореферат разослан «25» ноября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета K212.lll.02

К.Э. Одинцов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Основным способом получения листового проката в мире в настоящее время является способ прокатки слябов на широкополосных стана горячей прокатки (ШСГП). Технология прокатки постоянно совершенствуется в направлении повышения качества готовой продукции и производительности станов. Одним из основных направлений совершенствования технологии прокатки является совершенствование электропривода агрегатов станов, систем их управления и диагностирования.

Одним то важнейших технологических агрегатов ШСГП является отводящий рольганг (ОР), от надёжности работы которого и степени выполнения предъявляемых к нему технологических требований во многом зависит качество проката и производительность стана. Своевременная замена по результантам диагностирования вышедшего ю строя оборудования электропривода роликов ОР является одним та резервов повышения качества проката и производительности ШСГП.

Исполнительное оборудование ОР установлено непосредственно в технологической зоне стана, что не позволяет непосредственно в ходе прокатки вести визуальный и метрологический, связанный к тому же с необходимостью установки большого числа измерительных датчиков, контроль за состоянием электропривода роликов ОР. Из альтернативных способов диагностирования электропривода ОР преимущество имеет способ, основанный на анализе изменения токов нагрузки электродвигателей роликов. Данный способ позволяет в реальном масштабе времени делать вывод о техническом состоянии оборудования.

На отечественных ШСГП автоматизированные системы технического диагностирования состояния электропривода ОР отсутствуют. Применяемые с целью диагностирования состояния оборудования системы сбора данных токов нагрузки электродвигателей роликов рольганга весьма ограничены по перечню выявляемых неисправностей привода и имеют недостаточную достоверность результатов диагностирования.

Создание эффективной автоматизированной системы технического диагностирования состояния и настройки электропривода роликов ОР, основанной на анализе изменения токов нагрузки электродвигателей роликов, позволит непосредственно в ходе прокатки листа своевременно выявлять неисправности электропривода, заблаговременно и обоснованно подготовиться к проведению ремонтных работ, за счёт чего сократить время их выполнения, повысить качество готового проката и производительность ШСГП,

Цель работы. Разработка автоматизированной системы технического диагностирования состояния и настройки электропривода роликов отводящего рольганга ШСГП по характеру изменения токов нагрузки электродвигателей роликов с расширенным перечнем выявляемых неисправностей.

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих основных задач:

— анализа существующих способов диагностирования электропривода ОР;

— анализа возможных неисправностей электропривода ОР, негативно влияющих на качество готового проката;

- экспериментального определения соответствия формы изменения тока нагрузки электродвигателя ролика виду конкретной неисправности в линии электропривода ролика ОР;

— определения диагностических признаков проявления неисправностей электропривода ОР в показателях изменения токов нагрузки электродвигателей роликов;

- создания математической модели расчёта усилий транспортирования полосы и экспериментального определения параметров модели нагрева якорных обмоток электродвигателей;

-разработки методик и алгоритмов технического диагностирования электропривода ОР по характеристикам изменения токов нагрузки электродвигателей роликов;

- разработки обобщённого алгоритма работы автоматизированной системы технического диагностирования состояния и настройки электропривода ОР.

— экспериментальной оценки эффективности предложенных методик и алгоритмов диагностирования электропривода ОР.

Методы исследований. Теоретические исследования проводились с использованием аналитических методов решения алгебраических и дифференциальных уравнений и систем. Результаты работы базировались на большом объеме экспериментальных исследований, статистической обработке расчетных и экспериментальных материалов, полученных при исследовании электропривода роликов ОР широкополосного стана 2000 горячей прокатки ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК»).

Обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается достоверностью выявления неисправностей электропривода роликов ОР и результатами внедрения системы технического диагностирования электропривода ОР на действующем широкополосном стане 2000 горячей прокатки ОАО «ММК»

К защиту представляются следующие основные положения:

1. Результаты экспериментальных и теоретических исследований действующего электропривода ОР и существующей на стане 2000 горячей прокатки ОАО «ММК» системы сбора данных токов нагрузки электродвигателей роликов рольганга.

2. Результаты статистического анализа временных диаграмм токов нагрузки электродвигателей роликов ОР стана при эксцентриситете бочки ролика, неисправности щёточно-коллекторного устройства электродвигателя и разрушении одной или двух соединительных муфт в линиях электропривода роликов рольганга. Диагностические признаки указанных дефектов при отдельном и совместном их появлении, основанные на дисперсионном, регрессионном, корреляционном и частотном анализе временных диаграмм токов нагрузки эле ктродв игателей.

3.Методики диагностирования: эксцентриситета бочки ролика рольганга; неисправности щёточно-ко лле югор но го устройства электроде игателя; разрушения одной или двух соединительных муфт в линии электропривода ролика; неисправности подшипниковых узлов или касания роликом бортов рольганга; перегрева якорной обмотки электродвигателя; правильности выставки роликов относительно технологической плоскости ОР; распределения усилив транспортирования полосы по роликам ОР.

4.Алгоритмы технического диагностирования: неисправности щ&гочно-ксшлекторного устройства и перегрева якорной обмотки электродвигателя; эксцентриситета бочки ролика; разрушения одной или двух соединительных муфт в линии электропривода ролика; неисправности подшипниковых узлов или касания роликом бортов рольганга; правильности выставки роликов относительно технологической плоскости ОР; распределения усилий транспортирования полосы по роликам ОР.

5.Технические решения и обобщенный алгоритм автоматизированной системы диагностирования состояния электропривода роликов ОР ШСГП с учетом технологических особенностей прокатки металла на станах горячей прокатки.

6.Результаты внедрения и экспериментальной оценки эффективности предлагаемых способов диагностирования состояния и настройки электропривода ОР ШСГП.

Научная новизна:

1.По показателям изменения мгновенных значений токов нагрузки определены диагностические признаки идентификации следующих неисправностей электропривода роликов ОР:

- неисправность щёточно-коллекторного устройства электродвигателя ролика;

- эксцентриситет бочки ролика;

- разрушение соединительных муфт в линии электропривода ролика;

2. Разработаны методики диагностирования неисправности щёточно-коллекторного устройства электродвигателя ролика, эксцентриситета бочки ролика и разрушения соединительных муфт в линии электропривода ролика.

3. По изменению средних значений токов нагрузки электродвигателей роликов ОР разработаны методики диагностирования перегрева якорной обмотки электродвигателя, неисправности подшипниковых узлов в линии электропривода ролика или касания роликом бортов рольганга, правильности выставки ролика относительно технологической плоскости ОР, распределения усилий транспортирования полосы по роликам ОР.

4. Разработаны алгоритмы диагностирования:

1) неисправности щёточно-коллекторного устройства электродвигателя ролика;

2) разрушения соединительных муфт в линии электропривода ролика;

3) эксцентриситета бочки ролика;

4) неисправности подшипниковых узлов в линии электропривода ролика или касания роликом бортов рольганга;

5) перегрева якорной обмотки электродвигателя;

6) правильности выставки ролика относительно технологической плоскости ОР;

7) распределения усилий транспортирования полосы по роликам ОР;

5. Разработан обобщённый алгоритм новой автоматизированной системы технического диагностирования состояния и настройки электропривода роликов ОР с учётом технологических особенностей прокатки металла на ШСГТТ.

Практическая ценность и реализация работы.

Автоматизированная система технического диагностирования состояния и настройки электропривода роликов ОР внедрена на широкополосном стане 2000 горячей прокатки ОАО «ММК». Ожидаемый экономический эффект от внедрения системы составил 585 тыс. руб. в год. Внедрение системы создало предпосылки улучшения качества готового проката и повышения производительности стана.

Экспериментально подтверждена техническая эффективность разработанных методик и алгоритмов диагностирования эксцентриситета бочки ролика ОР, неисправности щёточно-коллекторного устройства электродвигателя ролика, разрушения соединительных муфт в линии электропривода ролика, уточнённого алгоритма диагностирования перегрева якорной обмотки электродвигателя, неисправности подшипниковых узлов в линии электропривода ролика или касания роликом бортов рольганга, правильности выставки ролика относительно технологической плоскости ОР.

Разработанные методики и алгоритмы диагностирования, а также результаты экспериментальных и теоретических исследований, могут быть использованы для создания систем диагностирования электроприводов отводящих рольгангов на действующих ШСГП при их реконструкции, а также на вновь строящихся станах.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: IV международной ОСУ Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу «Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития» (г. Магнитогорск, 2004 г.); XI научно-практической конференции студентов и молодых учёных «Современная техника и технологии СТТ-2005» (г. Томск, 2005 г.); XII Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2006 г.); на региональных научно-технических конференциях, ежегодных конференциях по итогам выполнения научно-исследовательских работ и на объединённом семинаре энергетического факультета и факультета автоматики и вычислительной техники Магнитогорского государственного технического университета.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 14 печатных трудах, в том числе 12 статьях и материалах конференций, 1 свидетельстве на полезную модель, 1 монографии.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы да 42 наименований. Работа изложена на 140 страницах, содержит 42 рисунка, 24 таблицы и 3 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, сформулированы цель и основные задачи работы.

В первой главе выполнен анализ технологических особенностей прокатки листа на ШСГП и транспортирования полосы на отводящем рольганге. Дана характеристика линий привода роликов ОР и приведено описание типовой схемы электропривода на примере широкополосного стана 2000 горячей прокатки ОАО «ММК», Приведены результаты анализа дефектов электропривода ОР, негативно влияющих на качество готового проката н производительность ШСГП. Отмечено, что одним из резервов повышения качества проката и производительности стана является непрерывный во времени контроль за состоянием и настройкой элементов электропривода ОР и оперативная замена неисправного оборудования. Проанализированы известные методы диагностирования оборудования ОР. Выявлены их недостатки. Показано, что наиболее эффективным способом диагностирования электропривода роликов ОР непосредственно в ходе прокатки листа является способ, основанный на выявлении неисправностей по характеру изменения токов нагрузки электродвигателей роликов. Выполнен анализ функциональных возможностей существующей на стане 2000 системы сбора данных токов нагрузки электродвигателей роликов ОР. Показано, что указанная система не обеспечивает требуемой достоверности диагнозов и весьма ограничена по количеству диагностических функций. Экспериментально установлено соответствие между различными формами изменения мгновенных значений токов нагрузки электродвигателей роликов и неисправностями, возникающими в линиях электроприводов роликов ОР. Поставлена задача разработки новой автоматизированной системы технического диагностирования состояния и настройки электропривода роликов ОР на основе анализа изменения токов нагрузки электродвигателей роликов.

Типовая структурная схема технологической линии непрерывного широкополосного стана горячей прокатки представлена на рис, 1.

Рис. I

И 1=1

.m

Нагретые до требуемой по технологии температуры в печах 1 слябы, транспортируются приёмным рольгангом до вертикального окалиноломате-ля 2, в котором осуществляется очистка поверхности сляба. Далее заготовка проходит через черновые клети 3, и транспортируется промежуточным рольгангом 4 к летучим ножницам 5. После выравнивания головной и хвостовой частей полосы прокат проходит через группу чистовых клетей б. После прокатки в чистовой группе клетей полоса поступает на отводящий рольганг 7, где в процессе транспортирования eS подвергают охлаждению водой сверху и снизу из душнрующих устройств, а затем сматывают в рулон одной из моталок 8.

По технологическим условиям прокатки рольганг делят на несколько секций. Каждая секция имеет отдельную схему управления электроприводом, позволяющую изменять скорость и направление вращения роликов.

Типовым решением ОР ШСГП является рольганг стана 2000 горячей прокатки ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК») с индивидуальным безредукторным электроприводом (рис. 2, где 1 -ролик, 2 - электродвигатель, 3 — соединительная муфта, 4 — промежуточный

X Л.^ь^___^LÜ

^^ Отводящий рольганг ста-

на состоит из девяти роли ко-

——11ТЗ—^ЗЛ-вых секций. В каждой секции

D rQ^LL"'"' ЗГ.Г 'ЧЬР- ОР установлено по 58-60 ' ' роликов диаметром

Рис. 2. d = зоо мм. При прокатке по-

лос толщиной 1,2...4,0 мм смотка осуществляется в первую группу моталок (моталки 1, 2 и 3), расположенную в третьей секции рольганга. Толстые полосы (толщина 4,0... 16 мм) транспортируются во вторую группу моталок (моталки 4 и 5), расположенную в девятой секции ОР. Транспортирование полосы осуществляется на скорости 4...20 м/с.

Электропривод каждой секции рольганга (рис. 3) выполнен по групповой схеме силового питания электродвигателей от одного тиристорного преобразователя. Обмотки возбуждения электродвигателей каждой секции питаются от отдельного неуправляемого источника постоянного напряжения 220 В. В системе АСУ ТП стана 2000 ГП ОАО «ММК» предусмотрена подсистема сбора информации о мгновенных значениях токов нагрузки электродвигателей роликов ОР.

К электроприводу ОР предъявляются следующие технологические требования:

1.При работе электропривода ОР в режиме транспортирования головной части полосы для исключения петлеобразования и надёжного транспортирования листа до принимающей моталки ролики рольганга должны формировать в полосе продольные растягивающие усилия, направленные по ходу движения полосы.

2. При работе в режиме сопровождения полосы, линейная скорость обра

Рис. 3

зующих бочек роликов рольганга должна быть равна линейной скорости полосы для предотвращения чрезмерного износа бочек роликов и ухудшения качества поверхности полосы.

З.При транспортировании хвостовой части полосы для исключения петлеобразования и обеспечения заданной скорости окончания смотки листа электропривод ОР должен формировать в полосе продольные растягивающие усилия, направленные против движения полосы.

Основными неисправностями электропривода роликов ОР, приводящими к снижению качества готового проката и производительности стана, являются: эксцентриситет бочки ролика; неисправность щёточно-коллекторного устройства электродвигателя ролика; разрушение соедини* тельных муфт в линии электропривода ролика; неисправность подшипниковых узлов в линии электропривода ролика или касание роликом бортов рольганга; перегрев якорной обмотки электродвигателя; отклонение в выставке ролика относительно технологической плоскости ОР; невыполнение электроприводом ОР предъявляемых к нему технологических требований.

Существуют следующие методы диагностирования состояния электропривода ОР:

- визуальный и метрологический контроль во время плановых ремонтных работ;

— вибро- и вибро-акустическое диагностирование;

- диагностирование по форме изменения токов нагрузки электродвигателей роликов.

Анализ методов диагностирования выявил следующие их недостатки:

— первый метод не позволяет установить неисправность непосредственно в ходе прокатки и, соответственно, заблаговременно подготовиться к выполнению ремонтных работ, что увеличивает время их выполнения;

— второй метод связан с необходимостью установки большого (по количеству электроприводов роликов) количества измерительных датчиков непосредственно в технологической зоне стана, что сопряжено с существенными

капитальными затратами и затратами на их обслуживание;

— применяемая на стане 2000 ОАО «ММК» система сбора данных определяет лишь номер неисправного электропривода ролика без конкретизации вида неисправности и по упрощённому алгоритму диагностирует перегрев якорных обмоток электродвигателей.

Сделан вывод: третий метод выгодно отличается от первых двух возможностью выявления неисправностей непосредственно в процессе прокатки металла и возможностью использования уже имеющихся в наличии измерителей токов нагрузки, однако методика диагностирования, позволяющая определять весь указанный перечень возможных дефектов электропривода ОР, отсутствует. На стане 2000 ОАО «ММК» лишь по упрощённой схеме диагностируется перегрев якорной обмотки электродвигателя и определение неисправности линии электропривода ролика без конкретизации вида неисправности.

В связи с изложенным поставлена задача разработки эффективной автоматизированной системы технического диагностирования состояния и настройки электропривода роликов ОР по характеристикам изменения токов нагрузки электродвигателей роликов.

Экспериментально установлено соответствие между различными формами изменения мгновенных значений токов нагрузки электродвигателей (рис. 4) и отдельными неисправностями, возникающими в линиях электропривода роликов. Доказано, что форма изменения тока рис. 4, а соответствует появлению эксцентриситета бочки ролика, форма рис. 4, б - неисправности тцёточ но-коллекторного устройства элек-

тродвигателя ролика, форма рис. 4, в - разрушению одной соединительной муфты в линии электропривода ролика, форма рис. 4, г — разрушению двух соединительных муфт, формы рис. 4, д, е -одновременному появлению эксцентриситета бочки ролика и разрушению, соответственно, одной и двух соедини* тельных муфт.

В результате метрологической обработки осциллограмм рис. 4 установлено, что в качестве диагностических признаков эксцентриситета бочки ролика, неисправности щеточно-коллекгорного устройства электродвигателя и разрушения соединительных муфт можно использовать максимальный темп уменьшения тока нагрузки ¿//А/, отношение периода изменения тока нагрузки электродвигателя ролика рольганга ГР к расчетному периоду оборота ролика 7"РАСЧ (рис. 4) на текущей скорости прокатки V, частотные характеристики изменения тока нагрузки и наличие во временной диаграмме тока 4 (рис. 4, б) интервалов времени равенства нулю тока нагрузки (4=0).

Предложено разделить предлагаемые функции диагностирования на две группы:

1. Диагностирование состояния бочки ролика, щеточно-коллекторного устройства двигателя и соединительной муфты выполнять по характеристикам изменения мгновенных значений токов нагрузки.

2. Диагностирование подшипниковых узлов, нагрева якорных обмоток двигателей, отклонения в выставке роликов и распределения усилий транспортирования по электроприводам роликов выполнять по параметрам изменения средних значений токов нагрузки, рассчитанных за фиксированный интервал времени.

Вторая глава диссертационной работы посвящена определению диагностических признаков, разработке методик и алгоритмов диагностирования эксцентриситета бочки ролика, неисправности щеточно-коллекгорного устройства электродвигателя и разрушения соединительных муфт в линии электропривода ролика ОР по форме изменения мгновенных значений тока нагрузки электродвигателя (рис. 4).

Для каждой формы изменения мгновенных значений токов нагрузки рис. 4 были созданы выборки, по данным которых были рассчитаны доверительные интервалы индивидуальных наблюдений диагностических признаков на уровне значимости д~0,05.

Величины диагностических признаков рассчитывались по выражениям:

1) максимального темпа уменьшения тока нагрузки: Дг/Дг=тт[(4+г4УД']-где 4+ь 4 — значения тока нагрузки электродвигателя ролика в массиве текущих значений токов нагрузки электродвигателей роликов ОР; Д/=0,002 с — временная дискрета считывания мгновенных значений тока нагрузки;

2) расчетный период оборота ролика: 7расч=л*£>/ Рр, где £> — диаметр бочки ролика; Гр — текущая скорость прокатки полосы.

Величина 7р определялась по автокорреляционной функции временной

диаграммы изменения тока:л(х)=^^-/)-(;,„-7,где г - смещение по

времени относительно начала временной диаграммы изменения тока нагрузки электродвигателя; ¡¡¡, — мгновенные значения тока нагрузки электродвигателя ролика ОР; Л^, = ]7р/Д[— количество мгновенных значений тока нагрузки в расчётном периоде оборота ролика для временной дискреты считывания Д (][ —

оператор целочисленного округления); Т^ - средние

"Г /-1 "т

арифметические мгновенных значений токов нагрузки электродвигателя в интервалах времени [0; Д-Л^ и [г, т+Д-Л^] соответственно; Д = . ■ 1 •¿('{А-у)-7)г >

1 1 /-1

- среднеквадратические отклонения мгновенных значений

тока нагрузки электродвигателя в интервалах времени [0; Д-Л^] и [т; т + Д -ЛУ соответственно.

3) отношения величин амплитуд второй и четвертой А4А\ гармоник к величине амплитуды первой гармоники в частотном спектре изменения токов нагрузки электродвигателей.

В результате статистического анализа временных диаграмм токов нагрузки рис. 4 были определены числовые характеристики диагностических признаков для указанных неисправностей электропривода роликов и их сочетаний (табл.1)

Разработана методика диагностирования состояния электропривода роликов ОР по характеристикам изменения мгновенных значений токов нагрузки электродвигателей, содержащие следующие основные этапы:

1. Из общего массива изменения мгновенных значений токов нагрузки электродвигателей роликов выделяется массив длительностью I = 0,5 с.

2. В результате корреляционного, дифференциального и частотного анализа по приведённым выше выражениям и разложения в ряд Фурье определяются величины ¿ц/Дг, Т?/ТГА&1> А^/Ах, А^А^ И1 = 0.

3. Проверяются условия принадлежности величин, рассчитанных в п.2, условиям диагностических признаков табл. 1.

При выполнении условий табл. 1 делается вывод о наличии той или иной неисправности в линии привода ролика ОР. В противном случае делается вывод: в линии электропривода ¿-ого ролика дефект отсутствует.

Разработан алгоритм диагностирования неисправности щёточно-коллекторного устройства электродвигателя ролика, эксцентриситета бочки ролика и разрушения соединительных муфт в линии электропривода ролика, основанный на корреляционном, частотном и дифференциальном анализе изменения мгновенных значение токов нагрузки электродвигателей роликов ОР.

В третьей главе разработаны методики и алгоритмы диагностирования электропривода роликов ОР по характеру изменения средних токов нагрузки электродвигателей роликов.

Из условия расчета средних значений токов нагрузки /до с погрешностью не выше 5% статистически определен интервал времени усреднения мгновенных значений токов нагрузки - Д* = 0,14 с.

Таблица 1

Диагностические признаки неисправностей электропривода роликов ОР

Вид неисправности Условия диагностирования

Разрушение двух соединительных муфт

Разрушение одной соединительной муфты 7№асч е (0,387; 0,633)

Неисправность щёточно-коллекторного устройства электродвигателя №асч€ (0,752; 1,076)] и [Ы1Ы < -978,8 А/с] п (4 = 0)

Эксцентриситет бочки ролика ГТУГрАсч е (0,752; 1,076)] и -978,8]и [Аг/А, е (0; 0,487)]«-» ШАг е (0; 0,276)1

Одновременное наличие эксцентриситета бочки ролика и разрушение одной соединительной муфты [Тр/Трасч е (0,752; 1,076)] и [Мда > -978,8] ^ {А^А 1 > 0,537] и [Л^с 0,276]

Одновременное наличие эксцентриситета бочки ролика и разрушение двух соединительных муфт [ТУТ-гдсч е(0,752; 1,076)] и [Д^Д/ > -978,8] и < 0,487] и [Л/Л, >0,276]

В результате дисперсионного и регрессионного анализа изменения величин токов холостого хода электродвигателей 1%хк роликов ОР (исследовалось 56 электродвигателей) в течение межремонтного периода работы стана установлено;

- фактор «линейная скорость прокатки)» У значимо влияет на изменение токов холостого хода электродвигателей, причем каждому электродвигателю соответствует свой закон изменения /ххк^Л^) и получить единую регрессионную модель 1хягАУ), одновременно адекватную изменению /ххк исследуемых 56 электродвигателей, невозможно;

- фактор времени в пределах межремонтного периода не оказывает значимого влияния на изменение величин токов холостого хода. При отсутствии неисправности в подшипниковых узлах линий электропривода роликов или касаний роликами бортов рольганга доверительный интервал изменения /од составляет ± 13% от его величины на фиксированной скорости V.

- при появлении неисправности в подшипниковых узлах линий привода роликов либо при появлении касания роликом борта рольганга величина тока холостого хода электродвигателя увеличивается в несколько раз.

С учетом этого предложена следующая методика диагностирования неисправности подшипниковых узлов в линии электропривода ролика или касания роликом бортов рольганга, содержащая следующие этапы:

!.Во время прокрутки оборудования стана на холостом ходу после выполнения плановых ремонтных работ создается массив значений токов холостого

хода (МТХХ) /ххк элеетродвигателей роликов рольганга в рабочем диапазоне скоростей прокатки К=4..20 м/с с шагом изменения скорости А Г» I м/с.

2. В процессе работы стана при отсутствии металла на роликах ОР и неизменном фиксированном уровне задания скорости прокатки V фиксируются текущие значения токов холостого хода электродвигателей роликов ОР fxxk.

3. Из массива МТХХ извлекается значение тока холостого хода 1'ххь к-ого электродвигателя, соответствующее величине скорости V, и по выражению A/'xxk = (1 - /ххьД ххк)'Ю0% выполняется расчет относительного изменения тока холостого хода.

4. В случае, если величина Д/"ххк превышает 13%, то делается вывод о наличии неисправности подшипниковых узлов в линии электропривода ролика или касании роликом боргов рольганга.

Методика диагностирования нагрева якорных обмогок электродвигателя базируется на известной динамической модели нагрева электродвигателя (рис. 5) при условии неизменности тока возбуждения в цикле прокатки.

Параметры модели Хн=0,03 град/А2, 7н=25 мин, (°ов=530С определены экспериментальным путем. При превышении расчетного значения температуры допустимой величины /"дои = 105вС делается вывод о перегреве якорных обмоток электродвигателя.

С целью определения качества выполнения электроприводом роликов ОР предъявляемых к нему технологических требований по транспортировке полосы предложена методика диагностирования усилий транспортирования полосы по роликам ОР:

1. Из текущего массива изменения средних значений токов нагрузки /см электродвигателей роликов рольганга выбирается массив средних значений токов нагрузки 1с?, предшествующий моменту захвата полосы моталкой.

2. По известным математическим соотношениям рассчитываются величины усилия сопротивления транспортированию полосы в каждом межроликовом пространстве Fck = ^сгЬ^сг = h-d-Bp-g-fi+ (FB - F^ p (Fei - усилие сопротивления, обусловленное воздействием силы тяжести части полосы в межроликовом пространстве; Fq — усилие сопротивления, обусловленное давлением на полосу сверху F& и снизу Ян струй воды ламинарного охлаждения; В, h — ширина и толщина полосы соответственно; d — расстояние между роликами ОР; р — плотность материала полосы; fi — коэффициент трения в подшипниках роликов ОР).

3. Рассчитываются усилия транспортирования F±, сообщаемые электродвигателями роликов полосе в каждом межроликовом пространстве Ft. =» (2- сФц-(/срк—ЫО) — Fol (сФц — произведение конструктивной постоянной электродвигателя на номинальный поток возбуждения).

4. Результаты расчета представляются в виде рис. 6 и передаются в АСУТП стана.

т^тт "Нх)-»-^

Рис.5 00

Отмечено, что распределение усилий транспортирования полосы по роликам ОР является неравномерным, часть роликов не только не выполняет технологическое требование по транспортированию головной части полосы (/^ > 0), но и сообщает полосе тормозящие усилия < 0), образуя на отводящем рольганге зоны подпора (рис. б).

номер ролика

Рис б.

Предложена методика контроля правильности выставки ролика относительно технологической плоскости ОР. Методика включает в себя следующие этапы:

1.Во время прокатки тонких полос толщиной А = 1,2...3,0 мм на скорости прокатки V/ из массива средних значений токов нагрузки электродвигателей роликов ОР выделяются две строки данных: 4('|) и 4('г) соответственно в моменты времени до и после (/з) захвата листа пригашающей моталкой,

2. По данным массива МТХХ определяются значения токов холостого хода 1ххк(Уд электродвигателей роликов ОР.

3. Для электродвигателя А-го ролика ОР проверяется справедливость выполнения неравенства 0,87'4(/1) <1ххк(Уд < 1,13'4(/|). Если неравенство выполняется, то в массиве диагнозов для ¿-го электродвигателя устанавливается метка М1.

4. Проверяется справедливость выполнения неравенства 0,87'/^г)</ххк(У/)< 1,13\4(Г2). В случае его выполнении даы Л-го электродвигателя устанавливается метка М2.

5. Выполняется анализ наличия меток М1 и М2 для электродвигателей (А-1)-го, А-го и (к +1)-го роликов. Если метка М1 отсутствует для всех роликов, а метка М2 отсутствует только для электродвигателя ¿-го ролика рольганга делается вывод о том, что данный ролик ОР выставлен выше технологической плоскости рольганга.

6. Во время прокатки полос толщиной А~ 6,0...16,0 мм на скорости прокатки У„ из массива средних значений токов нагрузки электродвигателей роликов ОР выделяются извлекается строка 4(?з)> соответствующая моменту времени до захвата листа принимающей моталкой.

7. По данным массива МТХХ определяются значения токов холостого хода ЬоаСт) электродвигателей роликов ОР.

8. Для электродвигателя к-го ролика ОР проверяется справедливость выполнения неравенства 0,877^) < 1ххк(Уп) < 1,13 /к(/з). Если неравенство выполняется, то в массиве диагнозов для ¿-го электродвигателя устанавливается метка МЗ.

9. При отсутствии метки М1 и наличии метки МЗ дня А-го ролика ОР, делается вывод о том, что данный ролик установлен ниже технологической плоскости ОР.

Разработаны алгоритмы диагностирования неисправности подшипниковых узлов линии электропривода ролика ОР или касания роликом бортов рольганга, правильности выставки роликов относительно технологической плоскости ОР, распределения усилий транспортирования по роликам отводящего рольганга, уточнённый алгоритм диагностирования перегрева якорной обмотки электродвигателя.

В.четввртой главе разработаны функциональная схема и обобщённый алгоритм автоматизированной системы технического диагностирования состояния и настройки электропривода роликов ОР с учётом технологических особенностей и режимов работы стана горячей прокатки. Приведены результаты экспериментальной апробации разработанных алгоритмов диагностирования и внедрения системы на широкополосном стане 2000 горячей прокатки ОАО «ММК».

Разработан обобщённый алгоритм системы диагностирования электропривода роликов ОР, в котором указана последовательность создания диагностических массивов, расчёта диагностических признаков, выполнения диагностических функций и вывода результатов диагностирования в систему АСУ ТП стана с учётом смены режимов работы электропривода ОР.

Перед внедрением разработанной автоматизированной системы технического диагностирования электропривода роликов ОР на стане 2000 была выполнена проверка достоверности алгоритмов диагностирования совместно с персоналом цеха.

Для проверки достоверности диагностирования на начальной стадии внедрения в программной среде Borland Delphi были реализованы обобщённый алгоритм системы диагностирования и алгоритмы выполнения разработанных диагностических функций. Оцифровка сигналов мгновенных значений токов нагрузки электродвигателей роликов ОР производилась при помощи 12-разрядного АЦП с временной дискретой считывания значений токов Д = 0,001 с.

Результаты оценки достоверности выявления дефектов линий электропривода по изменению мгновенных значений токов нагрузки приведены в табл. 2, где N — количество диагностируемых линий привода с неисправностью данного вида, Лв — количество выявленных линий привода роликов с неисправностью данного вида, ¿W = AVIOOWN — эффективность выявления неисправности данного вида.

По результатам экспериментальной оценки достоверности диагнозов был составлен акт испытания системы диагностирования, в котором было отмечено, что разработанное «программное обеспечение с достаточной точностью позволяет диагностировать и конкретизировать вид неисправности в электроприводе ОР стана 2000 ГП».

Причиной относительно низкой эффективности выявления неисправностей, связанных с разрушением соединительных муфт, является то, что появление данной неисправности на начальной стадии разрушения муфты не всегда приводит к соответствующему рис. 4 изменению токов нагрузки электродвигателей роликов ОР,

Совместно с персоналом Центральной электротехнической лаборатории ОАО «ММК» была выполнена оценка точности диагностирования температуры якорных обмоток электродвигателей (табл. 3) /Р£дл - реальные значения температуры, гРАсч - расчётные значения температуры. Максимальная погрешность расчета составила 5,6%,

При диагностировании неисправности подшипниковых узлов в линии электропривода ролика или касания роликом бортов рольганга были выявлены три ролика с указными неисправностями. Достоверность диагностической информации подтверждена работниками службы механика цеха.

В результате проверки алгоритма диагностирования правильности выставки роликов относительно технологической плоскости ОР программа определила, что ролики №61, 59, 30, 33, 69 установлены ниже, а ролики № 18, 46 - выше технологической плоскости. Метрологическая проверка, выполненная персоналом службы механика цеха, подтвердила достоверность диагнозов (табл. 4).

Разработанная автоматизированная система технического диагностирования состояния и настройки электропривода роликов ОР внедрена в конце 2005 г. на стане 2000 горячей прокатки ОАО «ММК». Ожидаемый экономический эффект от внедрения системы составил 585 тыс. руб. в год.

Таблица 2

Оценка эффективности диагностирования неисправностей линий электропривода роликов рольганга по мгновенным значениям токов нагрузки _электродвигателей___

Вид неисправности линии электропривода ролика N Лр ДЛГ,%

Исправные линии электроприводов 23 23 100

Неисправность щёточно-коллекгорного узла электродвигателя ролика ОР 20 16 80

Разрушение одной или двух соединительных муфт в линии электропривода ролика 47 17 36

эксцентриситет бочки ролика 33 21 64

Эксцентриситет бочек роликов и разрушение одной или двух соединительных муфт в линии электропривода ролика 16 5 31

Общая эффективность 139 82 59

Таблица 3

Результаты проверки точности расчёта температуры _якорных обмоток электродвигателей_

№ электродвигателя 'РАГЧ, °С Погрешность, %

167 84,2 81,1 3,68

168 87,0 82,1 5,63

Таблица 4

Оценка достоверности диагностирования выставки роликов относительно технологической плоскости ОР

№ ролика 61 59 30 33 69 18 46

величина отклонения, мм -5,0 -4,0 -3,5 -3,0 -3,0 +5,0 +6,0

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Основным методом диагностирования состояния и настройки оборудования электропривода ОР ШСГП в настоящее время является визуальный и метрологический контроль, проводимый во время плановых ремонтных работ. Применяемые на некоторых отечественных станах для целей диагностирования системы сбора данных токов нагрузки электродвигателей роликов рольганга не обеспечивают требуемой достоверности диагностирования и ограничены по количеству выявляемых неисправностей электропривода.

2. Установлено, что в качестве диагностических признаков эксцентриситета бочки роликов ОР, неисправности щёточно-коллекгорного устройства электродвигателя ролика и разрушения одной или двух соединительных муфт в линии электропривода ролика целесообразно применять период изменения, темп и частотные показатели изменения тока нагрузки электродвигателя ролика ОР. Определены числовые характеристики диагностических признаков указанных дефектов при отдельном и совместном их проявлении в токах нагрузки электродвигателей роликов.

3. Разработана методика диагностирования неисправности щЭточно-коллекторного устройства электродвигателя ролика, эксцентриситета бочки ролика, разрушения одной или двух соединительных муфт в линии электропривода ролика, основанная на результатах статистического, дифференциального и корреляционного анализа характеристик изменения мгновенных значений тока нагрузки электродвигателя ролика ОР.

4. Разработана методика диагностирования правильности выставки ролика относительно технологической плоскости ОР по характеру изменения средних значений токов нагрузки электродвигателей роликов в различных режимах работы электропривода ОР.

5. Предложена методика диагностирования распределения усилий транспортирования полосы по электроприводам роликов ОР. Методика базируется на составленной для технологических условий прокатки листа на широкополосном стане 2000 горячей прокатки ОАО «ММК» математической модели расчёта усилий, прикладываемых к полосе электродвигателями роликов ОР.

6. Предложена методика диагностирования неисправности подшипниковых узлов в линии электропривода ролика или касания роликом бортов рольганга по характеру изменения тока холостого хода электродвигателя.

7. Разработаны алгоритмы диагностирован!«:

— неисправности щёточно-ксллекторного устройства электродвигателя ролика;

— разрушения соединительных муфт в линии электропривода ролика;

— эксцентриситета бочки ролика;

— неисправности подшипниковых узлов в линии электропривода ролика или касания роликом бортов рольганга;

— перегрева якорной обмотки электродвигателя;

- правильности выставки ролика относительно технологической плоскости ОР;

- распределения усилия транспортирования полосы по роликам ОР.

8. Разработаны функциональная схема и обобщённый алгоритм автоматизированной системы технического диагностирования состояния и настройки электропривода роликов ОР с учётом технологических особенностей прокатки металла на стане горячей прокатки.

9. Экспериментально проверена достоверность и эффективность алгоритмов и методик диагностирования эксцентриситета бочки ролика, неисправности щёточно-коллекторнош устройства электродвигателя ролика, разрушения соединительных муфт в линии электропривода ролика, перегрева якорной обмотки электродвигателя, неисправности подшипниковых узлов в линии электропривода ролика или касания роликом бортов рольганга, правильности выставки ролика относительно технологической плоскости ОР.

10. Автоматизированная система технического диагностирования состояния и настройки электропривода роликов ОР внедрена на широкополосном стане 2000 горячей прокатки ОАО «ММК». Ожидаемый экономический эффект от внедрения составляет 585 тыс. руб. в год.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Пишнограев, P.C., Система технического диагностирования механического и электрического оборудования отводящего рольганга стана горячей прокатки / Лукьянов СИ., Пишнограев P.C., Швидченко Н.В. и др. // Изв.вузов, Электромеханика, 2006 -Вып. №4. - С.71-75.(Журнал входит в список изданий, рекомендуемых ВАК).

2.Пишнограев, P.C., Расширение функциональных возможностей системы токовой диагностики оборудования отводящего рольганга широкополосного стана горячей прокатки ЛПЦ-10 ОАО «Магнитогорский Металлургический Комбинат» [Текст] / Лукьянов С.И., Швидченко Д.В., Пишнограев P.C., Швидченко Н.В. // Оптимизация режимов работы электротехнических систем: меж-вуз. сб. науч. тр. / ИПЦ КГТУ - Красноярск, 2004 - стр. 64-71.

3.Пишнограев, P.C., Исследование режимов работы электропривода отводящего рольганга стана 2000 горячей прокатки [Текст] / Селиванов И.А., Лукьянов С.И., Швидченко Д.В. и др. // Труда IV Международной (XV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу «Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития» / Часть 2 - Магнитогорск, 2004. — С. 121-123.

4. Пишнограев, P.C., Разработка общего алгоритма диагностирования неисправностей в линиях электропривода отводящего рольганга стана 2000 горячей прокатки [Текст] / Лукьянов С.И., Пишнограев P.C., Лазаренко A.C. и др. // Электротехнические комплексы и системы: межвуз. сб. науч. тр. / Mi ТУ. Вып.9 - Магнитогорск, 2004 -стр. 74 - 84.

5. Пишнограев, P.C., Методика расчета усилий транспортировки полосы на роликах отводящего рольганга стана горячей прокатки [Текст] / Лукьянов С.И., Швидченко Д.В., Пишнограев P.C., Швидченко Н.В. // Электротехнические

комплексы и системы: межвуз. сб. науч. тр. / МГТУ. Вып.10 — Магнитогорск, 2005 -стр. 39 - 45.

6. Пишнограев, P.C., Система диагностирования оборудования электропривода отводящего рольганга стана горячей прокатки (Текст] / Лукьянов С.И., Швидченко Д.В., Пишнограев P.C. и др. // Материалы 64-й научно-практической конференции по итогам научно-исследовательских работ за 20042005 годы. Сб. докл/МГТУ. Т.2-Магнитогорск,2006.-стр. 120-121

7. Пишнограев, P.C., Исследование токов холостого хода электродвигателей роликов отводящего рольганга стана 2000 горячей прокатки ОАО «ММК» (Текст] / Пишнограев P.C. // Электротехнические комплексы и системы: межвуз. сб. науч. тр. / МГТУ. Вып. 11.-Магнитогорск, 2005.-С. 167-172.

8. Пишнограев, P.C., Разработка алгоритма диагностирования неисправностей в линиях электропривода отводящего рольганга стана 2000 горячей прокатки [Текст] / Пишнограев P.C. // Материалы науч.-техн. конф «Энергосбережение и энергоэффективные технологии». Сб. докл. / МГТУ — Магнитогорск, 2005. — С. 25-29.

9. Пишнограев, P.C., Система диагностирования оборудования электропривода отводящего рольганга стана 2000 горячей прокатки [Текст] / С.И. Лукьянов, P.C. Пишнограев, Н.В. Швидченко и др. // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова / МГТУ. Вып. 4(12) - Магнитогорск, 2005. - 32 с.

10. Пишнограев, P.C., Анализ токов нагрузки электродвигателей роликов отводящего рольганга стана 2000 ОАО ММК [Текст] / Пишнограев P.C., Суспицын Е.С. // ГОУ ВПО «Магнитогорск, гос. техн. ун-т», — Магнитогорск, 2005; Деп. в ВИНИТИ 20.06.05, №868-В2005.

11. Пишнограев, P.C., Разработка методики расчёта усилия транспортирования полосы роликами отводящего рольганга стана 2000 горячей прокатки / Лукьянов С.И., Швидченко Д.В., Суспицын Е.С., Пишнограев P.C. // ГОУ ВПО «Магнитогорск, гос. техн. ун-т». - Магнитогорск, 2005; Деп. в ВИНИТИ 20.06.05, Ха869-В2005.

12. Пишнограев, P.C., Исследование аварийных остановок полосы на роликах отводящего рольганга стана 2000 горячей прокатки ЛПЦ №10 ОАО ММК / Лукьянов С.И., Швидченко Д.В., Пишнограев P.C., Швидченко Н.В, // ГОУ ВПО «Магнитогорск, гос. техн. ун-т». — Магнитогорск, 2005; Деп. в ВИНИТИ 20.06.05, Х°870-В2005.

13. Пишнограев, P.C. Диагностирование электропривода тянуще-правильного устройства МНЛЗ: Монография [Текст] / Лукьянов С.И., Суспицын Е.С., Пишнограев P.C. // Магнитогорск: МГТУ, 2005. -150 с.

14. Пишнограев, P.C. Патент РФ на полезную модель №52746, МПК В 21 В 37/00, Устройство диагностики состояния роликов отводящего рольганга и звеньев их приводов прокатных станов / В.Л. Носов, С.И. Лукьянов, Д.В. Швидченко и др. Заявка № 2005137589/22 от 02.12.05. Опубл. 27.04.2006 Бюл. №12. -10 с.

Подписано в печать 24.11.2006. Формат 60x84 1/16 Бумага тип.№ 1.

Плоская печать Усл.печ.л. 1,00. Тираж 100 экз. Заказ 819.

45ÍOOO, Магнитогорск, пр.Ленина, 3S Полиграфический участок ГОУ ВПО «МГТУ»

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА РОЛИКОВ

ОТВОДЯЩЕГО РОЛЬГАНГА НЕПРЕРЫВНОГО

ШИРОКОПОЛОСНОГО СТАНА ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТИ.

1.1. Технологические особенности прокатки листа и транспортирования готового проката по отводящему рольгангу на станах горячей прокатки.

1.2.Характеристика электропривода роликов отводящего рольганга стана 2000 горячей прокатки.

1.3.Типичные виды неисправностей электроприводов роликов отводящих рольгангов непрерывных широкополосных станов горячей прокатки.

1.4.Анализ функциональных возможностей существующей системы токовой диагностики. Анализ токов нагрузки электродвигателей роликов отводящего рольганга.

1.5.Исследование распределения общих токов нагрузки электроприводов секций отводящего рольганга по электродвигателям роликов.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 2. ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

ОТВОДЯЩЕГО РОЛЬГАНГА ПО МГНОВЕННЫМ ЗНАЧЕНИЯМ

ТОКОВ НАГРУЗКИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ РОЛИКОВ.

2.1. Диагностирование электропривода отводящего рольганга по темпу уменьшения токов нагрузки электродвигателей роликов.

2.2. Диагностирование электропривода отводящего рольганга по периоду изменения токов нагрузки электродвигателей роликов.

2.3. Диагностирование электропривода роликов отводящего рольганга по частотному спектру временных диаграмм изменения токов нагрузки электродвигателей роликов.

2.4. Диагностирование электропривода роликов отводящего рольганга по совокупности диагностических признаков.

2.5. Разработка алгоритмов диагностирования механической и электрической частей электроприводов роликов отводящего рольганга стана горячей прокатки.

2.5.1. Алгоритм определения максимального темпа уменьшения тока нагрузки электродвигателей роликов отводящего рольганга.

2.5.2. Алгоритм построения автокорреляционной функции временной диаграммы изменения тока нагрузки электродвигателя.

2.5.3. Алгоритм определения периода изменения тока нагрузки электродвигателя ролика отводящего рольганга.

2.5.4. Алгоритм определения интервалов времени равенства нулю токов нагрузки.

2.5.5. Алгоритм расчёта амплитуд первых четырёх гармоник в частотном спектре временной диаграммы изменения тока нагрузки электродвигателя.

2.5.6. Алгоритм диагностирования электропривода роликов отводящего рольганга по форме изменения тока нагрузки электродвигателя.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 3. ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

ОТВОДЯЩЕГО РОЛЬГАНГА ПО СРЕДНИМ ЗНАЧЕНИЯМ ТОКОВ

НАГРУЗКИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ РОЛИКОВ.

3.1. Диагностирование неисправности подшипниковых узлов линий электропривода роликов.

3.3. Определение усилия транспортирования, сообщаемого электроприводом роликов отводящего рольганга полосе.

3.4. Диагностирование выставки роликов относительно технологической плоскости отводящего рольганга.

3.5. Разработка алгоритмов диагностирования электроприводов роликов отводящего рольганга по средним значениям токов нагрузки электродвигателей.

3.5.1. Алгоритм расчёта температуры якорной обмотки электродвигателя ролика отводящего рольганга.

3.5.2. Алгоритм измерения текущих значений токов холостого хода электродвигателей роликов отводящего рольганга.

3.5.3. Алгоритм диагностирования подшипниковых узлов линии электропривода ролика отводящего рольганга.

3.5.4. Алгоритм расчёта усилия транспортирования, сообщаемого роликом отводящего рольганга.

3.5.5. Разработка алгоритма диагностирования выставки роликов относительно технологической плоскости рольганга.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ОБОБЩЁННОГО АЛГОРИТМА

ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО И

МЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ОТВОДЯЩЕГО РОЛЬГАНГА.

4.1. Разработка обобщённого алгоритма системы технического диагностирования электропривода роликов отводящего рольганга.

4.3. Оценка достоверности и точности диагностической информации, результаты внедрения разработанной системы диагностирования.

4.3.1. Достоверность диагностирования электроприводов роликов рольганга по мгновенным значениям токов нагрузки их электродвигателей.

4.3.2. Эффективность диагностирования электропривода роликов рольганга по средним значениям токов нагрузки электродвигателей.

ВЫВОДЫ.

Непрерывные широкополосные станы горячей прокатки являются сложными техническими агрегатами непрерывного действия, большой единичной производительности, работающими в условиях интенсивного нагружения и неблагоприятной окружающей среды. Производительность станов горячей прокатки зависит от технического состояния всех его технологических агрегатов, в том числе рольгангов. Современные прокатные станы характеризуются поточным технологическим процессом обработки металла, поэтому общая длина рольгангов весьма значительна, а масса их иногда достигает 20-30 % от массы механического оборудования всего прокатного стана. Одним из важнейших технологических агрегатов листового стана горячей прокатки, от надёжности работы которого и степени выполнения предъявляемых к нему технологических требований зависит производительность стана и качество готового проката, является отводящий рольганг, обеспечивающий перемещение полосы от чистовой группы клетей до моталок [1-7].

Для поддержания оборудования в работоспособном состоянии на металлургических предприятиях применяют системы технического обслуживания и ремонтов машин и агрегатов, призванные обеспечить безотказную работу в межремонтный период [6, 7].

Неотъемлемой частью системы поддержания оборудования в работоспособном состоянии являются системы технического диагностирования. Задачами технической диагностики являются определение технического состояния объекта диагностирования и прогнозирование будущего технического состояния оборудования. Непрерывный во времени контроль текущего состояния оборудования прокатных станов и своевременная замена вышедших из строя узлов позволяет поддерживать на требуемом уровне качество проката и снизить вероятность возникновения аварий. Кроме этого применение систем технического диагностирования оборудования прокатных станов позволяет заблаговременно подготовиться к плановым ремонтным работам, исключить из перечня ремонтных работ визуальный и метрологический контроль состояния оборудования и за счёт сокращения времени ремонтных работ увеличить коэффициент использования агрегата и производительность прокатного стана [6, 8-10].

Для определения технического состояния механического оборудования машин металлургического производства, и станов горячей прокатки в частности, наибольшее распространение получили вибро- и виброакустические методы диагностирования [8-11].

Данные методы диагностирования широко применяются для определения дефектов узлов и деталей таких агрегатов как прокатные клети, летучие ножницы и моталки.

Поскольку вибро- и виброакустические методы диагностирования требуют установки датчиков непосредственно на объект диагностирования, их применение для определения технического состояния оборудования электропривода роликов отводящего рольганга принято нецелесообразным. Обусловлено это тем, что рольганги состоят из большого количества роликов и электродвигателей, размещённых непосредственно в технологической зоне стана, что значительно усложняет обслуживание датчиков [1-4].

Альтернативой указанным методам при диагностировании электропривода роликов отводящего рольганга служит токовая диагностика - метод диагностирования, основанный на определении технического состояния механического и электрического оборудования электропривода по координатам его работы. Суть данного метода заключается в том, что изменение технического состояния электрического или механического оборудования объекта диагностирования вызывает изменение формы и величины тока нагрузки электродвигателя. Преимуществом данного метода диагностирования является отсутствие необходимости в установке датчиков непосредственно на стан. Кроме этого, в большинстве современных автоматических систем управления технологическим процессом предусмотрены функции измерения токов и напряжений электродвигателей технологических агрегатов, что позволяет снизить затраты на внедрение систем токовой диагностики и делает данный метод диагностирования наиболее перспективным [12-16].

В технической литературе информация об использовании на станах горячей прокатки автоматизированных систем диагностирования состояния и настройки оборудования электропривода отводящего рольганга отсутствует. В работе [17] отмечается, что для контроля за работой электропривода отводящего рольганга силами служб ОАО «Магнитогорский Металлургический Комбинат» (ОАО «ММК») установлена система сбора данных. В этой системе собирается информация об изменении токов нагрузки электродвигателей роликов отводящего рольганга и электроприводов секций рольганга. Указанная информация используется лишь при анализе причин возникновения внештатных и аварийных ситуаций. Практически система сбора данных используется как аварийный регистратор.

Основными дефектами электропривода роликов отводящего рольганга, негативно влияющими на качество готового проката и безаварийную работу отводящего рольганга являются: эксцентриситет бочки ролика [5, 11]; неисправность щёточно-коллекторного устройства электродвигателя ролика; перегрев якорной обмотки электродвигателя; разрушение соединительных муфт в линии электропривода ролика [17]; неисправность подшипниковых узлов в линии электропривода ролика или касание роликом бортов рольганга; неправильная выставка ролика относительно технологической плоскости отводящего рольганга [6, 7, 18, 19]; невыполнение электроприводом ролика предъявляемых к нему технологических требований [18, 19].

Методик и алгоритмов диагностирования указанных дефектов электропривода отводящего рольганга широкополосного стана горячей прокатки по токам нагрузки электродвигателей роликов рольганга в технической литературе обнаружить не удалось.

В связи с изложенным целью настоящей работы является разработка автоматизированной системы технического диагностирования состояния и настройки электропривода роликов отводящего рольганга стана горячей прокатки по характеру изменения токов нагрузки электродвигателей роликов.

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих основных задач:

-анализа существующих способов диагностирования электропривода отводящего рольганга;

-анализа возможных неисправностей электропривода отводящего рольганга, негативно влияющих на качество готового проката; -экспериментального определения соответствия формы изменения тока нагрузки электродвигателя ролика виду конкретной неисправности в линии электропривода ролика отводящего рольганга;

-определения диагностических признаков проявления неисправностей электропривода отводящего рольганга в показателях изменения токов нагрузки электродвигателей роликов;

-создания математической модели расчёта усилий транспортирования полосы и экспериментального определения параметров модели нагрева якорных обмоток электродвигателей; -разработки методик и алгоритмов технического диагностирования электропривода отводящего рольганга по характеристикам изменения токов нагрузки электродвигателей роликов; -разработки обобщённого алгоритма работы автоматизированной системы технического диагностирования состояния и настройки электропривода ОР.

-экспериментальной оценки эффективности предложенных методик и алгоритмов диагностирования электропривода отводящего рольганга.

К защите представляются следующие основные положения: 1. Результаты экспериментальных и теоретических исследований действующего электропривода отводящего рольганга и существующей на стане 2000 горячей прокатки ОАО «ММК» системы сбора данных токов нагрузки электродвигателей роликов рольганга.

2. Результаты статистического анализа временных диаграмм токов нагрузки электродвигателей роликов отводящего рольганга стана при эксцентриситете бочки ролика, неисправности щёточно-коллекторного устройства электродвигателя и разрушении одной или двух соединительных муфт в линиях электропривода роликов рольганга. Диагностические признаки указанных дефектов при отдельном и совместном их появлении, основанные на дисперсионном, регрессионном, корреляционном и частотном анализе временных диаграмм токов нагрузки электродвигателей.

3. Методики диагностирования: эксцентриситета бочки ролика рольганга; неисправности щёточно-коллекторного устройства электродвигателя; разрушения одной или двух соединительных муфт в линии электропривода ролика; неисправности подшипниковых узлов или касания роликом бортов рольганга; правильности выставки роликов относительно технологической плоскости ОР; распределения усилий транспортирования полосы по роликам ОР.

4. Алгоритмы технического диагностирования: неисправности щёточно-коллекторного устройства и перегрева якорной обмотки электродвигателя; эксцентриситета бочки ролика; разрушения одной или двух соединительных муфт в линии электропривода ролика; неисправности подшипниковых узлов или касания роликом бортов рольганга; правильности выставки роликов относительно технологической плоскости ОР; распределения усилий транспортирования полосы по роликам ОР.

5. Технические решения и обобщенный алгоритм автоматизированной системы диагностирования состояния электропривода роликов отводящего рольганга широкополосного стана горячей прокатки с учётом технологических особенностей прокатки металла на станах горячей прокатки.

6. Результаты внедрения и экспериментальной оценки эффективности предлагаемых способов диагностирования состояния и настройки электропривода отводящего рольганга широкополосного стана горячей прокатки.

В первой главе выполнен анализ технологических особенностей прокатки листа на широкополосных станах горячей прокатки (ШСГП) и транспортирования полосы на отводящем рольганге. Дана характеристика линий привода роликов отводящего рольганга и приведено описание типовой схемы электропривода на примере широкополосного стана 2000 горячей прокатки ОАО «ММК». Приведены результаты анализа дефектов электропривода отводящего рольганга, негативно влияющих на качество готового проката и производительность ШСГП. Проанализированы известные методы диагностирования оборудования отводящего рольганга. Выявлены их недостатки. Показано, что наиболее эффективным способом диагностирования электропривода роликов отводящего рольганга непосредственно в ходе прокатки листа является способ, основанный на выявлении неисправностей по характеру изменения токов нагрузки электродвигателей роликов. Экспериментально установлено соответствие между различными формами изменения мгновенных значений токов нагрузки электродвигателей роликов и неисправностями, возникающими в линиях электроприводов роликов отводящего рольганга. Поставлена задача разработки автоматизированной системы технического диагностирования состояния и настройки электропривода роликов отводящего рольганга на основе анализа изменения токов нагрузки электродвигателей роликов.

Вторая глава диссертационной работы посвящена разработке методик и алгоритмов диагностирования неисправностей электропривода роликов отводящего рольганга по форме изменения мгновенных значений токов нагрузки электродвигателей.

Определены диагностические признаки проявления эксцентриситета бочки ролика, неисправности щёточно-коллекторного устройства электродвигателя ролика и разрушения соединительных муфт в линии электропривода ролика в форме изменения тока нагрузки электродвигателя при статическом режиме работы электропривода отводящего рольганга.

На основании приведённых исследований разработаны методики и алгоритмы диагностирования неисправности щёточно-коллекторного устройства электродвигателя ролика, эксцентриситета бочки ролика и разрушения соединительных муфт в линии электропривода ролика.

Разработан алгоритм диагностирования указанных неисправностей линий электроприводов роликов отводящего рольганга по форме изменения мгновенных значений тока нагрузки электродвигателя.

В третьей главе разработаны методики и алгоритмы диагностирования электропривода роликов отводящего рольганга по характеру изменения средних токов нагрузки электродвигателей роликов.

Разработаны методики: диагностирования неисправности подшипниковых узлов в линии электропривода ролика или касания роликом бортов рольганга; диагностирования распределения усилия транспортирования полосы по роликам отводящего рольганга; диагностирования правильности выставки ролика относительно технологической плоскости отводящего рольганга. Экспериментально определены параметры модели нагрева якорной обмотки электродвигателя отводящего рольганга.

Разработаны алгоритмы функций диагностирования состояния и настройки электропривода роликов отводящего рольганга по характеру изменения средних значений токов нагрузки электродвигателей роликов.

В четвертой главе разработан обобщённый алгоритм автоматизированной системы технического диагностирования состояния и настройки электропривода роликов отводящего рольганга с учётом технологических особенностей прокатки металла на стане горячей прокатки.

Приведены результаты апробации и оценки эффективности алгоритмов диагностирования электропривода роликов отводящего рольганга по характеру изменения мгновенных и средних значений токов нагрузки электродвигателей роликов.

Разработанная автоматизированная система технического диагностирования состояния и настройки электропривода роликов отводящего рольганга внедрена на стане 2000 горячей прокатки ОАО «ММК». Ожидаемый экономический эффект от внедрения системы составил 585 тыс. руб. в год.

ВЫВОДЫ

1. Разработан обобщённый алгоритм и функциональная схема автоматизированной системы технического диагностирования состояния и настройки электропривода роликов отводящего рольганга по характеру изменения токов нагрузки электродвигателей роликов.

2. Апробированы алгоритмы диагностирования состояния электропривода роликов отводящего рольганга по характеру изменения мгновенных значений токов нагрузки электродвигателей. По результатам апробации отмечены:

- высокая достоверность диагностической информации;

- высокая эффективность диагностирования неисправности щёточно-коллекторного устройства электродвигателя (AN- 80 %) и эксцентриситета бочки ролика отводящего рольганга (AN = 64 %);

3. Апробированы алгоритмы диагностирования состояния и настройки электропривода роликов отводящего рольганга по характеру изменения средних значений токов нагрузки электродвигателей. Экспериментально доказана высокая достоверность результатов диагностирования.

4. Разработанная автоматизированная система технического диагностирования состояния и настройки электропривода роликов отводящего рольганга внедрена на стане 2000 горячей прокатки ОАО «ММК». Ожидаемый экономический эффект от внедрения системы составил 585 тыс. руб. в год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработана автоматизированная система технического диагностирования состояния и настройки электропривода роликов отводящего рольганга широкополосного стана горячей прокатки, позволяющая в реальном масштабе времени по характеристикам изменения токов нагрузки электродвигателей роликов определять неисправности в линиях электропривода роликов, негативно влияющие на качество готового проката и производительность стана.

Получены следующие основные результаты работы:

1. Основным методом диагностирования состояния и настройки оборудования электропривода ОР ШСГП в настоящее время является визуальный и метрологический контроль, проводимый во время плановых ремонтных работ. Применяемые на некоторых отечественных станах для целей диагностирования системы сбора данных токов нагрузки электродвигателей роликов рольганга не обеспечивают требуемой достоверности диагностирования и ограничены по количеству выявляемых неисправностей электропривода.

2. Установлено, что в качестве диагностических признаков эксцентриситета бочки роликов ОР, неисправности щёточно-коллекторного устройства электродвигателя ролика и разрушения одной или двух соединительных муфт в линии электропривода ролика целесообразно применять период изменения, темп и частотные показатели изменения тока нагрузки электродвигателя ролика ОР. Определены числовые характеристики диагностических признаков указанных дефектов при отдельном и совместном их проявлении в токах нагрузки электродвигателей роликов.

3. Разработана методика диагностирования неисправности щёточно-коллекторного устройства электродвигателя ролика, эксцентриситета бочки ролика, разрушения одной или двух соединительных муфт в линии электропривода ролика, основанная на результатах статистического, дифференциального и корреляционного анализа характеристик изменения мгновенных значений тока нагрузки электродвигателя ролика ОР.

4. Разработана методика диагностирования правильности выставки ролика относительно технологической плоскости ОР по характеру изменения средних значений токов нагрузки электродвигателей роликов в различных режимах работы электропривода ОР.

5. Предложена методика диагностирования распределения усилий транспортирования полосы по электроприводам роликов ОР. Методика базируется на составленной для технологических условий прокатки листа на широкополосном стане 2000 горячей прокатки ОАО «ММК» математической модели расчёта усилий, прикладываемых к полосе электродвигателями роликов ОР.

6. Предложена методика диагностирования неисправности подшипниковых узлов в линии электропривода ролика или касания роликом бортов рольганга по характеру изменения тока холостого хода электродвигателя.

7. Разработаны алгоритмы диагностирования:

-неисправности щёточно-коллекторного устройства электродвигателя ролика;

-разрушения соединительных муфт в линии электропривода ролика;

-эксцентриситета бочки ролика;

-неисправности подшипниковых узлов в линии электропривода ролика или касания роликом бортов рольганга;

-перегрева якорной обмотки электродвигателя;

-правильности выставки ролика относительно технологической плоскости ОР;

-распределения усилия транспортирования полосы по роликам ОР.

8. Разработаны функциональная схема и обобщённый алгоритм автоматизированной системы технического диагностирования состояния и настройки электропривода роликов ОР с учётом технологических особенностей прокатки металла на стане горячей прокатки.

9. Экспериментально проверена достоверность и эффективность алгоритмов и методик диагностирования эксцентриситета бочки ролика, неисправности щё-точно-коллекторного устройства электродвигателя ролика, разрушения соединительных муфт в линии электропривода ролика, перегрева якорной обмотки электродвигателя, неисправности подшипниковых узлов в линии электропривода ролика или касания роликом бортов рольганга, правильности выставки ролика относительно технологической плоскости ОР.

10. Автоматизированная система технического диагностирования состояния и настройки электропривода роликов ОР внедрена на широкополосном стане 2000 горячей прокатки ОАО «ММК». Ожидаемый экономический эффект от внедрения составляет 585 тыс. руб. в год.

1. А.И. Целиков, П.И. Полухии, В.М. Гребенник и др. Машины и агрегаты металлургических заводов: Учебник для вузов. В 3 т. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1988. - Т. 3. Машины и агрегаты для производства и отделки проката. - 679 с.

2. Королёв А.А. Механическое оборудование прокатных и трубных цехов: Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1987. - 480 с.

3. Королёв А.А. Конструкция и расчёт машин и механизмов прокатных станов: Учеб. пособие для вузов. М.: Металлургия, 1985. - 376 с.

4. Афанасьев Б.Д., Борисов Ю.М., Гуревич А.Е. и др. Электрооборудование предприятий чёрной металлургии: Учеб. Пособие для техникумов черной металлургии. -М.: Металлург-издат, 1963. 606 с.

5. Иванченко Ф.К., Красношапка В.А. Динамика металлургических машин. -М.: Металлургия, 1983.-295 с.

6. Жиркин Ю.В. Надёжность, эксплуатация и ремонт металлургических машин: Учебник. Магнитогорск: МГТУ, 2002. - 330 с.

7. Задорожный В.Д. Унифицированный транспортный рольганг повышенной ремонтопригодности с индивидуальным приводом: Дис. . канд. техн. наук. -Магнитогорск: МГТУ, 2006. 148 с.

8. Оптимальное управление тепловой обработкой стали на линии МНЛЗ -прокатный стан / Девятов Д.Х., Кирпичёв А.А. // Изв. вузов. Черная металлургия. №10. - стр. 58-61

9. Девятов Д.Х. Оптимальное управление тепловой обработкой в непрерывной разливке стали: Монография. Магнитогорск: МГТУ, 1998. - 234 с.

10. Девятов Д.Х., Логунова О.С., Тутарова В.Д. и др. Управление качеством непрерывно литого слитка: Монография. Магнитогорск: МГТУ, 2006. -414 с.

11. Сидоров В.А. Определение технического состояния металлургического оборудования по параметрам вибрации: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Донецк, 1999.-22 с.

12. Осипов О.И. Техническое диагностирование автоматизированного электропривода постоянного тока: Дис. . док. техн. наук. -Челябинск., 1994. -417с.

13. Суспицын Е.С. Диагностирование механической части электропривода тянуще-правильного устройства машины непрерывного литья: Дис. . канд. техн. наук. М., 2002. - 142 с.

14. Лукьянов С.И., Суспицын Е.С., Пишнограев Р.С. Диагностирование электропривода тянуще-правильного устройства MHJI3: Монография. Магнитогорск: МГТУ, 2005. - 150 с.

15. Опыт повышения эффективности работы отводящего рольганга НШС / Поляков Б.А., Варшавский Е.А., Каретный З.П. и др. // Сталь. 1987 - №9. -С.64-67.

16. Тянущая способность отводящего рольганга широкополосного стана / Поляков Б.А., Зубков Ю.С., Варшавский Е.А., Володин В.В. // Изв. вуз. Черная металлургия. 1986 - №10. - С.64 - 67.

17. Осипов О.И., Усынин Ю.С. Промышленные помехи и способы их подавления в вентильных электроприводах постоянного тока. М.: Энергия, 1979. -80 с.

18. Лукьянов С.И., Панов А.Н. Обработка экспериментальных данных: Учеб. пособие. 2 изд. - Магнитогорск: МГМА, 1997.- 75с.

19. Вентцель Е.С., Овчаров JI.A. Теория вероятностей и ее инженерные приложения: Учеб. пособие для втузов. 2-е изд. стер. - М.: Высш. шк., 2000. -480 с.

20. Вентцель Е.С., Овчаров JI.A. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения: Учеб. пособие для втузов. 2-е изд. стер. - М.: Высш. шк., 2000.-383 с.

21. Мойсюк Б.Н. Основы теории планирования эксперимента: Учеб. Пособие. М.: Издательство МЭИ, 2005. - 464 с.

22. Савельев И.В. Курс физики: Учебник. В 3 т. СПб.: Мифрил. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1996. - Т. 1. Механика. Молекулярная физика. - 304 с.

23. Чиликин М.Г., Ключев В.И., Сандлер А.С. Теория автоматизированного управления: уч. пособие для вузов. М.: «Энергия», 1979.

24. Бабаков Н.А., Воронов А.А., Воронова А.А и др. / Теория автоматического управления: учеб. для вузов по спец. «Автоматика и телемеханика». Часть 1 // Высшая школа-М., 1986.

25. Чиликин М.Г. Общий курс электропривода. изд. 4-е, перераб. и доп. - М.: «Энергия», 1965. - 554 с.

26. Костенко М.П., Пиотровский JI.M. Электрические машины: Учеб. для вузов. В 2-х ч. - Изд. 3-е, перераб. - JL: «Энергия», 1973.

27. Васильев А.Е. Реализация электроприводом тянущих роликов горизонтального участка машины непрерывного литья заготовок технологических требований к качеству литой заготовки: Дис. . канд. техн. наук. М., 2002.-235 с.

28. Погорелов И.Л. Разработка электропривода зоны вторичного охлаждения машины непрерывного литья заготовок: Дис. . канд. техн. наук. М., 2000. -146 с.

29. Анализ токов нагрузки электродвигателей роликов отводящего рольганга стана 2000 ОАО ММК / Пишнограев Р.С., Суспицын Е.С. // ГОУ ВПО «Магнитогорск, гос. техн. ун-т». Магнитогорск, 2005; Деп. в ВИНИТИ 20.06.05, №868-В2005.

30. Разработка динамической модели электропривода отводящего рольганга стана 2000 горячей прокатки / Лукьянов С.И., Мухин А.П., Белый А.В. // «Электротехнические комплексы и системы» Межвуз. сб. науч. тр. -Магнитогорск: МГТУ, 2005 - Вып. 10. - С. 52-57.

31. Система диагностирования оборудования электропривода отводящего рольганга стана 2000 горячей прокатки / С.И. Лукьянов, Р.С. Пишнограев, Н.В. Швидченко и др. // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова, 2005, - №4(12), С. 51-53.

32. Инв. № . Магнитогорск, 2005. - 64с.