автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Совершенствование электромеханической системы регулирования натяжения полосы широкополосного стана горячей прокатки

'- ВОЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР

На правах рукописи

ЧЕРТОУСОВ Антон Александрович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАТЯЖЕНИЯ ПОЛОСЫ ШИРОКОПОЛОСНОГО СТАНА ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические системы и комплексы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Магнитогорск - 2004

Работа выполнена в Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И. Носова

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

КАРАНДАЕВ Александр Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

ОСИПОВ Олег Иванович

кандидат технических наук, доцент МЕРЗЛЯКОВ Юрий Владимирович

Ведущее предприятие: ОАО «Магнитогорский

металлургический комбинат», г. Магнитогорск

Защита состоится

2004 г. в Я

часов на за-

седании диссертационного совета K212.H1.02 при Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И. Носова по адресу: 455000, Челябинская обл., г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, ауд. 227.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « ^»

2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета канд. техн. наук, доцент

'' К.Э. Одинцов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последние десятилетия потребности мирового рынка горячекатаной полосы существенно изменились. Возрастает спрос на горячекатаную полосу толщиной 1,2-2,0 мм, считающуюся конечной продукцией. По прогнозам, к 2005 г. спрос на тонкую полосу составит до 25% от общей потребности рынка горячекатаной полосы. В условиях жесткой конкуренции большинство отечественных широкополосных станов горячей прокатки (ШСПТ) также переходят на производство тонкой полосы. В частности, на ШСГП 2500 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК»), являющемся единственным в России поставщиком полосы шириной более 2 м в рулонах, в настоящее время осуществлен переход на прокатку полос толщиной 1,5-1,8 мм.

Конкурентоспособность продукции ШСГП зависит от ее качества и в первую очередь от разноширинности и разнотолщинности полосы, которые определяются точностью регулирования межклетевых натяжений в чистовой группе, обеспечиваемой за счет системы автоматического регулирования натяжения и петли (САРНиП). На большинстве отечественных ШСГП (в том числе на стане 2500) САРНиП выполнены по принципу косвенного регулирования натяжения и включают контур регулирования натяжения, который по заданной уставке тока косвенно поддерживает натяжение на заданном уровне, и контур регулирования петли, поддерживающий угол подъема петледержателя с воздействием по отклонению на контур скорости главного электропривода прокатной клети.

Данный принцип управления не обеспечивает необходимой точности регулирования натяжения в динамических режимах вследствие невозможности прямого контроля и регулирования натяжения, а также взаимного влияния систем регулирования натяжения и петли. Кроме того, инерционность электромеханических петледержателей стана 2500 не позволяет эффективно использовать ресурсы быстродействующей системы автоматического регулирования толщины (САРТ) чистовой группы, выполненной на базе современных гидравлических нажимных устройств.

Основными требованиями, предъявляемыми к современным САРНиП, являются непрерывный контроль и регулирование натяжения с погрешностью не выше ±10% в динамических режимах при любых возмущающих воздействиях. Эти требования предопределяют необходимость дальнейшего исследования и развития САРНиП.

Цель работы. Целью диссертационной работы является совершенствование системы автоматического регулирования натяжения и петли широкополосного стана горячей прокатки, обеспечивающее повышение точности регулирования натяжения в динамических режимах.

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих основных задач:

1. Анализа современных систем автоматического регулирования натяжения и петли отечественных и зарубежных ШСГП с целью обоснования путей реконструкции существующей САРНиП стана 2500.

2. Экспериментальных исследований действующей САРНиП стана 2500 с целью оценки показателей качества регулирования натяжения в динамических режимах.

3. Разработки математической модели, включающей главные электроприводы клетей, электропривод петледержателя, гидравлический привод нажимных устройств, а также модели их взаимосвязи через обрабатываемый металл. Проведения на модели исследований динамических режимов электроприводов.

4. Разработки принципа и функциональной схемы САРНиП, обеспечивающей улучшение показателей регулирования натяжения в динамических режимах. Разработки метода косвенного определения удельного натяжения по параметрам электропривода петледержателя.

5. Исследований разработанной САРНиП с целью оценки точности регулирования натяжения в динамических режимах и рекомендаций по ее применению на стане 2500.

Методика проведения исследований. Теоретические исследования проводились с использованием аппарата передаточных функций, методов преобразования структурных схем и структурного моделирования, методов анализа с использованием логарифмических амплитудно-частотных характеристик. Экспериментальные исследования проводились на действующем прокатном стане путем прямого осциллографирования координат электроприводов и систем управления с последующей обработкой результатов.

На защиту выносятся:

1. Технологические требования к САРНиП действующих ШСГП при переходе на производство полос толщиной 1,2-2 мм.

2. Математическая модель межклетевого промежутка чистовой группы и гидравлического привода нажимных устройств, учитывающая взаимосвязи приводов через металл.

3. Результаты теоретических и экспериментальных исследований динамических режимов САРНиП стана 2500 ОАО «ММК» при прокатке полос толщиной 1,5-2 мм.

4. Результаты исследований САРНиП с перекрестными связями и внутренним контуром прямого регулирования натяжения.

5. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, системы косвенного определения натяжения по параметрам электропривода петледержателя.

Научная новизна.

1. Обоснованы технологические требования к САРНиП действующих ШСГП при переходе на производство полос толщиной 1,2-2 мм, основным

из которых является требование регулирования натяжения в динамических режимах с погрешностью, не превышающей ±10%.

2. По результатам теоретических и экспериментальных исследований доказано, что низкая точность регулирования натяжения в существующей САРНиП стана 2500 вызвана отсутствием контура прямого регулирования натяжения и взаимным влиянием систем автоматического регулирования натяжения и петли.

3. Разработанная математическая модель межклетевого промежутка более точно учитывает взаимосвязь электромеханических систем петле-держателя, главного электропривода клети и гидравлического привода нажимных устройств через металл, по сравнению с известными моделями.

4. Предложенная САРНиП с перекрестными связями позволяет компенсировать взаимное влияние систем регулирования натяжения и положения петледержателя и за счет этого обеспечивает погрешность при прокатке тонких полос, не выше ±10%.

5. Установлено, что в предложенной САРНиП момент инерции пет-ледержатетеля не оказывает существенного влияния на качество переходных процессов натяжения. Соответственно при реконструкции САРНиП стана 2500 рекомендовано сохранить оборудование установленных механических петледержателей.

6. Подтверждена возможность практической реализации системы косвенного определения натяжения по параметрам электропривода петле-держателя с погрешностью, не превышающей ±5%.

Практическая ценность и реализация работы состоит в том, что в результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований

1. Созданы предпосылки для промышленного внедрения на широкополосном стане 2500 САРНиП с перекрестными связями, обеспечивающей прямое регулирование натяжения и исключающей взаимное влияние контуров регулирования натяжения и петли.

2. Разработан переносной компьютерный регистратор сигналов, с помощью которого выполнено комплексное экспериментальное исследование динамических режимов САРНиП и главных электроприводов чистовой группы стана 2500.

3. Определены и экспериментально подтверждены способ и алгоритм косвенного вычисления натяжения по параметрам электропривода петле-держателя (в реальном времени).

4. Даны конкретные рекомендации по реализации предложенных систем на базе внедряемых на стане 2500 промышленных контроллеров фирмы Siemens.

Основные результаты диссертационной работы переданы в электрослужбу листопрокатного цеха № 4 и центральную электротехническую

лабораторию ОАО «ММК» в виде «Рекомендаций по реконструкции САРНиП широкополосного стана 2500», что подтверждено соответствующим актом.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались:

1. На 4-м Международном конгрессе прокатчиков (г. Магнитогорск, октябрь 2001 г.).

2. Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы развития автоматизированного электропривода промышленных установок» (г. Новокузнецк, май 2002 г.).

3. Международной научно-технической конференции «Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы» (г. Екатеринбург, март 2003 г.).

4. II Международной научно-технической конференции "Измерение, контроль, автоматизация" (ИКИ-2001) (г. Барнаул, май 2001 г.).

5. Всероссийской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Энергетики и металлурги настоящему и будущему России» (г. Магнитогорск, май 2002 г.).

6. Объединенном научном семинаре кафедр энергетического факультета и факультета автоматики и вычислительной техники МГТУ (г. Магнитогорск, март 2004 г.),

а также на ежегодных научно-технических конференциях МГТУ по итогам научно-исследовательских работ (г. Магнитогорск 2002,2003 гг.).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 11 печатных трудах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 71 наименований. Работа изложена на 185 страницах основного текста, содержит 77 рисунков, 14 таблиц и приложение объемом 12 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассмотрено состояние проблемы, обоснована ее актуальность, сформулированы цель и основные задачи работы.

В первой главе дана краткая характеристика непрерывного широкополосного стана 2500 ОАО «ММК», представлен сортамент выпускаемой продукции, в составе которого присутствуют полосы толщиной 1,5-2 мм (в настоящее время обеспечивается минимальная толщина 1,8 мм). Дана характеристика автоматизированных электроприводов клетей чистовой группы, а также устройство и кинематическая схема безредукторных электромеханических петледержателей, установленных на стане.

Представлено подробное описание функциональной схемы системы автоматического регулирования натяжения и петли (рис.1).

Рис. 1. Функциональная схема системы автоматического регулирования натяжения и петли стана 2500

РН - регулятор натяжения, РПП - регулятор положения петледержателя, РТ - регулятор тока, ТП - тиристорный преобразователь, ДЭ - датчик ЭДС, РКС - регулятор коррекции скорости, PC - регулятор скорости электропривода клети, ТГ - тахогенератор, ФВУ - фазовращательное устройство, ЛС - логическая схема, ИП - индикаторы полосы, ЗП - задатчик петли, МП -

двигатель петледержателя

В существующей системе при наличии металла в межклетевом промежутке имеет место взаимное воздействие контуров регулирования натяжения и петли. Так, при изменении угла Р (например, подъеме петледержателя) возникает корректирующее воздействие, направленное на снижение задания тока двигателя (натяжения), формируемое с помощью регулятора натяжения (РН). Одновременно за счет сигнала, поступающего на вход PC, осуществляется коррекция скорости последующей клети, направленная на увеличение скорости и соответственно уменьшение величины петли, что в свою очередь приводит к увеличению натяжения. Вследствие различной (и достаточно высокой) инерционности электромеханических систем петледержателя и клети снижается точность регулирования натяжения и увеличивается продолжительность переходных процессов.

Разнотолщинность полосы после установки гидравлических нажимных устройств на 10 и 11 клетях и включения в работу новой САРТ на их основе не должна превышать 0,075...0,09 мм (до реконструкции она составляла 0,1...0,14 мм). Кроме того, переход на тонкий сортамент потребовал увеличения скоростей прокатки. Если при прокатке полосы толщиной 2 мм скорость на выходе чистовой группы составляла около 13 м/с, то для полос толщиной 1,5... 1,8 мм она достигает 20 м/с.

Существенно изменились требования непосредственно к современным петледержателям. Они должны обеспечивать:

- соответствие моментов углу поворота и поперечному сечению полосы;

- создание необходимого момента при ускорении в процессе прокатки;

- низкий момент инерции петледержателя и его привода;

- низкий коэффициент трения в деталях транспортирующего устройства;

- возможность быстрого получения точной информации об угле поворота и силе натяжения.

Таким образом, основные требования направлены на обеспечение непрерывного контроля и поддержание точности регулирования натяжения как в установившихся, так и в динамических режимах. Построение САРНиП, обеспечивающей выполнение данных требований, является целью реконструкции, проводимой на стане 2500 в настоящее время.

Практически всем перечисленным требованиям соответствуют гидравлические петледержатели. Однако для стана 2500 установка гидравлических петледержателей не является целесообразной, т.к. в этом случае потребуется реконструкция оборудования практически всей чистовой группы, которая в настоящее время не предусмотрена.

Большинство современных САРН зарубежных фирм имеют контур прямого регулирования натяжения. При этом в качестве обратной связи используется сигнал с выхода датчиков нагрузки (тордукторов, торсионов), вычисляемый с учетом коррекции веса полосы, веса петледержателя и сил инерции. Установка контура прямого регулирования натяжения в САРНиП стана 2500 также необходима. Однако установка датчиков натяжения на существующих петледержателях конструктивно затруднительна. Альтернативным вариантом является косвенный метод контроля натяжения. Дана сравнительная характеристика систем косвенного вычисления натяжения по параметрам электропривода петледержателя, энергетическим параметрам прокатки и по параметрам электроприводов прокатных клетей. Обоснована необходимость проведения исследований с целью получения сигнала, пропорционального натяжению, в реальном времени.

Вторая глава посвящена разработке математической модели межклетевого промежутка, содержащей в своем составе модели электроприводов клетей, снабженных системами автоматического регулирования скорости, модель электропривода петледержателя (в составе существующей САРНиП), модель гидравлического привода нажимных устройств в составе САРТ, реализующей зависимость Головина-Симса, а также модели взаимосвязей названных приводов через металл.

Математическая модель силовой части электропривода петледержате-ля, а так же модель силовой части электропривода прокатной клети построены на основе известных дифференциальных (операторных) уравне-

ний, описывающих процессы в электроприводах постоянного тока, их структурные схемы показаны в составе общей структуры (рис.2).

Структурная схема математической модели прокатываемого металла в межклетевом промежутке, выделенная на рис.2 блоком «П», построена с использованием системы уравнений (1) и упрощенной кинематической схемы межклетевого промежутка, фрагмент которой показан на рис. 1.

Полоса как объект автоматического управления представлена на рис. 2 звеном с передаточной функцией Е/Ьр, охваченным обратными связями.

Расчет передаточной функции полосы производился с применением ЛАЧХ. Рассчитаны передаточные функции контуров регулирования тока и скорости электропривода клети. Определена передаточная функция регулятора петли, расчет контуров выполнен по методике синтеза систем подчиненного регулирования. При этом принималось, что в исходном положении контур регулирования положения замкнут посредством обратных связей по положению и току двигателя петледержателя. При вступлении в работу системы автоматического регулирования натяжения контур регулирования положения размыкается, регулирование положения осуществляется с помощью контура тока, задание для которого формируется в функции угла подъема петледержателя в блоке задания момента (БЗМ).

Математическая модель гидравлических нажимных устройств и их взаимосвязи с главным электроприводом через прокатываемый металл представлена на рис. 3. Для учета влияния изменения переднего и заднего натяжений на давление металла на валки и опережение была использована методика, предложенная академиком А.И. Целиковым.

Давление металла на валки определяется зависимостью

Рь

У^К.О+Бо. + К,,*); К = Г.2(1+802-К,2<т)Л;

пд

(1)

ч I. Л - ' л/

Величина опережения рассчитывается по формуле Экелунда:

Рис. 2. Структурная схема системы автоматического регулирования натяжения и петли стана 2500

ЗКСК - замкнутый контур скорости клети, П - математическая модель прокатываемой полосы, ЗКТ - замкнутый контур тока двигателя

петледержателя, БЗМ - блок задания момента

Рис.3

Исходными параметрами для расчета являются: толщина металла И0 на входе в клеть, и на выходе из клети й;, ширина полосы В, переднее ств и заднее ст, удельные натяжения (в зависимости (2) непосредственно не присутствуют), сопротивление чистому сдвигу г5, коэффициент трения (Л, Ж = В-1 - проекция площади соприкосновения металла с валком. Остальные коэффициенты определяются свойствами прокатываемого металла и геометрическими размерами полосы.

В разработанной математической модели (рис. 3) эти зависимости реализованы в функциональных блоках 5 =/(«т0,<т;,5дУ,Ав) и

Р - о»°7»& ну > К )

Проверка адекватности математической модели (рис. 2,3) и объекта была выполнена путем сравнения осциллограмм, полученных на стане, с кривыми, полученными в результате моделирования динамических режимов, вызванных перемещением петледержателя, нажимных устройств и изменением скорости вращения валков клети.

В третьей главе сформулированы требования к создаваемому переносному компьютерному регистратору (ПКР), предназначенному для экспериментального анализа динамических режимов САРНиП, путем

записи (осциллографирования) аналоговых сигналов с их отображением на экране и печатающем устройстве в реальном времени. Предложена функциональная схема ПКР и его связи с промышленным объектом. Разработан блок нормализации и потенциального разделения, обеспечивающий заданный уровень входных аналоговых сигналов. Разработано оригинальное программное обеспечение, обоснован перечень контролируемых параметров, необходимых для экспериментальных исследований работы САРНиП в основных динамических режимах.

Постоянные времени исследуемых электромеханических систем прокатного стана (в том числе САРНиП), находятся в диапазоне от сотых до десятых долей секунды. Для цифровой записи и отображения переходных процессов в режиме реального времени эффективная скорость информационного потока должна обеспечивать регистрацию не менее 10-ти значений контролируемого сигнала за время, равное минимальной постоянной времени контролируемого объекта. Отсюда основные требования к создаваемой системе регистрации:

- полоса пропускания не менее 2,5 кГц;

- погрешность преобразования: ±0,1 %;

- разрешение АЦП не менее 12-ти разрядов;

- частота выборки на 1 канал АЦП не менее 2 кГц;

- скорость потока данных от адаптера в системную часть компьютера не менее 5-ти Мбайт/с.

В соответствии с этими требованиями создан компактный компьютерный регистратор (рис. 4), позволяющий производить запись электрических координат на любом технологическом участке стана.

Рис. 4

В качестве примера на рис. 5 представлены осциллограммы подъема петледержателя в рабочее положение при захвате полосы последующей клетью (рис. 5, а) и выходе полосы из межклетевого промежутка (рис. 5, б).

Видно, что оба режима сопровождаются колебаниями угла /? (кривая 1) и тока двигателя петледержателя (кривая 3). Очевидно, что по этим параметрам можно косвенно судить о колебаниях натяжения. Причем перерегулирование по положению составляет 48%, что значительно превышает допустимый предел ±10% (время переходного процесса достаточно велико -1,5...1,7с).

а б

Рис. 5.

Поскольку возможность непосредственного измерения натяжения в действующей САРНиП отсутствует, на созданной математической модели были исследованы переходные процессы при следующих возмущающих воздействиях:

- захват металла валками последующей клети и включение системы автоматического регулирования натяжения;

- изменение скорости одной из клетей межклетевого промежутка;

- возмущающее воздействие за счет изменения положения гидравлических нажимных устройств.

В качестве примера на рис. 6 представлены переходные процессы при увеличении на 1% скорости последующей клети, которые подтвердили вывод о значительных отклонениях удельного натяжения в последних межклетевых промежутках при прокатке тонкой полосы.

Аналогичные результаты получены при моделировании динамических режимов при других возмущающих воздействиях. Вместе с тем, добиться требуемой точности регулирования натяжения ±10% в существующей САРНиП не удается даже при теоретическом снижении момента инерции системы «петледержатель-полоса» в два раза. Необходима разработка новой быстродействующей САРНиП.

Четвертая глава посвящена разработке САРНиП с прямым регулированием натяжения и компенсацией взаимного влияния систем регулирования положения петледержателя и натяжения с помощью перекрестных связей. Функциональная схема предлагаемой системы представлена

на рис. 7. При ее разработке за основу принята система фирмы Mitsubishi, разработанная для стана Mizushima Works (Япония).

Рис.7

Система регулирования натяжения выполнена трехконтурной, внешним является контур регулирования натяжения, подчиненными являются контуры скорости и тока электропривода прокатной клети. Система регулирования положения петледержателя также включает три контура, внешним является контур регулирования положения, подчиненными являются контур регулирования скорости и контур регулирования тока двигателя петледержателя. Перекрестные связи С2/(р), С21(р) компенсируют взаимное влияние систем регулирования натяжения и положения петледержа-теля.

Расчет элементов всех контуров и передаточных функций регуляторов выполнен по методике расчета систем подчиненного регулирования, аналогично тому, как это было сделано для традиционной САРНиП. Обоснованы и рассчитаны передаточные функции перекрестных связей:

Разработаны общая структурная схема и математическая модель предложенной системы, построенные с учетом синтезированных регуляторов.

Поскольку установка датчиков прямого регулирования натяжения на существующем оборудовании затруднительна, были предложены алгоритм и структурная схема системы косвенного определения натяжения по параметрам электропривода петледержателя (рис. 8). В основу этой схемы положены зависимости, предложенные Н.Н. Дружининым, построенные на уравнении баланса момента двигателя и статического и динамического моментов на валу петледержателя.

Рис.8

Пример результатов реализации рассматриваемого метода представлен в виде осциллограмм на рис. 9. На осциллограмме показан процесс подъема петледержателя в рабочее положение после захвата полосы последующей клетью. В качестве исходных величин при вычислении натяжения использованы фиксированные параметры, полученные (с заданным шагом) по

осциллограммам, снятым на стане с помощью переносного компьютерного регистратора. Электрические и технологические коэффициенты модели соответствуют установленному оборудованию.

М . . _ I /г г

04

ол ея 0,1 о -0,1 -ол -о.з

-0.4

-0.5

О « 2 3 4 5 б 7 |,с

Рис.9

Поскольку на стане 2500 отсутствует возможность прямого измерения натяжения, для оценки точности его выделения косвенным методом было выполнено сравнение кривых удельного натяжения, полученных по предложенному алгоритму, с расчетными кривыми, полученными с помощью разработанной в гл. 2 математической модели. Результаты подтвердили принципиальную возможность косвенного определения натяжения с погрешностью, не превышающей ± 5 %.

В пятой главе разработана математическая модель предлагаемой САРНиП с перекрестными связями, которая базируется на тех же исходных данных, что и разработанная в гл. 2 модель существующей системы. Исследованы свойства предлагаемой САРНиП в режимах захвата полосы последующей клетью, а также в динамических режимах при изменениях скорости последующей либо предыдущей клетей и перемещения нажим -ных устройств. Анализ результатов моделирования позволил оценить качество новой системы в сравнении с существующей, а также сформулировать рекомендации по реконструкции САРНиП стана 2500.

В качестве примера на рис. 10 представлены кривые положения и удельного натяжения при уменьшении заданного рабочего угла петледер-жателя на 1° с 12° до 11° (рис. 10, а). Время переходного процесса составляет 0,55 с для существующей системы и 0,3 с - для предлагаемой. Максимальные величины отклонения натяжения (рис. 10, б) составляют соответ-

ственно 7,5 МН/м2 (от 5 МН/м2 до 6,5 МН/м2) и 0,2 МН/м2 (от 5 МН/м2 до 5,2 МН/м2).

а б

Рис. 10

В таблице приведены результаты оценки отклонений удельного натяжения для существующей и предлагаемой систем при изменении положения петледержателя на 1° при прокатке полос различной толщины.

__Таблица

Промежуток Система Время регулирования, Максимальное отклонение удельного натяжения Лег, МНУ / м Перерегулирование удельного натяжения, %

с 2мм 4мм 8мм 2мм 4мм 8мм

4 Существующая 0,9 0,8 0,65 0,5 16,0 16,2 16,7

Предлагаемая 0,45 0,08 0,16 0,25 1,6 4,0 8,3

5 Существующая 0,9 1,25 0,9 0,6 15,6 15,0 15,0

Предлагаемая 0,45 0,08 0,16 0,3 1,0 2,7 7,5

б Существующая 0,9 1,5 1,1 0,8 10,0 8,5 7,3

Предлагаемая 0,45 0,08 0,15 0,35 0,5 1,2 3,2

Во всех межклетевых промежутках отклонения удельного натяжения в предлагаемой системе практически на порядок ниже чем в существующей. Это является результатом воздействия перекрестной связи, компенсирующей влияние системы регулирования положения на систему регулирования натяжения. По времени регулирования (0,45...0,5 с) предлагаемая система также оказывается более быстродействующей, по сравнению с существующей (0,8... 0,9 с).

Аналогичные результаты получены при моделировании переходных процессов при других названных выше возмущающих воздействиях. В целом, по результатам моделирования показано, что при прокатке тонких

полос предлагаемая система обеспечивает выполнение требования отклонения натяжения в пределах ±10% во всех исследуемых динамических режимах.

Кроме того, доказано, что в предлагаемой системе с перекрестными связями уменьшение момента инерции петледержателя не оказывает заметного влияния на показатели переходных процессов натяжения, т.к. электромеханическая постоянная электропривода петледержателя компенсируется в контуре регулирования скорости петледержателя. Поэтому использование петледержателей с малым моментом инерции (в том числе -гидравлических) в предлагаемой системе, в отличие от существующей, оказывается нецелесообразным.

Даны рекомендации по использованию результатов исследований при реконструкции САРНиП стана 2500 горячей прокатки ОАО «ММК», основными из которых являются:

- замена в трех последних межклетевых промежутках существующей САРНиП на предлагаемую систему с контуром регулирования натяжения и перекрестными связями при сохранении установленного механического и силового электрического оборудования;

- применение предложенной системы косвенного вычисления натяжения по параметрам электропривода петледержателя;

- исполнение предложенных систем на базе внедряемых промышленных контроллеров фирмы Siemens;

- проведение дальнейших исследований и разработка программного обеспечения с целью выделения сигнала, пропорционального натяжению в реальном времени.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Сформулированы требования к системам автоматического регулирования натяжения и петли современных широкополосных станов горячей прокатки при переходе на прокатку тонких полос (1,2-2 мм). Основным требованием является непрерывный контроль и регулирование натяжения в динамических режимах с погрешностью, не превышающей ±10%.

2. Сформулированы принципы построения современных САРНиП, основными из которых являются использование малоинерционных петле-держателей, силоизмерительных устройств, конструктивно встроенных в петледержатель. Показано, что применение гидравлических петледержате-лей на стане 2500 ОАО «ММК» в настоящее время нецелесообразно.

3. Разработана математическая модель межклетевого промежутка чистовой группы стана 2500, более точно учитывающая взаимосвязи электроприводов в межклетевом промежутке, а также взаимосвязь нажимных устройств и главного электропривода.

4. Разработан и сдан в промышленную эксплуатацию переносной компьютерный регистратор, позволяющий выполнять осциллографирова-ние в реальном времени не менее 32-х аналоговых сигналов и 16-ти каналов дифференциального ввода, а также их запись, хранение и математическую обработку.

5. В результате экспериментальных исследований, выполненных на стане 2500 с помощью разработанного компьютерного регистратора сигналов, и по результатам математического моделирования установлено, что при прокатке тонких полос существующая САРНиП не обеспечивает необходимой точности регулирования натяжения в динамических режимах.

6. Разработана функциональная схема САРНиП с перекрестными связями и внутренним контуром прямого регулирования натяжения. Доказано, что введение в систему компенсирующих обратных связей обеспечивает ослабление влияния контура регулирования положения петледержа-теля на регулирование натяжения, в результате чего более чем на порядок снижаются максимальные динамические отклонения удельного натяжения.

7. Предложены алгоритм и структурная схема системы косвенного определения натяжения по параметрам электропривода петледержателя. Подтверждена приемлемая точность метода (погрешность не более ±5%).

8. Даны рекомендации по использованию результатов исследований при реконструкции САРНиП стана 2500 горячей прокатки ОАО «ММК», основными из которых являются внедрение в последних межклетевых промежутках предложенной системы с перекрестными связями, применение системы косвенного вычисления натяжения по параметрам электропривода петледержателя, исполнение предложенных систем на базе промышленных контроллеров.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Евдокимов С.А., Копцев А.Л., Чертоусов А.А. Система мониторинга и диагностики многоклетьевого стана холодной прокатки (тезисы) // Измерение, контроль, автоматизация: Материалы II междунар. научно-техн. конф. «ИКИ-2001». - Барнаул 2001. - С. 102-104.

2. Промышленная компьютерная система регистрации и визуализации осциллограмм работы главных электроприводов и систем управления прокатного стана / С.А. Евдокимов, А.С. Карандаев, А.А. Чертоусов и др. // Привод и управление. 2001. № 6. - С. 18-24.

3. Аппаратно-программная организация систем регистрации и мониторинга параметров электротехнического оборудования агрегатов металлургического производства / С.А. Евдокимов, А. С. Карандаев, А.Л. Копцев, А.А. Чертоусов // Проблемы развития автоматизированного электропривода: Труды Всерос. науч.-практ. конф. - Новокузнецк: Сиб-ГИУ, 2002. -С. 55-57.

4. Быстродействующая система автоматического регулирования натяжения и петли широкополосного стана ГП / А. С. Карандаев, С.А Евдокимов, А.А. Чертоусов и др. // Проблемы развития автоматизированного электропривода: Труды Всерос. науч.-практ. конф. — Новокузнецк: Сиб-ГИУ, 2002. - С. 246-248.

5. Система компьютерного мониторинга параметров оборудования и электроприводов агрегатов металлургического производства / С.А. Евдокимов, А.С. Карандаев, А.А. Чертоусов и др. // Труды четвертого конгресса прокатчиков. - Т. И. -М.: АО «Черметинформация», 2002. -С. 278-280.

6. Карандаев А.С, Чертоусов А.А., Храмшин В.Р. Принципы построения быстродействующих САР натяжения широкополосных станов горячей прокатки // Энергетики и металлурги настоящему и будущему России: Тез. докл. 3-й Всерос. науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных. - Магнитогорск: МГТУ, 2002. - С. 25.

7. Чертоусов А.А. Математическое моделирование системы автоматического регулирования натяжения и петли широкополосного стана горячей прокатки // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. Вып. 7. - Магнитогорск: МГТУ, 2002. - С. 125-134.

8. Построение промышленной компьютерной системы регистрации и визуализации осциллограмм работы главных электроприводов прокатного стана / С.А. Евдокимов, А.С. Карандаев, А.А. Чертоусов, А.Л. Копцев // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. Вып. 7. -Магнитогорск: МГТУ, 2002. - С. 322-331.

9. Диагностика системы автоматического регулирования натяжения широкополосного стана горячей прокатки / А.С. Карандаев, С.А. Евдокимов, А.А. Чертоусов и др. // Вестник УГТУ-УПИ. Ч. I.— Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2003. № 5 - С. 432-435.

10. Компьютерная система регистрации параметров и диагностики технического состояния электрооборудования и систем автоматизации широкополосного стана горячей прокатки / А.С. Карандаев, С.А. Евдокимов, А.А. Чертоусов, А.Л. Копцев. // Вестник УГТУ-УПИ. Ч. I.- Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2003. № 5 - С. 428-431.

И. Чертоусов А.А. Косвенное определение натяжения в быстродействующей САРНиП широкополосного стана горячей прокатки // Материалы 62-й научно-техн. конф. по итогам научно-исследовательских работ за 2002-2003 гг.: Сб. докл. Т.2. - Магнитогорск: МГТУ, 2003. - С. 134 - 137.

Подписано в печать 12.04.04. Формат 60x84 1/16. Бумага тип.№ 1.

Плоская печать. Усл.печ.л.1,0. Тираж 100 экз. Заказ 296.

455000, Магнитогорск, пр. Ленина, 38 Полиграфический участок МГТУ

»-729 1

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАТЯЖЕНИЯ И ПЕТЛИ (САРНиП) ШИРОКОПОЛОСНЫХ СТАНОВ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ.

1.1. Краткая характеристика стана 2500, описание технологического процесса, сортамент выпускаемой продукции.

1.2. Силовое оборудование электроприводов клетей чистовой группы и петледержателей.

1.3. Действующая САРНиП стана 2500.

1.3.1. Функциональная схема.

1.3.2. Принцип регулирования натяжения петли.

1.4. Технологические требования к САРНиП стана 2500.

1.5. Физические основы работы «моментных» петледержателей.

1.6. Сравнительная характеристика петледержателей современных ШСГП.

1.6.1. Малоинерционный электромеханический петледержатель.

1.6.2. САРН на базе гидравлических петледержателей.

1.7. Принципы построения современных САРНиП.

1.7.1. Системы с обратной связью по натяжению.

1.7.2. САРНиП с перекрестными связями.

1.8. Способы выделения сигнала, пропорционального натяжению.

1.8.1. Прямое измерение натяжения.

1.8.2. Вычисление натяжения по параметрам электропривода петледержателя.

1.8.3. Косвенное определение натяжения по параметрам электроприводов клетей.

1.9. Выводы и постановка задачи исследований.

Глава 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ САРНиП.

2.1. Математическая модель силовой части электроприводов межклетевого промежутка.

2.1.1. Принятые допущения.

2.1.2. Математическая модель силовой части электропривода петле держателя как объекта управления.

2.1.3. Математическая модель силовой части электропривода прокатной клети.

2.1.4. Математическая модель прокатываемой полосы как объекта управления.

2.2. Расчет контуров регулирования САРН и П.

2.2.1. Расчет контуров регулирования натяжения и положения петледержателя в исходном состоянии.

2.2.2. Расчет контура регулирования петли.

2.3. Моделирование гидравлических нажимных устройств.

2.4. Моделирование взаимосвязи нажимных устройств и главного электропривода через прокатываемый металл.

2.5. Оценка адекватности модели.

ВЫВОДЫ.

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ САРНиП ШИРОКОПОЛОСНОГО СТАНА ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ.

3.1. Переносной компьютерный регистратор сигналов.

3.1.1. Требования к системе регистрации и отображения сигналов.

3.1.2. Аппаратный состав переносного компьютерного регистратора.

3.1.3. Программное обеспечение.

3.2. Результаты экспериментальных исследований САРНиП ШСГП 2500.

3.2.1. Обоснование выбора контролируемых параметров.

3.2.2. Результаты осциллографирования режимов работы САРНиП.

3.3. Математическое моделирование динамических режимов САРНиП.

3.3.1. Исследование основных динамических режимов.

3.3.2. Влияние толщины полосы.

3.4. Влияние момента инерции системы «петледержатель-полоса».

ВЫВОДЫ.

Глава 4. РАЗРАБОТКА САРНиП С ПЕРЕКРЕСТНЫМИ СВЯЗЯМИ.

4.1. Функциональная схема системы.

4.2. Расчет контуров регулирования САРНиП с перекрестными связями.

4.2.1. Расчет контура регулирования положения.

4.2.2. Расчет контура регулирования натяжения.

4.2.3. Расчет передаточных функций перекрестных связей.

4.3. Система косвенного определения сигнала, пропорционального натяжению.i.

4.3.1. Алгоритм вычисления и структурная схема системы.

4.3.2. Оценка точности косвенного определения натяжения.

ВЫВОДЫ.

Глава 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕДЛОЖЕННОЙ САРНиП С ПЕРЕКРЕСТНЫМИ СВЯЗЯМИ. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОМЫШЛЕННОМУ ВНЕДРЕНИЮ.

5.1. Математическая модель предлагаемой САРНиП.

5.2. Переходные процессы при возмущающих воздействиях.

5.2.1. Захват полосы.

5.2.2. Изменение положения петледержателя.

5.2.3. Коррекция скорости клети.

5.2.4. Изменение межвалкового зазора.

5.3. Интегральная оценка качества регулирования натяжения в предлагаемой системе.

5.3.1. Интегральные показатели качества регулирования.

5.3.2. Сравнительная оценка интегральных показателей качества регулирования натяжения.;.

5.4. Влияние компенсирующих перекрестных связей.

5.5. Исследование натяжений в последних межклетевых промежутках.

5.6. Оценка влияния момента инерции в новой системе.

5.7. Рекомендации по внедрению результатов исследований.

ВЫВОДЫ.

В настоящее время к продукции широкополосных станов горячей прокатки (ШСГП) предъявляются жесткие требования, связанные с необходимостью повышения ее конкурентоспособности на мировом рынке, потребности которого в последнее десятилетие существенно изменились. По данным фирмы «Voest-Alpine Industrieanlagenbau» («VAI», Австрия), спрос на тонкую горячекатаную полосу толщиной 1,2-2,0 мм увеличится с 18% в 1995 г до 25% в 2005 г при одновременном снижении спроса на другие виды горячекатаной полосы, считающейся конечной продукцией [1]. В частности, на широкополосном стане 2500 горячей прокатки ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК»), являющемся единственным в России поставщиком полосы шириной более 2 м в рулонах, в настоящее время осуществлен переход на прокатку полос толщиной 1,5-1,8 мм.

Основным критерием, определяющим конкурентоспособность продукции ШСГП, является качество, обеспечиваемое за счет минимизации разно-ширинности и разнотолщинности полосы. Этигпараметры определяются условиями прокатки в чистовой группе клетей и в первую очередь - точностью регулирования межклетевых натяжений, обеспечиваемой за счет системы автоматического регулирования натяжения и петли (САРНиП).

САРНиП большинства отечественных ШСГП (в том числе и стана 2500) выполнены по «традиционному» принципу косвенного регулирования натяжения и включают [2-4]: контур регулирования натяжения, подчиненным для которого является контур тока двигателя петледержателя, который по заданной уставке тока косвенно поддерживает натяжение на заданном уровне; контур регулирования петли, поддерживающий угол подъема петледержателя на заданном уровне с воздействием по отклонению на контур скорости двигателя прокатной клети.

Данный принцип управления обеспечивает выполнение требований поддержания заданного натяжения в установившемся режиме прокатки, однако не обеспечивает необходимой точности регулирования натяжения в динамических режимах. Это происходит из-за невозможности непосредственного измерения, контроля и регулирования натяжения, а также из-за взаимного влияния систем регулирования натяжения и петли. Кроме того, инерционность электромеханических петледержателей стана 2500 не позволяет эффективно использовать ресурсы быстродействующей системы автоматического регулирования толщины (САРТ) чистовой группы, выполненной на базе современных гидравлических нажимных устройств фирмы Davy Mckee (Великобритания).

Вместе с тем, обеспечение регулирования натяжения с высокой точностью в динамических режимах при изменении положения петледержателя, изменениях скорости клети (последующей либо предыдущей), а также изменении положения нажимных устройств во время прокатки является основным требованием, предъявляемым к современным САРНиП [5]. В частности, на стане 2500 при прокатке тонких полос требования к отклонениям натяжения, ширины и толщины приближаются к требованиям, предъявляемым к станам холодной прокатки [1]

Эти требования предопределяют необходимость дальнейшего развития САРН. Работы по совершенствованию САРНиП ШСГП ведутся практически постоянно как отечественными, так и зарубежными фирмами. Среди основных отечественных разработчиков следует отметить ВНИИЭлектропривод [6-12], ВНИИметмаш [13-19], НИИтяжмаш Уралмашзавода и некоторые другие [20-23]. Наиболее распространена на отечественных ШСГП САРНиП, разработанная ВНИИэлектропривод, обеспечивающая косвенное регулирование натяжения на базе «астатических» петледержателей [6-12]. Ведущими зарубежными фирмами, работающими в данном направлении, являются Siemens (Германия) [24], General Electric (США) [25, 26], VAI (Австрия) [27], Ansaldo (Италия) [28] и ряд японских фирм [29 -31].

В связи с реконструкцией САРНиП стана 2500 горячей прокатки, ряд зарубежных и отечественных фирм предложили свои пути модернизации, основными из которых являются следующие:

1. Модернизация существующих аналоговых систем регулирования, при сохранении установленных двигателей и механических частей петледержате-лей. Предлагаются преобразователи с микропроцессорным управлением, использование контроллеров с модулями входов/выходов и связью с ЭВМ высшего уровня через магистрали типа РИ-ОБШиБ.

2. Полная реконструкция САРН, с заменой электромеханических петле-держателей гидравлическими, обеспечивающими высокодинамичное регулирование с высокой точностью.

Второй вариант является более предпочтительным с точки зрения повышения качества продукции. Однако его реализация потребует полной остановки стана на длительный период для реконструкции практически всей чистовой группы, что в рамках проводимой реконструкции не планируется.

Первый вариант имеет более реальную перспективу внедрения. Однако необходимо проведение теоретических и экспериментальных исследований взаимосвязанных электро- и гидроприводов межклетевого промежутка чистовой группы, с целью- обоснования рациональных, путей - совершенствования существующей САРНиП и разработки быстродействующей системы, обеспечивающей повышение точности регулирования натяжения в динамических режимах.

Целью диссертационной работы является совершенствование системы автоматического регулирования натяжения и петли широкополосного стана 2500 горячей прокатки, обеспечивающее повышение точности регулирования натяжения в динамических режимах.

Достижение поставленной цели потребовало решения в диссертационной работе следующих основных задач:

1. Анализа современных САРНиП отечественных и зарубежных широкополосных станов горячей прокатки с целью обоснования путей реконструкции системы стана 2500.

2. Экспериментальных исследований действующей САРНиП стана 2500 с целью оценки показателей качества регулирования натяжения в динамических режимах. Поскольку системы управления стана 2500 не оснащены современными средствами регистрации параметров, возникла дополнительная задача разработки компьютерной системы регистрации параметров электроприводов и систем управления в реальном масштабе времени.

3. Разработки математической модели, включающей главные электроприводы клетей, электропривод петледержателя, гидравлический привод нажимных устройств с учетом их взаимосвязи через обрабатываемый металл. Проведения на модели исследований динамических режимов электроприводов при различных возмущающих воздействиях.

4. Разработки принципа и функциональной схемы быстродействующей САРНиП с прямым регулированием натяжения, обеспечивающей улучшение точности регулирования натяжения в динамических режимах. Разработки метода косвенного определения удельного натяжения по параметрам электропривода петледержателя.

5. Исследований разработанной САРНиП на математической модели, оценюг точности косвенного вычисления и регулирования, натяжения в динамических режимах.

Содержание работы изложено в пяти главах:

В первой главе рассмотрена существующая САРНиП широкополосного стана 2500 ОАО «ММК», сформулированы технологические требования к электроприводам петледержателей, дана сравнительная характеристика петле-держателей и современных САРНиП, применяемых на отечественных и зарубежных станах горячей прокатки, проанализированы способы прямого и косвенного выделения натяжения.

Во второй главе разработана математическая модель межклетевого промежутка, включающая электропривод петледержателя (в составе действующей САРНиП), главный электропривод клети, гидравлический привод нажимного устройства (в составе САРТ, реализующей принцип Симса-Головина), модель прокатываемой полосы, учитывающей взаимосвязи электроприводов в межклетевом промежутке и модель взаимосвязи нажимных устройств и главного электропривода через металл. Доказана адекватность модели исследуемому объекту.

В третьей главе рассмотрен разработанный переносной компьютерный регистратор сигналов, обоснован перечень контролируемых параметров и представлены результаты экспериментальных исследований существующей САРНиП. Выполнено математическое моделирование динамических режимов при возмущающих воздействиях со стороны клети, петледержателя и нажимных устройств. Показано, что существующая САРНиП не обеспечивает выполнение технологического требования точности регулирования натяжения в допустимых пределах ±10%.

В четвертой главе предложена функциональная схема САРНиП с контуром прямого регулирования натяжения и перекрестными обратными связями, компенсирующими взаимное влияние систем автоматического регулирования натяжения и петли. Выполнен расчет передаточных функций всех контуров системы. Предложена система косвенного выделения сигнала, пропорционального натяжению, по параметрам электропривода^ петледержателя^ Дана оценка точности определения натяжения.

В пятой главе выполнено математическое моделирование переходных процессов в предложенной САРНиП. Исследовано влияние перекрестных связей, а также момента инерции петледержателя на точность регулирования натяжения. Даны рекомендации по промышленному внедрению результатов исследований.

В заключении приводятся выводы по работе.

По содержанию диссертационной работы опубликовано одиннадцать научных трудов, полученные результаты докладывались и обсуждались на восьми научно-технических конференциях и семинарах.

ВЫВОДЫ

1. Предложена математическая модель предлагаемой САРНиП, построенная с учетом разработанных в гл.4 структурных схем и передаточных функций контуров регулирования положения петледержателя и натяжения, а также передаточных функций перекрестных связей. В структуру модели входят модель гидравлических нажимных устройств и модели взаимосвязи через металл приводов клети и межклетевого промежутка.

2. По результатам моделирования переходных процессов положения петледержателя и удельного натяжения в динамических режимах при возмущающих воздействиях со стороны петледержателя, клети и нажимных устройств показано, что переходные процессы удельного натяжения в предлагаемой системе имеют апериодический характер с малой постоянной времени, в то время как в существующей системе — колебательный характер.

3. Предлагаемая система обеспечивает более высокое качество регулирования, т.к. интегральный показатель ошибки регулирования в динамических режимах при изменении межвалкового зазора, положения петледержателя и скорости клети примерно в 2,5 - 8 раз ниже (в зависимости от толщины полосы), по сравнению аналогичным показателем в обычной системе.

4. Подтверждено, что введение в систему компенсирующих обратных связей обеспечивает ослабление влияния регулирования положения петледержателя на регулирование натяжения во всех режимах, в результате чего более чем на порядок снижаются максимальные динамические отклонения удельного натяжения.

5. В результате моделирования показано, что при прокатке тонких полос предлагаемая система обеспечивает выполнение требования отклонения натяжения в пределах ±10% во всех исследуемых динамических режимах.

6. Доказано, что в предлагаемой системе с перекрестными связями уменьшение момента инерции петледержателя не оказывает заметного влияния на показатели переходных процессов натяжения, т.к. электромеханическая постоянная электропривода компенсируется в контуре регулирования скорости петледержателя. Поэтому использование петледержателей с малым моментом инерции в предлагаемой системе, в отличие от существующей, не является целесообразным.

7. Даны рекомендации по использованию результатов исследований при реконструкции САРНиП стана 2500 горячей прокатки ОАО «ММК», основными из которых являются:

- замена в трех последних межклетевых промежутках существующей САРНиП на предлагаемую систему с контуром регулирования натяжения и перекрестными^ связями при- сохранении установленного механического и силового электрического оборудования;

- применение предложенной системы косвенного вычисления натяжения по параметрам электропривода петледержателя;

- исполнение предложенных систем на базе внедряемых промышленных контроллеров фирмы Siemens;

- проведение дальнейших исследований и разработка программного обеспечения с целью выделения сигнала, пропорционального натяжению в реальном времени.

176

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Сформулированы требования к системам автоматического регулирования натяжения и петли современных широкополосных станов горячей прокатки, основным из которых является непрерывный контроль и регулирование натяжения в динамических режимах с погрешностью, не превышающей ±10%.

2. Сформулированы принципы построения современных САРНиП, основными из которых являются использование малоинерционных петледержателей, силоизмерительных устройств, конструктивно встроенных в петледержатель, и микропроцессорных систем управления. Показано, что применение гидравлических петледержателей на стане 2500 ОАО «ММК» в настоящее время с технической и экономической точек зрения нецелесообразно.

3. Разработана математическая модель межклетевого промежутка чистовой группы стана 2500, включающая электроприводы клетей и электромеханического петледержателя, гидравлический привод нажимных устройств, модель прокатываемой полосы, учитывающую взаимосвязи электроприводов в межклетевом промежутке, а также взаимосвязь нажимных устройств и главного электропривода.

4. Разработан и сдан в промышленную эксплуатацию переносной компьютерный регистратор, позволяющий выполнять осциллографирование в реальном времени не менее 32-х аналоговых сигналов и 16-и каналов дифференциального ввода, а также их запись, хранение и математическую обработку.

5. В результате экспериментальных исследований, выполненных на стане 2500 с помощью разработанного компьютерного регистратора сигналов, и по результатам математического моделирования динамических режимов при возмущающих воздействиях со стороны клети, петледержателя и нажимных устройств, показано, что при прокатке тонких полос существующая САРНиП не обеспечивает необходимой точности регулирования натяжения.

6. Разработана функциональная схема САРНиП с перекрестными связями, и внутренним контуром прямого регулирование натяжения. Доказано, что введение в систему компенсирующих обратных связей обеспечивает ослабление влияния контура регулирования положения петледержателя на регулирование натяжения во всех режимах, в результате чего более чем на порядок снижаются максимальные динамические отклонения удельного натяжения.

7. Предложены алгоритм и структурная схема системы косвенного определения натяжения по параметрам электропривода петледержателя, в основу которой положены уравнения баланса момента двигателя и статического и динамического моментов на ролике петледержателя. Подтверждена приемлемая точность косвенного метода вычисления натяжения (погрешность не более ±5%) и даны рекомендации по его применению в предложенной САРНиП с перекрестными связями.

8. Даны рекомендации по использованию результатов исследований при реконструкции САРНиП стана 2500, основными из которых являются внедрение в последних межклетевых промежутках системы с контуром регулирования натяжения и перекрестными связями, применение системы косвенного вычисления натяжения по параметрам электропривода петледержателя, исполнение предложенных систем на базе промышленных контроллеров. Полученные результаты являются универсальными и могут быть применены на других отечественных станах горячей прокатки.

178

1. Отвечают ли обычные широкополосные станы современным запросам // Новости черной металлургии за рубежом. 1997. №3. - С. 79 — 82.

2. Дружинин Н.Н., Мирер А.Г., Дружинин А.Н. Физические основы работы петледержателей на непрерывных листовых станах. // Сталь, 1971. №6.-С. 526-530.

3. Пистрак М.Я., Каретников В.Ф. Система автоматического регулирования натяжения полосы непрерывного листового стана с электромеханическими петледержателями. // Электричество, 1976. №2. С. 79 - 82.

4. Дружинин Н.Н. Непрерывные станы как объект автоматизации. — М.: Металлургия, 1967. 336 с.

5. Пистрак М.Я., Лапидус М.И. Улучшение экономических показателей широкополосных станов горячей прокатки. // Электротехника, 1984. №11.-С. 9— 11.

6. Каретников В.Ф., Пистрак М.Я. Состояние и основные направления развития систем автоматического регулирования натяжения на широкополосовых станах горячей прокатки в СССР и за рубежом. // Электротехн. пром-сть. Сер. Электропривод, 1975. №6. С. 23 - 28.

7. Лапидус М.И., Пистрак М.Я. Системы автоматического регулирования натяжения на широкополосных станах горячей прокатки с электромеханическими петледержателями // Электротехн. пром-сть. Сер. Электропривод, 1988. № 22. 80 с.

8. Лапидус М.И., Пистрак М.Я., Наумов Л.А. Исследование процесса компенсации динамических отклонений натяжения полосы на стане горячей прокатки // Электротехника, 1983. №5. С. 49 - 52.

9. Лапидус М.И., Пистрак М.Я. Электропривод петледержателей широкополосного прокатного стана // Сталь, 1991. №2 С. 58 - 62.

10. Митрофанов В.З., Топаллер A.B. Вычислительное устройство для измерения удельных межклетевых натяжений на листовом стане горячей прокатки. // Автоматизация и электропривод метал, машин и агрегатов. Труды ВНИИМЕТМАШ. М.г 1979. №58. - С. 102 - 109.

11. Воронцов A.A. Петледержатели для чистовых групп непрерывных полосовых станов горячей прокатки. // Автоматизация и электропривод метал. машин и агрегатов. Труды ВНИИМЕТМАШ. М.: 1980. №59. — С.150- 159.

12. Результаты исследования адаптивных регуляторов межклетевых натяжений. / В.М. Колядич, А.Г. Мирер, И.В. Залесский и др. // Автоматизация и электропривод метал, машин и агрегатов. Труды ВНИИМЕТМАШ. — М.: 1979. №58.-С. 26-29.

13. Филатов A.C., Акимов В. А., Зайцев А.П. Исследования точности прокатки на стане 1450 Магнитогорского металлургического комбината. // Автоматизация и электропривод метал, машин и агрегатов. Труды ВНИИМЕТМАШ. М.: 1980. №59. - С. 20 - 31.

14. Дружинин H.H., Мирер А.Г. Исследование управления непрерывными станами методом контроля межклетевых натяжений. // Сталь, 1987. №3. С. 44-49.

15. А.С. 854480 СССР, МПК3 В 21 В 37/02. Петледержатель для непрерывного стана горячей прокатки / А.Д. Белянский, Н.В. Бочаров, А.А. Воронцов и др. Заявлено 14.11.79, № 2839375/22-02.; Опубл. в Б.И. №29, 1981.

16. Колесников И.А. Повышение размерной точности горячекатаных листов методом оптимизации межклетевых натяжений. .// Прогрессивные процессы обработки металлов давлением. Краснодар, 1988. - С. 17 - 24.

17. Исследование энергетического баланса работы петледержателей. / М.А. Зайков, В.И. Погоржельский, И.А. Колесников и др. // Изв. Вузов. Черная металлургия, 1986, №9. С. 76 - 81.

18. Bass G.V. Minimum tension control in finishing train of hot strip mills. // Iron and steel Engeneer, November 1987. — P. 48 — 52. (англ.)

19. D. O'Connell, T.N. Thoria. Modernizing a hot strip finishing mill main drive control at Inland Steel. // Iron and steel Engeneer, May 1980. P. 34 — 40. (англ.)

20. Clark M., Martin D. Advanced control for hot strip finishing mill // The metals journal, No.7 April 1999. - P. 40 - 44. (англ.)

21. Kopineck H., Tappe W. New on-line measuring and testing systems for steel strip // Metallurgical plant and technology, No.l, 1990.- P. 70-75. (англ.)

22. System for optimizing performance of loopers on continuous hot strip mills / G.R. Gagliardi, R. Passoni, L. Zanicotti, F. Casavola // Boll. teen. Finsider special issue, 1984. — P. 71 — 74. (англ.)

23. Tanimoto S., Hayashi Y., Saito M. New tension measurement and control system in hot strip finishing mill. // Meas. And Contr. Instrum. Iron and Steel Ind. Prod 5th Process Technical Congress, Detroit. / Werrendale, Pa. 1985. — P. 147-154. (англ).

24. Fukushima Kenya. Looper optimal multivariable control for hot strip finishing mill. // Trans. Iron and Steel Inst. Jap. 1988. №6. P. 463 - 469. (англ.)

25. К. Hamada, S. Ueki, M. Shitomi и др. Finishing mill tension control system in the Mizushima hot strip mill // Kawasaki steel technical report, No. 11, march 1985. P. 35 - 43. (англ.)

26. Краснов B.C., Куркотов A.M., Фишкин E.E. Специальные момент-ные электродвигатели для привода петледержателей прокатных станов. // Электротехника, 1974. № 1. С. 30 - 31.

27. Стефанович. ВЛ Автоматизация, непрерывных и полунепрерывных широкополосных станов горячей прокатки. М.: Металлургия, 1975. -208 с.

28. Исследование системы автоматического регулирования натяжения на листовом стане горячей прокатки 2500 ММК. Отчет по научно-исследовательской работе, № гос. регистрации 78055584. Магнитогорск, МГМИ, 1979.-87 с.

29. Горячая прокатка полос на стане «2500». Технологическая инструкция ТИ-101-П-Гл. 4-71-97. Магнитогорск, ОАО «ММК». - 105 с.

30. Documents of 13th international rolling technology course / Bariloche, Argentina, 18-23rd April, 1999. // Industrial Automation Services Pty Ltd, 1999. -P. 9-11. (англ.)

31. Давыдов А.А., Лямбах P.B., Шишкинский В.И. Автоматическая стабилизация натяжения полосы на непрерывном тонколистовом стане горячей прокатки. // Автоматизированный электропривод в народном хозяйстве. Т. III. М.: Энергия, 1971. - С. 112 - 114.

32. Воронцов A.A. Измерение натяжений на непрерывных широкополосных станах горячей прокатки с образованием петли. // Автоматизация и электропривод металлургических машин и агрегатов. М.: ВНИИметмаш, 1976, №43.-С. 58-67.

33. Зуев П.Г., Гунько Б. А. Исследование работы петле держателей чистовой группы стана 2000 ЧМК. // Прогрессивные процессы обработки металлов давлением. Краснодар: 1988. — С. 24 — 31.

34. Экспериментальное определение натяжений на непрерывном ши- -рокополосном стане. / М.А. Зайков, В.И. Погоржельский, H.A. Скороходов и др. // Изв. Вузов. Черная металлургия, 1986, №5. С. 81 - 86.

35. Баранков В.Ф., Воронцов A.A., Ритман Р.И. Исследование динамических изменений межклетевых натяжений на стане 2000 HJIM3. // Автоматизация и электропривод металлургических машин и агрегатов. М.: ВНИИметмаш, 1976.

36. Исследование контроля межклетевых натяжений по параметрам процесса непрерывной горячей прокатки полос. / В.И. Свиденко, B.JI. Савченко, В.В. Парфенов и-др. // Металлург; и горнорудн. пром-сть. Днепропетровск: 1988, №4. - С. 27 - 29.

37. Ключев В.И. Теория электропривода. М.: Энергоатомиздат, 1985. -560 с.

38. Бычков В.П. Электропривод и автоматизация металлургического производства. М.: Высш. шк., 1977. — 391 с.

39. Шрейнер Р.Т. Системы подчиненного регулирования координат электроприводов: Учеб. пособ. / Уральский гос. Профессионально-педагогический университет. Екатеринбург, 1997. - 277 с.

40. Целиков А.И. Теория расчета усилий в прокатных станах М.: Металлургиздат, 1962.- 494 с.

41. Целиков А.И. Основы теории прокатки. — М.: Металлургия, 1965.247 с.

42. Кузищин В.А., Гедымин Ю.Ю. Моделирование гидравлических нажимных устройств прокатных станов // Конструирование и исследование современных прокатных станов: Сб. науч. трудов. — М.: ВНИИметмаш, 1985. -С. 113-118.

43. Custom design of hydraulic gauge control for three Canadian hot strip mills / Shaw Derek A., Foulds John G., Horner Alan C. // Iron and Steel Eng. 1988. №12. P. 21 - 29 (англ).

44. Lederer A. State of development of plate mills // MPT. 1982. №5. -P. 36 60 (англ).

45. Браун A.E., Дралюк Б.Н., Тикоцкий А.Е. Некоторые вопросы динамики гидронажимных устройств // Электротехническая промышленность. Сер. Электропривод, 1982. Вып. 8 (106). С. 13 - 17.

46. Управление координатами гидронажимного устройства прокатной клети / А.Е. Браун, Б.Н. Дралюк, А.Е. Тикоцкий и др. // Электропривод и автоматизация мощных машин: Сб. научн. тр. — Свердловск: НИИтяжмаш. 1988.-С. 40-51.

47. Басков С.Н, Разработка и исследование автоматизированных-элек-троприводов черновой клети толстолистового стана в режимах регулируемого формоизменения прокатываемого металла: Дис. . канд. техн. наук. М.: МЭИ, 1999. - 162 с.

48. Басков С.Н.,.Карандаев А.С., Осипов О.И. Энергосиловые параметры приводов и система профилированной прокатки слябов стана 2800 // Приходная техника. 1999, № 1-2. С. 21-24.

49. Hidraulic automatic gauge control // Davy McKee (Sheffield) Ltd. 1987.-P. 9 (англ.).

50. С APT для 7-клетевого полосопрокатного стана горячей прокатки 2,5 м Магнитогорского меткомбината: Руководство по эксплуатации. // Davy McKee.- 1993.- 19c.

51. Системы прецизионного регулирования геометрических параметров горячеполосового проката / В.И. Русаев, П.С. Гринчук, А.И. Чабанов и др. // Обзор, инф. Сер. Электропривод. М.: Ин-т. "Черметинформация",. 1975, вып. 9 (44). - С. 27 - 37.

52. Промышленная компьютерная система регистрации и визуализации осциллограмм работы главных электроприводов и систем управления прокатного стана / С.А. Евдокимов, A.C. Карандаев, A.A. Чертоусов и др. // Привод и управление. 2001. № 6. С. 18 - 24.

53. Диагностика системы автоматического регулирования натяжения широкополосного стана горячей прокатки / A.C. Карандаев, С.А. Евдокимов, A.A. Чертоусов и др. // Вестник УГТУ-УПИ. Ч. I — Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2003. № 5 (25). С. 432 - 435.