Регулирование толщины и натяжения полосы во входной зоне стана

Регулирование толщины и натяжения полосы во входной зоне стана

Реферат

Общей темой дипломного проекта является регулирование толщины и натяжения полосы во входной зоне стана. В состав дипломного проекта входят десять чертежей и пояснительная записка. На чертежах приведены схема автоматизации, структурные схемы регуляторов, функциональная схема микропроцессорного устройства, принципиальная электрическая схема взаимосвязи микропроцессорного устройства с оборудованием стана, алгоритмы, графики переходных процессов и таблица параметров эффективности капиталовложений.

В проекте была использована информация, полученная из технической документации на оборудование и средства автоматизации, из книг и журналов.

В данном проекте приведена краткая характеристика стана 2500 холодной прокатки, как объекта управления. Все датчики, непосредственно или косвенно связанные с системой автоматического регулирования толщины и натяжения полосы, рассмотрены в пояснительной записке. В общей части пояснительной записки рассмотрены структура системы автоматического регулирования толщины и натяжения полосы и реализация данной структуры при помощи комплекта микропроцессорных устройств.

Задачей специальной части дипломного проекта является синтез структуры каналов регулирования толщины и натяжения полосы во входной зоне стана. Здесь приведены и проанализированы различные варианты реализации структуры каналов регулирования толщины полосы по возмущению и по отклонению и предложены критерии оценки оптимальности структуры и параметров каналов. Для оценки эффективности каналов регулирования в проекте разработана программа математической модели входной зоны стана. Данная математическая модель включает в себя динамическую модель главного привода, модель очага деформации и динамическую модель межклетевого промежутка.

С помощью программы математической модели была проведена оценка качества контуров регулирования по переходным процессам в системе. Кроме того, на основе проведённого анализа предложены пути улучшения структуры регуляторов.

Содержание

Введение

. Система цифрового управления толщиной и натяжением полосы на стане 2500 холодной прокатки

.1 Производство холоднокатаного листа. Необходимость автоматизации

.2 Описание оборудования стана. Сортамент

.2.1 Механическое и электрическое оборудование стана

.2.2 Характеристика прокатываемого металла

.3 Датчики и измерительные системы

.3.1 Система измерения толщины М2614

.3.2 Система измерения натяжения полосы на стане 2500 ММК

.3.3 Датчик импульсов ДИФ7М. Измерение скорости вращения привода клети

.3.4 Датчик положения нажимных винтов ВК-3. Измерение положения нажимных винтов

.4 Структура САРТИН

.5 Техническая реализация САРТИН с помощью микропроцессорных устройств

.5.1 Структура взаимосвязей комплекса САРТиН с оборудованием стана

.5.2 Компоновка оборудования САРТиН

.5.3 Назначение блоков и субблоков МПУ

. Регулирование толщины полосы во входной зоне стана

.1 Синтез структуры системы регулирования толщины полосы

.1.1 Основные принципы регулирования толщины

.1.2 Реализация контура регулирования по отклонению

.1.3 Реализация контура регулирования толщины по возмущению

.2 Взаимосвязь МПУ1 с оборудованием стана

.3 Алгоритмическое обеспечение микропроцессорного комплекса САРТИН

.4 Моделирование входной зоны стана

.4.1 Математическая модель НСХП

.4.2 Анализ результатов моделирования входной зоны стана 2500 холодной прокатки

. Безопастность и экологичность

.1 Опасные и вредные факторы на стане «2500» холодной прокатки

.2 Электрозащитные средства

.2.1 Защитное заземление

.2.2 Защитное зануление

.2.3 Защитное отключение

.3 Пожарная безопасность

. Анализ технико-экономических показателей и расчёт экономической эффективности

.1 Правовой статус организации

.2 Смета капитальных затрат

.3 Производственная программа

.4 Штатное расписание

.5 Организация труда и заработной платы

.5.1 Организация оплаты труда и система премирования

.5.2 Графики выходов на работу

.5.3 Расчёт фонда заработной платы

.6 Калькуляция себестоимости

.7 Расчёт прибыли

.8 Расчёт показателей экономической эффективности капиталовложений

Заключение

Список использованных источников

Введение

Автоматизация непрерывных станов холодной прокатки необходима для улучшения качества холоднокатаного листа с целью повышения его конкурентоспособности и позволяет получать лист с параметрами, не выходящими за границы допусков. Кроме того, автоматическое регулирование позволяет получать лист в поле минусовых допусков на толщину.

Непрерывный стан холодной прокатки (НСХП) это объект со многими входными и выходными параметрами. Комплексный подход к автоматизации стана с учётом всех его взаимосвязей позволяет улучшить показатели регулирования основных параметров (толщина, натяжение). Для реализации такого регулирования необходима адекватная математическая модель.

В данной работе применена улучшенная динамическая математическая модель НСХП с учётом реального привода стана. Полученные на основе этой модели законы регулирования толщины позволяют получить достаточную точность регулирования. Благодаря большей адекватности математической модели и применению современных вычислительных средств, стало возможно произвести параметрическую оптимизацию контуров управления при помощи разработанного в данной работе программного обеспечения.

В настоящее время всё большее распространение находят цифровые системы регулирования. Цифровые системы регулирования позволяют получать многоуровневую систему, что в свою очередь позволяет на верхнем уровне (управляющая ЭВМ) рассчитывать при смене сортамента коэффициенты, входящие в уравнения закона регулирования, и быстро изменять настройки систем нижнего уровня. В работе приведена цифровая система автоматического регулирования толщины и натяжения (САРТиН) полосы конструкции ВНИИМЕТМАШ-М.

1. Система цифрового управления толщиной и натяжением полосы на стане 2500 холодной прокатки

.1 Производство холоднокатаного листа. Необходимость автоматизации

Современным способом получения холоднокатаной продукции является рулонный способ, который обеспечивает высокую производительность как собственно прокатных станов, так и различных технологических агрегатов травления, отжига, дрессировки, нанесения покрытий, резки и др., установленных в цехе холодной прокатки, а также увеличение выхода годного. Основным агрегатом цеха холодной прокатки, определяющим его сортамент, качество продукции и производительность, является стан холодной прокатки.

Непрерывные станы холодной прокатки устанавливают в цехах большой производительности для выпуска полос и листов специализированного сортамента. Непрерывные станы отличаются от реверсивных большей степенью механизации и автоматизации: и более высокими техническими параметрами по массе рулона, скорости прокатки, мощности главного привода; производительность этих станов выше, чем у реверсивных. Непрерывные четырехклетевые станы применяют для холодной прокатки тонких полос (минимальной толщиной 0,22-0,25 мм) шириной 1370-2350 мм и массой до 30-35 т; готовая продукция в виде листов предназначается в основном для автомобильной промышленности.

В современных экономических условиях существенно повысились требования к стабильности технологического процесса, эффективности использования и надежности работы оборудования. Одним из направлений, которое дает возможность удовлетворить этим требованиям для непрерывных станов холодной прокатки (НСХП), является применение автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП). Целью АСУ ТП является стабилизация основных параметров прокатки и перестройка стана на новый сортамент.

Построение АСУ ТП выполняется по иерархическому принципу:

1)    на нижнем (базовом) уровне АСУ ТП находятся системы управления исполнительными механизмами стана; для НСХП это системы управления скоростью вращения рабочих валков клетей, разматывателем и моталкой, системы управления нажимными механизмами, обеспечивающими изменение положения рабочих валков, а также системы управления устройствами, используемыми при регулировании планшетности полосы;

2)    на среднем уровне находятся системы технологической автоматики, такие как комплекс САРТиН, система автоматического регулирования планшетности (САРП) полосы, система управления скоростными режимами стана (СУРС);

3)    на верхнем уровне находятся система автоматизированной настройки (САН) стана на прокатываемый сортамент, экспертная система автоматизированной диагностики (ЭСАД) технологического процесса и оборудования стана.

Для НСХП комплекс САРТиН является основной системой технологической автоматики, и в значительной степени в зависимости от его построения и функциональных возможностей формируются все остальные системы АСУ ТП. Поэтому использование цифровых вычислительных средств при создании комплекса САРТиН позволяет, наряду с решением основной задачи комплекса - автоматическое регулирование толщины и межклетевых натяжений полосы, обеспечить сбор, хранение на определенный период времени информации и передачу её с использованием сетевого обмена в другие системы АСУ ТП, что является необходимым условием эффективного взаимодействия систем управления станом и дальнейшего их развития.

Расход металла на единицу готовой продукции - одна из основных технико-экономических характеристик работы любого металлургического предприятия. В прокатных цехах металлургических заводов имеются несколько путей снижения расхода металла, но наиболее важным следует считать прокатку полос в поле суженых и минусовых допусков [1]. Возможность производства металлопроката в поле суженых и минусовых допусков существенно определяется точностью его размеров и формы, а также характером и величиной поверхностных дефектов. Точность геометрических размеров полосы существенно выше при работе стана с системой регулирования толщины и натяжения полосы. Значительная часть качественных показателей, влияющих на физическую массу металлопроката регламентирована государственным стандартом и другой нормативной документацией.

Теоретическая масса листового полката есть масса, исчисленная по геометрическим размерам, предусмотренным стандартами для соответствующих видов проката. Она определяется при двухстороннем (плюсовом и минусовом) допуске - по номинальным размерам; при одностороннем плюсовом допуске - по номинальному размеру с прибавлением 50% величины допуска; при одностороннем минусовом - по номинальному размеру с вычетом 50% величины допуска. При поставках металлопродукции по теоретической массе гарантируется площадь поверхности листового проката, соответствующей его количеству при заказанных толщине и ширине.

Для определения теоретической массы прокатанного металла сначала находят его общую длину, а затем умножают её на теоретическую массу единицы длинны, вычисленную на основе теоретических размеров поперечного сечения полосы, и характера допусков по ГОСТу или ТУ. Исходя из необходимости обеспечения равенства заказанной и поставляемой длинны проката (L), определяют фактическую (G_ф) и теоретическую (G_т) массы партии проката.

G_ф = L× g _ф /G_т = L × g _т

где g _ф и g _т - соответственно фактическая и теоретическая массы 1м длинны проката, кг.

_т = G_ф × g _т / g _ф.(1.1)

Однако, в настоящее время, отгрузка проката по теоретической массе практически не ведётся, поэтому выгоднее стало проводить прокатку в поле плюсовых допусков. Это снижает время прокатки одного рулона, и как следствие, снижаются затраты электроэнергии.

.2 Описание оборудования стана. Сортамент

.2.1 Механическое и электрическое оборудование стана

Для получения при холодной прокатке тонких полос с гладкой поверхностью и точными размерами толщины (по ширине и длине полосы) валки и рабочая клеть должны характеризоваться значительной жесткостью [2]. С этой целью применяют четырехвалковые станы с опорными валками большого диаметра и станинами закрытого типа. Для возможности «выкатки» тонких полос валки должны иметь минимально возможный диаметр, определяемый прочностью шейки прокатного валка при передаче крутящего момента.

Рабочие и опорные валки изготовляют из кованой легированной стали со шлифованными бочками. Твердость (по Шору) бочки валков: рабочих 95..105 и опорных 50-60. Рабочие клети в непрерывном стане располагают на расстоянии 5м. Рабочие валки каждой клети снабжены приводом от двух электродвигателей постоянного тока мощностью 2x2800 кВт с регулированием скорости в широких пределах.

Рулоны протравленной полосы устанавливают при помощи мостового крана или электрокара (с рычажным захватом) на транспортер и поочередно подают их к разматывателю стана. Валки всех клетей вначале вращаются с заправочной скоростью (0,5-1 м/с). Передний конец полосы па рулоне отгибают скребковым отгибателем, через проводковый стол подают последовательно в валки каждой клети и заправляют на барабан моталки 5. При прокатке тонкой полосы (до 0,5 мм) конец заправляют не в щель барабана, а наматывают на барабан (первые 2-3 витка) при помощи ременного захлестывателя.

С целью автоматического регулирования толщины полосы между клетями установлены ролики для измерения натяжения полосы и толщиномеры 3 (за первой и последней клетями). Между последней клетью и моталкой предусмотрен направляющий ролик. После заправки переднего конца полосы на барабан моталки скорость валков всех клетей увеличивают до максимальной рабочей скорости. Процесс прокатки рулона продолжается 5-10 мин и более в зависимости от массы рулона. Перед окончанием прокатки скорость валков уменьшают; рулон прокатанной полосы сталкивают с барабана моталки и направляют на отжиг или электролитическую очистку.

Для уменьшения усилия прокатки и возможности «выкатки» тонкой полосы в валках относительно большого диаметра в процессе прокатки на полосу подают смазку (масляную эмульсию).

Непрерывный четырехклетевой стан «2500» предназначен для холодной прокатки травленых горячекатаных полос, смотанных в рулоны массой до 30 т [3].

В состав оборудования четырехклетевого стана входят:

1)   приёмный конвейер,

2)   подъёмный рольганг с толкателем,

3)   установка центрирующих и прижимного роликов,

4)   барабанный разматыватель со скребковым отгибателем, с правильно-подающими роликами 2;

5)   четыре рабочие клети с проводковой арматурой, приводами и механизмами перевалки опорных валков;

6)   задаватель,

7)   моталка с прижимным роликом,

8)   захлёстыватель,

9)   сниматель рулонов,

10)отводящий конвейер,

11)конвейер-накопитель.

Разматыватель предназначен для правильной установки рулонов относительно продольной оси стана, поворота рулона в положение, обеспечивающее возможность захвата наружного конца полосы, задачи его в подающие ролики и создания натяжения между разматывателем и первой клетью во время прокатки.

Разматыватель состоит из:

1)   консольного барабана с приводом,

2)   цилиндра упора,

3)   цилиндра для зажима рулона на барабане и зажима сегментов барабана,

4)   подающих роликов с отгибателем и прижимным роликом,

5)   гидравлического цилиндра прижимного ролика.

Основные характеристики разматывателя приведены в табл. 1.1.

Рабочие клети стана предназначены для осуществления процесса холодной прокатки полос, т.е. для удержания в определённом положении опорных и рабочих валков, возможности их перемещения в вертикальной плоскости, вращения валков и восприятия усилий, возникающих во время прокатки.

Таблица 1.1. Основные характеристики барабана разматывателя

Все четыре рабочие клети стана одинаковы по конструкции размерам. Каждая клеть состоит из следующих основных узлов:

1)   двух станин, скреплённых между собой траверсой,

2)   комплекта рабочих и опорных валков с подушками,

3)   нажимного устройства,

4)   механизма уравновешивания,

5)   проводковой арматуры,

6)   главного привода рабочих валков,

7)   механизма для смены опорных валков,

8)   устройства для смены рабочих валков.

Рабочие и опорные валки - основной инструмент при прокатке. Они размещаются в окнах станины, причем вертикальные оси рабочих валков смещены относительно вертикальных осей опорных валков на 10 мм в направлении прокатки. Основные характеристики валков приведены в табл.1.2.

Таблица 1.2. Характеристика прокатных валков

Подшипники рабочих валков - четырёхрядные, тип ЦКБ 1817.

Подшипники опорных валков - жидкостного трения с диаметром втулки 1120 мм, шириной 840 с упорным узлом качения.

Подушки рабочего валка со стороны привода находятся свободно в гнёздах подушек опорных валков, а со стороны перевалки закреплены стропами, удерживающими валки от осевого смещения.

Подушки нижнего опорного валка неподвижны и опираются на специальные обоймы, помещенные в выемках на нижних плоскостях станины и подушках. Подушки верхнего опорного валка перемещаются под действием нажимных винтов и системы гидроуравновешивания. Осевые смещения валков устраняются закреплением подушек опорных валков со стороны перевалки стопорными планками. Наибольшее давление металла на валки - 3500 т.

Нажимное устройство - предназначено для изменения зазора между валками путём перемещения верхних валков и состоит из двух нажимных винтов с гайками, глобоидальных редукторов и двух электродвигателей. Основные характеристики нажимных винтов приведены в табл. 1.3.

Таблица 1.3. Основные характеристики нажимных винтов

Главный привод рабочих валков предназначен для передачи крутящего момента от двигателя к рабочим валкам. Каждый валок приводится во вращение от индивидуального двигателя через редуктор и шпиндельное устройство, табл. 1.4.

Моталка предназначена для создания натяжения между четвёртой клетью и барабаном моталки и сматывания полосы в рулон. Моталка состоит из барабана с приводом, откидной опоры, прижимного ролика для зажима конца полосы.

1)   Скорость наматывания до 21 м /с

2)   Натяжение полосы до 16 т

3)   Диаметр барабана моталки800 мм

Таблица 1.4. Характеристики основных двигателей

.2.2 Характеристика прокатываемого металла

Подкатом для стана холодной прокатки служит травленная горячекатаная полоса с подрезной кромкой, с промасленной поверхностью, смотанная в рулон. Толщина подката 1,5..5 мм, ширина 1250..2350 мм. Внутренний диаметр рулона 730..830 мм, наружный до 1950 мм. Максимальная масса рулона 30т. Подкат должен соответствовать требованиям СТП-101-85 на горячекатаную полосу в рулонах для стана 2500 холодной прокатки.

На стане прокатывается полоса из следующих марок стали: 08ю, 08кп, 08пс по ГОСТ 9045-80, 08кп, 08пс, 08, 10кп, 10пс, 10, 15кп, 15пс, 15, 20кп, 20пс, 20, 25 с химическим составом по ГОСТ 1050-74, Ст0, Ст1, Ст2, Ст3 (кипящий, полуспокойный и спокойный металл) с химическим составом по ГОСТ 380-71 и аналогичных марок сталей по техническим условиям и государственным стандартам.

Толщина подката в зависимости от требуемой толщины и ширины холоднокатаной полосы и марки стали приведена в табл. 1.5.

Таблица 1.5. Сортамент проката

Толщина холоднокатаной полосы варьируется в пределах 0,6..2,5 мм, ширина 1250..2350 мм, внутренний диаметр холоднокатаного рулона - 800 мм, наружный диаметр до 1950 мм. Масса холоднокатаного рулона - 30т.

По размерам, допускаемым отклонениям по толщине, ширине, плоскостности, телескопичности холоднокатаные рулоны должны соответствовать требованиям: ГОСТ 9045-80, ГОСТ 16523-70, ГОСТ503-71, ГОСТ 19904-74, ГОСТ 19851-74 и др. государственных стандартов и технических условий.

1.3 Датчики и измерительные системы

.3.1 Система измерения толщины М2614

Измерительное устройство М2614 предназначено для определения толщины или массы единицы площади для листовых материалов. Основное исполнение системы измерения толщины состоит из блока обработки, блока связи с процессором и зонда.

Принцип измерения основан на ослаблении g-излучения, исходящего от радиоактивного источника полосой, рис.1.2. Это ослабление зависит от массы единицы площади (S) измеряемого материала.

= h × r, (1.2)

где h - толщина полосы;

r - её плотность.

Детектором излучения является ионизационная камера. При подаче напряжения на ионизационную камеру возникает ток через рабочее сопротивление с температурной стабилизацией, величина которого зависит от интенсивности падающего излучения.

Основное исполнение системы измерения толщины состоит из блока обработки, блока связи с процессором и зонда. Расстояние между блоком обработки и блоком связи с процессором может составлять до 200 м.

С помощью выдвигающего устройства измерительная головка и излучатель (оба смонтированы на скобе) могут двигаться в поперечном положении относительно полосы или совсем выводиться с места измерения.

Из соотношения (1.2) следует, что для калибровки любого прибора измерения массы единицы площади в единицах толщины необходимо предполагать наличие постоянной плотности металла. Получаемый детектором излучения электрический сигнал, однако, не является линейным, но в зависимости от вида излучения более или менее подчиняется экспоненциальной зависимости, т. е. для сигнала измерительной головки с измеряемым материалом приближенно можно считать:

где m - коэффициент ослабления излучения.

Калибровка прибора осуществляется однократно при помощи нескольких, распределённых по диапазону измерения проб измеряемого материала (калибровочный поглотитель). Далее по точкам определяется нелинейное соотношение толщины измеряемого материала и сигнала детектора. Калибровочная функция описывает связь между выходным напряжением измерительной головки и толщиной. Калибровочная функция зависит от измеряемого материала, излучателя измерительной головки и ширины измерительного зазора.

В работе [4] показано, что для большинства марок сталей калибровочная функция изменяется незначительно. Переходить на другую калибровочную функцию необходимо в том случае, когда в химический состав стали входят элементы с атомной массой, значительно отличающейся от атомной массы железа ( например ванадий).

Полное соответствие с калибровочной характеристикой, определённых с помощью образцовых фольг достигается в том случае, если измеряемый материал направлен по середине измерительного зазора. Чтобы достигнуть спокойного и свободного от колебаний прохождения полосы в измерительном зазоре, необходимо предусмотреть направляющие и противоколебательные валки рядом с измерительным зазором.

С помощью настройки компенсируется естественное уменьшение интенсивности излучения, обусловленного факторами дрейфа, а также влияние на измеряемое значение загрязнения измерительного зазора.

Для уменьшения колебаний измеряемых значений, возникающих в результате статистического характера распада ядра, система содержит два цифровых фильтра, действующих в режиме измерения. После первого фильтра сигналы отправляются на регулятор (линейный выход) и контроль превышения допусков. Сигналы устройства цифровой индикации проходят через второй фильтр. Фильтры можно установить на временные характеристики, которыми обладает инерционное звено первого порядка или на адаптивные алгоритмы, т.е. каждое значимое изменение влияет на параметр алгоритма.

В объём поставки зондов входят следующие элементы:

1)   Измерительная головка с комплектующими деталями (например кабели, набор инструментов);

2)   Излучающая головка с комплектующими деталями ( кабели, набор инструментов);

3)   Источник излучения;

4)   Контрольный поглощатель.

Основные технические данные:

1)   Электропитание: измерительная головка

 постоянное рабочее напряжение - 20..28 В;

потребление тока - макс 120 мА;

до 10 мин. - 300 мА;

излучающая головка

постоянное рабочее напряжение - 20..28 В.

2)   Основная погрешность измерения < 0,5 %;

3)   Охлаждение:

Род воды - эксплуатационная вода или фильтрованная промышленная вода.

Давление - мин 98,1 кПа;

Расход 50..83

Сдувание: давление воздуха 294..490 кПа, расход .

1.3.2 Система измерения натяжения полосы на стане 2500 ММК

Для измерения натяжения полосы в каждом межклетевом промежутке на стане 2500 холодной прокатки установлен однороликовый измеритель натяжения, в котором используется магнитоанизотропный датчик давления ДМ-5806 конструкции ВНИИАЧермета.

Тензометрический роликовый измеритель установлен с определённым превышением над уровнем прокатки, благодоря чему он испытывает вертикальное усилие, пропорциональное величине измеряемого натяжения. Это усилие воспринимается двумя датчиками, встроенными в опоры тензоролика. Зависимость, связывающая это усилие с натяжением полосы имеет вид:

,

где L = 5000 мм - расстояние между осями стана

l₁=2400 мм - расстояние от оси предыдущей клети до оси тензоролика;

Q - суммарное вертикальное усилие на тензоролик (т.с);

Т - натяжение полосы;

d - превышение ролика над уровнем прокатки.

В настоящее время установлены следующие превышения роликов:

1)   в первом межклетевом промежутке - 60 мм;

2)   во втором межклетевом промежутке - 60 мм;

3)   в третьем межклетевом промежутке - 70 мм.

Принцип действия датчика основан на изменении магнитной анизотропии феромагнитного материала его преобразователя под действием механических усилий. Преобразователь выполнен из железо- хром- алюминиевого сплава, имеет две перпендикулярные обмотки: первичную обмотку возбуждения и двухсекционную со средним выводом, вторичную измерительную обмотку. При приложении усилия во вторичной обмотке возникает ЭДС, пропорциональная приложенному усилию.

Цилиндрический стальной корпус меньше высоты преобразователя, что предохраняет при эксплуатации от механических повреждений и перегрузок. С торцов корпус закрыт стальными мембранами. Полость внутри датчика залита компарундом, обеспечивающим герметичность обмоток датчика.

Основные технические характеристики датчика ДМ-5806 [5]

Диапазон изменения усилия, кН - 1,0..50,0;

Допустамая погрешность, % - ± 1,0;

Нелинейность выходной характеристики, % - ± 1,5;

Перегрузочная способность, % - 150;

Постоянная времени, с - 0,02.

Сигналы с датчиков после обработки (усиления, вапрямления, фильтрации) суммируются и поступают на показывающий прибор и в регулятор натяжения полосы. Использование двух датчиков в каждом межклетевом промежутке исключает погрешность при перемещении полосы вдоль валков, а также повышает надёжность схемы измерения натяжения. Для исключения нелинейности в начальной части характеристики производится предварительное поджатие датчиков.

Питание первичных датчиков осуществляется переменным напряжением 7,2 В частоты 50Гц, снимаемые с понижающих трансформаторов Тл, Тп. Это напряжение создаёт ток возбуждения в первичной обмотке 2..2,2 А (сопротивления первичной обмотки различных датчиков колеблются в диапазоне ± 15%). При меньшем токе возбуждения увеличивается нелинейность характеристики датчика. ЭДС, наводимая во вторичной обмотке датчика поступает на вход двухполупериодного выпрямителя, собранного на ОУ. Выходной сигнал левого и правого каналов измерения натяжения в межклетевых промежутках через делитель поступают на сумматор. Напряжение с выхода сумматора подаётся на показывающий прибор и используется в САРТи Н.

.3.3 Датчик импульсов ДИФ7М. Измерение скорости вращения привода клети

Датчик импульсов фотоэлектрический предназначен для преобразования угловой скорости вращения вала в частоту следования импульсов, пропорциональную этой скорости. В рассматриваемом обьекте датчик импульсов установлен на каждом двигателе главного привода клети [6].

Основные характеристики:

Количество каналов - 2;

Выходной сигнал - две последовательности однополярных положительных прямоугольных импульсов с уровнем, В:

« логического 0» - не более 0,6,

«логической 1» - 9,6..14,4;

Количество импульсов на один оборот вала -1440;

Сдвиг фаз между последовательностями импульсов первого и второго каналов во всём диапазоне рабочих температур, градусов - 90±30

Скважность импульсов в обоих каналах во всём диапазоне рабочих температур - 2±0,3;

Сопротивление нагрузки - 330..2000 Ом;

Собственная угловая погрешность угловых минут, не более - 6,7;

Питание датчика от двух источников постоянного тока ± 24В.

По принципу действия Датчик ДИФ7М представляет собой фотоэлектронное устройство, у которого световой поток излучателя, модулируясь механическим модулятором, преобразуется в электрические импульсы, количество которых пропорционально угловому перемещению вала датчика.

Датчик ДИФ7М смонтирован в лоток из алюминиевого сплава в корпусе, который закрывается литой крышкой, закреплённой четырьмя болтами.

Модулятор датчика состоит из вращающегося модуляционного диска и неподвижной маски. Модуляциооный диск выполнен из органического стекла, крепится прижимным кольцом к фланцу, напрессованному на вал датчика. По окружности модуляционного диска нанесены радиальные непрозрачные штрихи

Маска модулятора укреплена на поворотной рамке, которая установлена на оси кронштейна регулирующегося регулировочным винтом и фиксируется двумя винтами. Все фотоизлучатели и фотоприемники датчика установлены в цилиндрических каналах П-образного текстолитового держателя. В прямоугольный паз держателя входит край диска-модулятора и неподвижная маска, расположенные параллельно друг другу. При работе датчика диск модулятор вращается относительно неподвижной маски в зазоре между двумя светодиодами и фотодиодами. Усилитель датчика выполнен в виде каркаса с лицевой панелью, на которой закреплён держатель свето- и фоторезисторов.

.3.4 Датчик положения нажимных винтов ВК-3. Измерение положения нажимных винтов

В качестве преобразователя положения вала двигателя привода нажимных винтов применён фазовый метод преобразования вращающегося трансформатора в цифровой код. Принцип действия преобразователя заключён в измерении временного интервала, соответствующего разнице фаз опорного напряжения и выходного напряжения фазовращателя, заполненного импульсами стабильной частоты.

Данный первичный преобразователь используется в системе электрической синхронизации нажимных винтов СНВ-3. Сигнал о положении нажимных винтов передаётся из данной системы в САРТиН.

В качестве первичных датчиков угла поворота механизма используются датчики ВК-3 на синусоидальных косинусоидальных вращающихся трансформаторах типа ВТ-5. Для повышения точности в датчике применена система грубого и точного отсчётов с механическим редуктором между вращающимися трансформаторами. Вращающиеся трансформаторы (ВТ) представляют собой индукционные электрические машины, у которых выходное напряжение является функцией входного напряжения и угла поворота. В преобразователе вращающиеся трансформаторы используются в режиме фазовращателя с двухфазным питанием. В этом случае на первичные (статорные) обмотки подается два синусоидальных напряжения, одинаковые по амплитуде и свинутые по фазе на 90 °.

Напряжения синусной и косинусной роторных обмоток имеют вид:

где  - напряжение питания статорных обмоток;

w - частота напряжения питания;

a - угол поворота ротора.

При равенстве амплитуд получим:

В идеальном случае на выходе фазовращателя наводится напряжение постоянной амплитуды, фаза которого линейно связана с углом поворота.

Погрешность реального фазовращателя определяется асимметриями питающих напряжений по фазе и по амплитуде, а также асимметрией самого вращающегося трансформатора. Степень влияния асимметрий напряжения питания в двухфазных вращающихся трансформаторах можно значительно уменьшить, применив двойное симметрирование. Под двойным симметрированием имеется в виду такая схема включения ВТ, работающего в режиме фазовращателя, когда на две первичные обмотки подаётся двухфазное напряжение а ко вторичной обмотке подключён R-C контур. R-C контур настраивается таким образом, что квадратурные напряжения синусной и косинусной обмоток сдвигаются на угол p/4 в противоположные стороны и выходное напряжение имеет вид:

При анализе влияния неравенства амплитуд и отклонений от 90° угла сдвига фаз напряжений питания датчика для фазовращателя с двойным суммированием получено, что амплитуда выходного напряжения зависит от отклонений по фазе и по амплитуде, но фаза выходного напряжения U_вых. зависит только от угла поворота a, т. е. основная техническая характеристика фазовращателя- линейность изменения: фаза выходного напряжения как функция угла поворота ротора СКТВ - не нарушается. Ошибка такого фазовращателя имеет составляющую, зависящую от угла поворота только второго порядка малости.

В фазовращателях с двойным симметрированием, несмотря на малое изменение линейности от нестабильности амплитуды и сдвига фаз питающих напряжений, возможно возникновение систематической ошибки, когда вся характеристика преобразователя смещается параллельно самой себе. Для устранения этой ошибки опорное напряжение U_оп берётся также с R-C контура, подключенного непосредственно на напряжение питания.

Преобразование угла поворота в цифровой код осуществляется по принципу: угол - фаза - временной интервал - код. Преобразование временных интервалов в код основано на принципе подсчёта импульсов высокой частоты в интервале времени от момента перехода через ноль синусоиды опорного напряжения до момента перехода через ноль синусоиды выходного напряжения датчика от отрицательной к положительной полуволне. Число импульсов N, соответствующего одному измерению, представляет собой одно дискретное значение фазы:

,

где Da - цена одного импульса в мин. угл.

Значение Da определяющее дискретность преобразования, равно:

мин. угл.

Da вычислено для двухотсчётного шестнадцатиразрядного преобразователя.

Питание статорных обмоток датчика осуществляется от усилителя мощности УМ012 с частотой f=500 Гц. Опорное и выходное напряжение поступает на компараторы через фазосдвигающие цепочки R-C и развязки гальванические. Компараторы формируют короткие импульсы в моменты перехода входной синусоиды через ноль от отрицательной к положительной полуволне. Далее сигнал опорного компаратора попарно поступает на соответствующие входы триггеров на выходе которых формируются временные интервалы, пропорциональные фазовому сдвигу. Сигнал с выходов триггеров поступает на разрешающие входы счётчиков 1-го и 2-го каналов на счётные входы (Т) которых поступают импульсы генератора тактовых импульсов 2мГц. В качестве сигналов используется программируемый таймер КР580ВИ53.

Для вычисления аналогового сигнала положения сначала вычисляется цифровой десятичный код положения НВ. Вычисленные коды передаются по шине данных на входы параллельных интерфейсов и далее на входы цифро-аналоговых преобразователей.

1.4 Структура САРТиН

Структурная схема системы автоматического регулирования толщины (САРТ), черт. ДЭ 2102 021 0 98 00 00 ВО 01, в основном совпадает с традиционной, используемой в действующих комплексах САРТиН. Данная структура получена на основе линейной математической модели НСХП [7]. Управляющие воздействия регуляторов толщины, кроме направленных на НМ первой клети, осуществляют согласованное изменение скорости вращения рабочих валков и положения НМ соответствующих клетей. Такое управление имеет место в каналах регулирования толщины как по отклонению, так и по возмущению.

Коэффициенты усиления в каналах регулирования толщины с воздействием на скорость валков известны в зависимости от условий прокатки априорно с высокой точностью (равны единице при управлении в относительных величинах) [8]. Это является прямым следствием закона постоянства секундного объема металла, проходящего через клети стана. В каналах с воздействием на положение НМ коэффициенты усиления зависят от технологических коэффициентов, которые могут существенно меняться для различных условий прокатки и с нужной точностью априорно не известны, поэтому практическая реализация полученных структур требует использования в каналах управления устройств адаптации.

Коррекция коэффициентов усиления в каналах управления скоростью вращения рабочих валков с целью сохранения неизменным общего коэффициента передачи объекта обеспечивается простым видом адаптивных систем - пассивными самонастраивающимися системами.

Коэффициент усиления в этих каналах регуляторов толщины изменяется прямо пропорционально скорости прокатки и обратно пропорционально толщине полосы. Для чего ранее в аналоговых системах традиционно на входе ставился делитель, где отклонение толщины делилось на задание толщины полосы, а на выходе канала регулятора ставился умножитель, на котором управляющее воздействие на скорость валков умножалось на скорость соответствующей клети.

Для адаптации коэффициентов усиления в каналах регулирования толщины с воздействием на перемещение НМ необходимо использовать активные самонастраивающиеся системы, которые выполняют контролируемые изменения коэффициентов усиления каналов управления в зависимости от текущей, а не только априорной информации. Автономное и инвариантное управление станом при работе каналов регулирования толщины должно сохранять неизменными межклетевые натяжения полосы. Исходя из этого, можно синтезировать адаптивные устройства в каналах регулирования, формирующие коэффициент усиления при управлении НМ, необходимый для обеспечения условия автономности и инвариантности. Если управляющие воздействия в каналах регулирования толщины на изменение скорости вращения рабочих валков и положение НМ согласовать по величине и по темпу, то изменение межклетевого натяжения остается минимальным. Для САРТ в каналах управления положением НМ 2-4 клетей используются адаптивные устройства. Эти устройства состоят из двух умножителей и пропорционально-интегрального звена. Сигнал на выходе этого звена зависит от управляющего воздействия и отклонения натяжения и определяет коэффициент усиления в канале управления НМ.

Для формирования коэффициента усиления в каналах регулирования толщины с воздействием на НМ первой клети применить подход, рассмотренный выше невозможно. Натяжение полосы перед клетью имеет небольшую величину, поэтому в каналах управления на НМ первой клети используется традиционный регулятор толщины по отклонению, который работает по сигналу измерителя толщины за первой клетью стана.

Эффективность первой клети может быть существенно повышена путем установки перед этой клетью дополнительного измерителя толщины, который через канал по возмущению обеспечивает перемещение нажимных механизмов данной клети и отработку разнотолщинности подката. Использование двух измерителей толщины дает возможность автоматически установить требуемые коэффициенты усиления в каналах управления нажимным механизмом первой клети первой клети.

Отработка разнотолщинности с помощью САРТ, осуществляется каналами по отклонению и по возмущению. От измерителя толщины за первой клетью управление направлено на перемещение нажимных механизмов первой клети через канал по отклонению и на согласованное изменение скорости вращения рабочих валков первой клети и перемещение нажимных механизмов второй клети через канал по возмущению.

Каналом по отклонению измеренная разнотолщинность отрабатывается в валках первой клети, при этом функция регулятора W_Н11. должна быть выбрана такой, чтобы обеспечить устойчивость процесса регулирования с учетом транспортного запаздывания полосы от валков первой клети до измерителя толщины за первой клетью. В каналах регулирования толщины по отклонению комплекса САРТиН используются алгоритмы управления с компенсацией влияния транспортного запаздывания на устойчивость процесса прокатки (формируется искусственная обратная связь на время перемещения полосы от валков клети до измерителя толщины). Каналом по возмущению разнотолщинность измеренная ИТ1 отрабатывается в валках второй клети. При этом в канале реализуется алгоритм задержки сигнала управления на время перемещения полосы от ИТ1 до валков второй клети и адаптации коэффициента усиления в канале управления нажимным механизмом второй клети.

Если в канале по возмущению скорость отработки разнотолщинности определяется быстродействием привода рабочих валков и нажимных механизмов, то в канале по отклонению скорость отработки разнотолщинности существенно зависит от транспортного запаздывания полосы и меньше, чем в канале по возмущению. Однако настройка стана на заданный режим обжатий осуществляется только каналами по отклонению.

От измерителя толщины за второй клетью отработка разнотолщинности каналом по отклонению осуществляется в валках второй клети путем изменения скорости вращения рабочих валков первой клети и согласованного перемещения нажимных механизмов второй клети. При этом в алгоритм канала заложена компенсация влияния транспортного запаздывания и адаптация коэффициента усиления в канале управления нажимными механизмами второй клети, кроме этого в алгоритме данного канала и в каналах последующих регуляторов для выработки управляющего воздействия на скорость валков используется интегральный закон.

Для канала регулирования толщины, работающего от измерителей толщины за четвёртой клетью, используются те же алгоритмы управления. Отличие состоит в том, что в реальной системе от измерителя толщины ИТ3 в канале по отклонению управляющие воздействия направлены на изменение скорости рабочих валков третьей и четвёртой клети, а в канале по возмущению на изменение скорости рабочих валков четвёртой клети. Это сокрощает количество входов на первые клети без существенного влияния на качество регулирования.

Структурная схема системы автоматического регулирования натяжения (САРН) показана на рис. 1.5 и черт. ДЭ 2102 021 0 98 ВО 02. Регулирование каждого межклетевого натяжения полосы выполняется каналом, воздействующим на перемещение НМ клети последующей к межклетевому промежутку. В канале предусмотрена зона нечувствительности около 5%, которая позволяет использовать свойство самовыравнивания стана.

После зоны нечувствительности сигнал управления поступает на интегральное звено W_S, с помощью которого осуществляется фильтрация высокочастотного переменного сигнала изменения натяжения, и затем суммируется с сигналами управления сформированными каналами регулирования толщины, на рис. 1.5 не показаны.

Перевод отработки возмущений, действующих на стане, во входную зону выполняется каналом регулирования, воздействующим на изменение скорости вращения рабочих валков предыдущей к межклетевому промежутку клети.

В канале нет зоны нечувствительности, управление осуществляется по интегральному закону W_N1.

При значительных изменениях межклетевого натяжения, которые имеют место в основном при заправке и выпуске концов рулона, вступает в работу канал с зоной нечувствительности около 20% с пропорционально-интегральным законом управления W_N2, действующий на скорости вращения рабочих валков предыдущих клетей для первого и второго межклетевых промежутков и последующую клеть для третьего.

В дальнейшем для данного канала будет использоваться название - "канал отсечки", а для предыдущего канала - "канал без зоны".

.5 Техническая реализация САРТиН с помощью микропроцессорных устройств

Микропроцессорный комплекс САРТиН является третьим поколением систем, которые реализованы на четырёх клетевом стане 2500 холодной прокатки. Первый комплекс САРТиН был введен в эксплуатацию непосредственно после пуска стана и проработал до 1981 г., затем заменен на более совершенный, как по своим структурным решениям, так и в аппаратном исполнении с применением выпускавшейся электронной промышленностью элементной базы "Спектр АДС". К настоящему времени данный вариант комплекса САРТиН устарел морально и физически, что и потребовало его замены.

.5.1 Структура взаимосвязей комплекса САРТиН с оборудованием стана

Комплекс САРТиН предназначен для автоматического поддержания заданной толщины полосы на выходе стана и обеспечения стабильности технологического процесса за счет прокатки полосы с заданным уровнем межклетевых натяжений. Для этого в комплекс имеются системы автоматического регулирования толщины во входной и выходной зонах стана, и системы автоматического регулирования натяжения полосы в каждом межклетьевом промежутке [9].

Технологическая отладка микропроцессорного комплекса САРТиН на непрерывном стане «2500» холодной прокатки была проведена в следующем составе: две системы автоматического регулирования толщины полосы и три системы автоматического регулирования межклетевых натяжений.

Первая система регулирования толщины работает во входной зоне стана от измерителя толщины полосы за первой клетью, вторая система регулирования толщины работает на выходе стана от измерителя толщины полосы за четвёртой клетью, черт. ДЭ 2102 021 0 98 00 00 С3. Кроме этого, в составе поставленного оборудования комплекса САРТиН предусмотрена возможность реализации систем регулирования толщины полосы перед первой клетью, за второй и третей клетями стана при условии установки измерителей толщины.

Системы регулирования межклетевых натяжений полосы работают от измерителей натяжения, которые установлены в каждом межклетевом промежутке стана.

Комплекс САРТиН формирует управляющие воздействия на изменение скорости вращения рабочих валков и положение нажимных механизмов (НМ) всех клетей стана. Максимальное изменение скорости от каналов автоматического регулирования толщины и натяжения полосы находится в пределах ±10% её текущего значения, перемещение НМ клетей находится в пределах ±1,0 мм и уменьшается для клетей, которые ближе к выходу стана, а также для сортамента менее 1мм по толщине, НМ первой и второй клетей могут перемещаться вниз до 2 мм от системы обжима концов рулона.

Нажимными механизмами на стане являются электромеханические винты, в комплексе предусмотрены выходы, которые могут быть использованы для управления короткоходовыми гидравлическими нажимными устройствами, последние существенно эффективнее электромеханических винтов при автоматическом управлении.

Для суммирования сигналов управления на скорость вращения рабочих валков клетей от систем регулирования (или в дальнейшем для краткости регуляторов) комплекса САРТиН и для коррекции этих сигналов в зависимости от величины скорости валков в составе комплекса используется система выхода регуляторов (СВР), позиция 3г.

Ниже даны структурные схемы регуляторов комплекса САРТиН, из которых видно как распределены регуляторы по МПУ, а также взаимосвязи МПУ с оборудованием стана.

Система автоматического регулирования толщины полосы за первой клетью стана, которая обозначается РТ1, реализована в МПУ1,позиция 3в. Кроме этого здесь предусмотрены входы для реализации системы регулирования толщины в валках первой клети по сигналу измерителя толщины полосы перед первой клетью стана, обозначение этой системы РТ0. Однако следует сразу отметить, что эффективность этой системы существенно зависит от быстродействия НМ1, поэтому без гидравлических нажимных устройств её использование не имеет смысла.

По сигналу измерителя толщины, позиция 3а, который установлен за первой клетью стана, в системе измерения толщины, позиция 3б, формируется сигнал отклонения толщины полосы «H₁» от её заданного значения «H₁₀». Сигналы «H₁» и «H₁₀» подаются на входы МПУ1 /РТ1/, где в РТ1 по отклонению толщины «H₁», толщине полосы «H₁₀» и скорости прокатки «V₁» производится расчет двух управляющих воздействий:

) первое управляющее воздействие направлено на изменение положения НМ первой клети (канал по отклонению), отклонение толщины отрабатывается в валках первой клети, выходной сигнал этого канала обозначен: «ток упр. НМ1»;

) второе управляющее воздействие направлено на изменение скорости вращения рабочих валков первой клети (канал по возмущению), отклонение толщины отрабатывается в валках второй клети, выходной сигнал канала - изменение скорости клети V₁.

Если сигнал «H₁» показывает, что толщина полосы больше (меньше) задания «H₁₀», то управляющий сигнал канала по отклонению направлен на перемещение НМ1 вниз (вверх), управляющий сигнал канала по возмущению «V₁» направлен на замедление (разгон) рабочих валков первой клети.

Ниже изложены основные особенности формирования управляющих сигналов в каналах по отклонению и по возмущению.

Так как измеритель толщины установлен на некотором расстоянии от первой клети, то результат управляющего воздействия на НМ1 от регулятора будет измерен толщиномером через время, которое зависит от скорости прокатки, т.е. с некоторым запаздыванием, что может привести к неустойчивой работе регулятора для различных условий прокатки. Поэтому алгоритм управления в канале по отклонению выполнен так, чтобы обеспечить компенсацию влияния транспортного запаздывания на устойчивость процесса управления. Кроме этого в данном канале имеется зона нечувствительности, которая зависит от задания толщины, и фильтр высокочастотной составляющей «H₁», что дает возможность сократить количество включений НМ1 при небольших отклонениях толщины от задания.

Канал по возмущению обеспечивает сопровождение измеренного отклонения толщины полосы от измерителя толщины за первой клетью до валков второй клети, после чего выдается управляющий сигнал на изменение скорости вращения рабочих валков первой клети, таким образом, отклонение толщины отрабатывается в валках второй клети. Управляющее воздействие формируется в соответствии с законом постоянства секундного объема металла, находящегося в стане, для этого высчитывается величина относительного отклонения толщины «H₁%», которая запоминается в оперативной памяти канала на время перемещения полосы от измерителя ИТ1 до валков второй клети, и равна относительному изменению скорости вращения рабочих валков первой клети «V₁%». Далее в СВР этот сигнал преобразуется в абсолютное изменение скорости валков «V₁».

Циклический запуск программ каналов по отклонению и по возмущению осуществляется после прихода определённого количества импульсов сигнала с датчика импульсов fV1, позиция 1а, в счетчики МПУ1. Таким образом, обеспечивается привязка очередного запуска программ каналов регулирования к перемещению полосы на определенную её длину.

Для того, чтобы каналы регулирования толщины вступили в работу, на входах МПУ1 необходимо сформировать следующие сигналы:

1)   с пульта управления РТ1 вальцовщиком с помощью тумблера подан сигнал включения регулятора в работу - «вкл. РТ1»;

2)   из СВР поступил сигнал разрешения работы - «РРП», который в свою очередь формируется, если переключатель «работа-проверка» СВР находится в положении «работа» и эталон скорости стана больше нуля - «Vэ=0»;

3)   из системы измерения натяжения (СИН) поступил сигнал наличия натяжения полосы в первом межклетевом промежутке - «Т₁₂=0»;

4)   для канала по отклонению скорость прокатки должна быть больше 1м/с;

5)   для канала по возмущению скорость прокатки должна быть больше 2 м/с.

При ручном управлении НМ1 вальцовщиком канал по отклонению блокируется, в этом случае из системы управления НМ1 (СУ НМ1) поступают сигналы - «Сигн. упр. НМ1»:

1)   совместное перемещение НМ1;

2)   раздельное перемещение НМ1;

3)   наличие ЭДС двигателя НМ1; с помощью этого сигнала, после управления НМ1 в ручном режиме, выдерживается пауза на включение канала в автоматический режим до тех пор, пока не остановятся двигатели НМ1, при управлении в автоматическом режиме данный сигнал блокируется и на работу канала не влияет.

Из СУ НМ1 в МПУ1 также поступает сигнал напряжения генератора НМ1, позиция 2а, который используется для контроля величины перемещения НМ1 в режиме автоматического управления. Для этого сигнал напряжения преобразуется в последовательность импульсов, количество которых пропорционально величине перемещения НМ1. По проекту для контроля перемещения НМ1 предусмотрен ввод в МПУ1 импульсов из системы синхронизации НМ1.

При ручном совместном управлении НМ1, кроме блокирования канала по отклонению, обнуляется счетчик контроля перемещения, при ручном раздельном управлении НМ1 выполняется только блокировка канала по отклонению.

В составе МПУ1 реализована система обжима концов рулона (СОКР), которая воздействует на перемещение НМ1 по заданию, установленному вальцовщиком с помощью переключателей на пульте управления. Включение системы в работу осуществляется по сигналу вальцовщика, который нажимает кнопку при прохождении заднего конца рулона. При формировании управляющего воздействия на НМ1 используются сигналы ускорения - «У» и замедления - «З» стана, а также сигнал наличия межклетевого натяжения полосы «Т₁₂=0».

На пульт управления РТ1 выводятся следующие сигналы индикации - «инд.»:

отклонение толщины полосы от задания - «H₁»;

1)   светодиод - «включение РТ1»;

2)   светодиод - «блокировка РТ1»;

3)   светодиод - «предел перемещения НМ вверх»;

4)   светодиод - «предел перемещения НМ вниз».

Каждый МПУ связан через последовательный порт с управляющей вычислительной машиной (УВМ), которая может использоваться для подготовки и загрузки программного обеспечения МПУ, а так же для реализации систем верхнего уровня АСУ ТП.

Система автоматического регулирования натяжения полосы между первой и второй клетями стана, комплекса САРТиН, которая обозначается РН12 реализована в МПУ2, позиция 4в. В данном МПУ предусмотрена аппаратная и программная возможность реализации системы автоматического регулирования толщины полосы за второй клетью стана, эта система обозначается РТ2. Так как отсутствует измеритель толщины за второй клетью, то данный регулятор не используется.

От измерителей межклетевого натяжения, позиция 4а-1,4а-2, в системе измерения натяжения (СИН), позиция 4б, формируется сигнал натяжения полосы «Т₁₂» между первой и второй клетями стана, который поступает в МПУ2/РН12/. Кроме этого сигнала из СИН в МПУ2 поступают логические сигналы наличия натяжения полосы между первой и второй клетями «Т₁₂=0» и между второй и третьей клетями «Т₂₃=0». Задание межклетевого натяжения «Т_12о» вводится в МПУ2 вальцовщиком с пульта управления.

Сигналы «Т₁₂» и «Т_12о» сравниваются в РН12 и по сигналу отклонения натяжения формируются три управляющих воздействия:

1)   основным управляющим воздействием, которое обеспечивает поддержание заданного межклетевого натяжения полосы является изменение положения НМ второй клети;

дополнительным воздействием для поддержания межклетевого натяжения, которое позволяет сократить количество включений НМ при малых отклонениям натяжения от задания, является канал «медленного» изменения скорости вращения рабочих валков первой клети (V₁);

1)   при существенных изменениях межклетевого натяжения вступает в работу быстродействующий канал «отсечки», который также воздействует на изменение скорости вращения рабочих валков первой клети.

Если межклетьевое натяжение «Т₁₂» больше (меньше) заданного значения «Т12о», то управляющей сигнал основного канала регулирования натяжения направлен на перемещение НМ2 вниз (вверх), а управляющие сигналы канала «медленного» изменения скорости вращения рабочих валков первой клети и канала «отсечки» направлены на разгон (замедление) этой клети.

Особенности формирования управляющих воздействий в каналах регулятора РН12.

В канале автоматического управления НМ2 установлена зона нечувствительности, величина которой зависит от задания межклетевого натяжения Т_12о и составляет ±5% от него. Далее в канале имеется фильтр высокочастотной составляющей натяжения и блок умножения, который обеспечивает коррекцию коэффициента усиления канала в зависимости от скорости прокатки, с этой целью в МПУ2 подается скорость второй клети (V2).

Канал «медленного» изменения скорости вращения рабочих валков первой клети работает без зоны нечувствительности и формирует управляющее воздействие по интегральному закону.

Канал «отсечки», который также воздействует на изменение скорости вращения рабочих валков первой клети, имеет зону нечувствительности в размере ±15% от задания натяжения полосы Т_12о и формирует управляющее воздействие по пропорционально-интегральному закону. Если межклетьевое натяжение находится в пределах зоны нечувствительности канала, то управляющий сигнал медленно снимается к нулю.

Циклический запуск программ каналов регулирования межклетевого натяжения полосы выполняется по времени от внутреннего таймера МПУ2, время перезапуска составляет 30 мс.

Для того чтобы каналы регулирования натяжения вступили в работу, на входах МПУ2 необходимо наличие следующих сигналов:

1)   с пульта управления РН12 вальцовщиком с помощью тумблера подан сигнал включения регулятора в работу - «вкл. РН12»;

2)   из СВР поступил сигнал разрешения работы - «РРП», который в свою очередь формируется, если переключатель «работа-проверка» СВР находится в положении «работа» и эталон скорости стана больше нуля - «Vэ=0»;

3)   из системы измерения натяжения (СИН) поступили сигналы наличия натяжения полосы в первом и втором межклетевых промежутках - «Т12=0» и «Т23=0».

При наличии перечисленных выше сигналов в работу вступает канал «отсечки».

Для вступления в работу канала автоматического управления положением НМ2 и канала «медленного» изменения скорости вращения рабочих валков 1-й клети, скорость прокатки должна быть больше 1м/с.

При ручном управлении НМ2 вальцовщиком канал автоматического управления НМ2 блокируется, в этом случае из системы управления НМ2 (СУ НМ2) поступают сигналы - «Сигн. упр. НМ2»:

1)   совместное перемещение НМ2;

2)   раздельное перемещение НМ2;

3)   наличие ЭДС двигателя НМ2; с помощью этого сигнала, после управления НМ2 в ручном режиме, выдерживается пауза на включение канала в автоматический режим до тех пор, пока не остановятся двигатели НМ2, при управлении в автоматическом режиме данный сигнал блокируется и на работу канала не влияет.

Из СУ НМ2 в МПУ2 также поступает сигнал напряжения генератора НМ2, который используется для контроля величины перемещения НМ2 в режиме автоматического управления. Для этого сигнал напряжения преобразуется в последовательность импульсов, количество которых пропорционально величине перемещения НМ2. По проекту для контроля перемещения НМ2 предусмотрен ввод в МПУ2 импульсов от системы синхронизации НМ2.

При ручном совместном управлении НМ2, кроме блокирования канала автоматического управления, обнуляется счетчик контроля перемещения, при ручном раздельном управлении НМ2 выполняется только блокировка канала.

В составе МПУ2 реализована система обжима концов рулона (СОКР), которая воздействует на перемещение НМ2 по заданию, установленному вальцовщиком с помощью переключателей на пульте управления. Включение системы в работу осуществляется по сигналу от общей с МПУ1 кнопки. Алгоритм управления НМ2 на концах рулона полностью совпадает с алгоритмом управления НМ1.

На пульт управления РН12 выводятся следующие сигналы индикации - «инд.»:

управляющее воздействие канала «медленного» изменения скорости - «V1»;

1)   светодиод - «включение РН12»;

2)   светодиод - «блокировка РН12»;

3)   светодиод - «предел перемещения НМ вверх»;

4)   светодиод - «предел перемещения НМ вниз».

На пульте управления установлены переключатели задания натяжения полосы «Т_12о» (грубо и тонко) и прибор, который показывает межклетевое натяжение полосы «Т₁₂» из СИН или установленное задание натяжения «Т12о» (сигналы на прибор подключаются тумблером).

МПУ2 через последовательный порт связан с УВМ.

Система автоматического регулирования натяжения полосы между второй и третьей клетями стана (РН12) комплекса САРТиН реализована в МПУ3, позиция 7в. Натяжение полосы за второй клетью измеряется магнитоанизотропными датчиками, позиция 7а-1,7а-2, и из СИН передаётся в МПУ3.

Структура регулятора РН23 совпадает со структурой регулятора РН12 с точностью до обозначений.

В РН23, также как и в РН12, после сравнения сигналов «Т₂₃» и «Т_23о» формируются три управляющих воздействия:

1)   основным управляющим воздействием является изменение положения НМ третьей клети;

дополнительным воздействием для поддержания межклетевого натяжения является канал «медленного» изменения скорости вращения рабочих валков второй клети (V₂);

при существенных изменениях межклетевого натяжения в работу вступает быстродействующий канал «отсечки», который воздействует на изменение скорости вращения рабочих валков первой и второй клетей стана (V₁₂).

Если межклетевое натяжение «Т₃₂» больше (меньше) заданного значения «Т_23о», то управляющей сигнал основного канала регулирования натяжения направлен на перемещение НМ3 вниз (вверх), управляющий сигнал канала «медленного» изменения скорости вращения рабочих валков второй клети направлен на разгон (замедление) этой клети, управляющий сигнал канала «отсечки», изменяющий скорости вращения рабочих валков первой и второй клети, направлен на разгон (замедление) этих клетей.

В составе МПУ3 не используется система обжима концов рулона (СОКР).

В остальном структура системы РН23 совпадает с РН12.

Система автоматического регулирования толщины полосы за второй клетью (РТ4) и системы автоматического регулирования натяжения полосы между третьей и четвёртой клетями стана (РН34) реализованы в МПУ4.

По сигналу измерителя толщины, позиция 13а, который установлен за четвёртой клетью стана, в системе измерения толщины, позиция 13б, формируется сигнал отклонения толщины полосы «H₄» от её заданного значения «H₄₀». Сигналы «H₄» и «H₄₀» подаются на входы МПУ4 /РТ1-РН34/, где по отклонению толщины «H₄», толщине полосы «H₄₀» и скорости прокатки «V₄» производится расчет двух управляющих воздействий:

первое управляющее воздействие направлено на изменение скорости вращения рабочих валков первой, второй и третьей клетей и с противоположным знаком четвёртой клети (канал по отклонению), отклонение толщины отрабатывается в валках четвёртой клети (V_1-3);

второе управляющее воздействие направлено на изменение скорости вращения рабочих валков первой и второй клетей и с противоположным знаком третьей и четвёртой клетей (канал «перевода»), отклонение толщины отрабатывается в валках третей клети (V₁₂).

Если сигнал «H₄» показывает, что толщина полосы больше (меньше) задания «H₄₀», то управляющий сигнал канала по отклонению, изменяющий скорость вращения рабочих валков, направлен на замедление (разгон) первой, второй, третьей клети и на разгон (замедление) четвёртой клети, управляющий сигнал канала «перевода» также изменяющий скорость вращения рабочих валков направлен на замедление (разгон) рабочих первой и второй клети и разгон (замедление) третьей и четвёртой клети.

Ниже даны основные особенности формирования управляющих сигналов в каналах по отклонению и «перевода» системы автоматического регулирования толщины полосы.

Алгоритм управления в канале по отклонению выполнен так, чтобы обеспечить компенсацию влияния транспортного запаздывания на устойчивость процесса управления. В зависимости от величины отклонения толщины «H₄», устанавливается большой или малый коэффициент усиления канала, кроме этого коэффициент усиления пропорционален относительному отклонению толщины «H₄%». Канал по отклонению формирует управляющее воздействие по интегральному закону.

Канал «перевода» обеспечивает разгрузку четвёртой клети за счет переноса отработки отклонения толщины из валков четвёртой в валки третьей клети. Для формирования управляющего воздействия канала «перевода» используются сигнал «H₄» с ограничением по величине и сигнал управляющего воздействия канала по отклонению, если он превышает 0,5 максимальной величины. Канал «перевода» также формирует управляющее воздействие по интегральному закону.

Циклический запуск программ канала по отклонению и канала «перевода» осуществляется после прихода определённого количества импульсов сигнала fV4 в счетчики МПУ4, импульсы поступают от датчика ДИ, позиция 11а, что обеспечивает привязку очередного запуска программ каналов регулирования к перемещению полосы на определенную её длину.

Для того чтобы каналы регулирования толщины вступили в работу, на входах МПУ4 необходимо сформировать следующие сигналы:

1)   с пульта управления РТ4 вальцовщиком с помощью тумблера подан сигнал включения регулятора в работу- «вкл. РТ4»;

2)   из СВР поступил сигнал разрешения работы - «РРП», который в свою очередь формируется, если переключатель «работа-проверка» СВР находится в положении «работа» и эталон скорости стана больше нуля - «Vэ=0»;

3)   из системы измерения натяжения (СИН) поступил сигнал наличия натяжения полосы в третьем межклетевом промежутке - «Т34=0»;

4)   скорость прокатки должна быть больше 1м/с.

На пульт управления РТ4 выводятся следующие сигналы индикации - «инд.»:

отклонение толщины полосы от задания - «H4»;

управляющее воздействие канала по отклонению - «V1-3»;

1)   светодиод - «включение РТ4»;

2)   светодиод - «блокировка РТ4».

Структура регулятора натяжения РН34 в МПУ4 совпадает со структурой регуляторов натяжения РН12 и РН23.

После сравнения сигналов «Т₃₄» и «Т_34о» в РН34 формируются три управляющих воздействия:

1)   основным управляющим воздействием является изменение положения НМ четвёртой клети;

дополнительным воздействием для поддержания межклетевого натяжения является канал «медленного» изменения скорости вращения рабочих валков третьей клети, (V₃);

при существенных изменениях межклетевого натяжения в работу вступает быстродействующий канал «отсечки», который воздействует на изменение скорости вращения рабочих валков первой, второй и третьей клетей и с противоположным знаком четвёртой клети стана (V_1-3).

Если межклетевое натяжение «Т₃₄» больше (меньше) заданного значения «Т_34о», то управляющей сигнал основного канала регулирования натяжения направлен на перемещение НМ4 вниз (вверх), управляющий сигнал канала «медленного» изменения скорости вращения рабочих валков третьей клети направлен на разгон (замедление) этой клети, управляющий сигнал канала «отсечки», изменяющий скорости вращения рабочих валков, направлен на разгон (замедление) первой, второй и третьей клети и на замедление (разгон) четвёртой клети.

Далее описание структурной схемы системы РН34 совпадает с РН12.

.5.2 Компоновка оборудования САРТиН

Оборудование комплекса САРТиН располагается в трех шкафах.

Ввод напряжения питания - однофазная сеть переменного тока: 220 В, 50 Гц - в каждый шкаф осуществляется с помощью устройства УВП207, затем это напряжение поступает в блок питания и контроля (БПК135), который установлен на месте А1 каждого шкафа. В БПК135 размещены два комплекта по три преобразователя напряжения (ПН146), предназначенные для питания напряжением постоянного тока (24 В, 4,5 А) стабилизаторы напряжения в МПУ.

В составе оборудования комплекса САРТиН предусмотрен шкаф, который предназначен для оперативного переключения каждого из МПУ в режиме технологической отладки регуляторов комплекса и на первом этапе эксплуатации, когда регуляторы аналогового комплекса используются в качестве резервного оборудования.

Кроме этого в МПУ устанавливается блок вентиляторов кассетный (БВК006-02).

.5.3 Назначение блоков и субблоков МПУ

Блок БРГ124 выполняет следующие функции:

- преобразование аналоговых сигналов в цифровой код;

прием логических и импульсных сигналов;

обработка этих сигналов в соответствии с алгоритмами управления;

- формирование управляющих воздействий на исполнительные механизмы стана;

преобразование цифровых сигналов в аналоговые, а также ряд вспомогательных функций, которые будут видны из назначения используемых субблоков.

Для выполнения перечисленных выше функций в блоке используются:

- Стабилизаторы напряжения СН076-5/5 (2 шт.) - 5В, 5А и СН065-2-15/1 - ±15В, 1А, которые предназначены для питания БРГ124 и гальванически развязаны от остальной части МПУ;

Устройство вычислительное (процессор) УВ059 - работает в комплекте с запоминающими устройствами (ЗУ) и устройствами ввода-вывода (УВВ), имеющими трехшинную организацию обмена данными (шина адреса, шина данных и шина управления), см. черт. ДЭ 2102 021 0 98 00 00 ВО 03:

- разрядность шины данных, бит - 8;

разрядность шины адреса, бит - 16;

тактовая частота, МГц - 2;

система команд фиксированная,

количество команд - 78;

емкость внутреннего ОЗУ, Кбайт - 4;

емкость внутреннего ПЗУ, Кбайт - 4;

емкость внешнего ПЗУ, Кбайт - 24.

Стековая память располагается в любой зоне ОЗУ.

Разрядность указателя стека, бит - 16.

Адресация УВВ одно или двухбайтными адресами.

Число внешних УВВ при использовании однобайтных адресов - 112.

Число 16-разрядных программируемых таймеров - 3.

Количество входов внешних прерываний - 8. Вход ЗПР0 используется внутри УВ058 для прерываний от системного таймера.

Память энергонезависимая ПЭ117 используется для записи считывания и хранения программ, реализующих систему регулирования толщины и натяжения полосы в МПУ. Информационная емкость, Кбайт - 32.

Субблок контроля СК106 предназначен:

- для передачи цифровой информации через двунаправленную шину данных процессора на восемь гальванически развязанных выхода;

- контроля питающих напряжений;

- формирования сигнала аппаратного "сброса" и "запроса на прерывание" по истечении трех периодов с частотой сети переменного напряжения, либо внутреннего генератора.

Контроллер клавиатуры и индикации КИ024 представляет собой интерфейсное устройство, предназначенное для связи процессора с БИ102.

Преобразователь информации ПИ068 служит для преобразования аналоговых сигналов, поступающих в систему регулирования, в цифровой код. Параметры аналого-цифрового преобразователя (АЦП):

входное напряжение, В - -10 - + 10,

количество каналов АЦП - 8,

количество разрядов кода - 10 и один знаковый разряд,

основная погрешность, приведенная к максимальному выходному сигналу, % - 0,2,

время преобразования, мс - 1,0.

При завершении преобразования аналогового сигнала в код формируется сигнал конца преобразования КП АЦП. Имеется возможность формировать запросы на прерывание по фронтам или спадам для четырех входных логических сигналов, выполнять цифро-аналоговое преобразование (ЦАП) по нереверсивному и реверсивному каналам. Параметры для нереверсивного канала:

количество разрядов преобразуемого кода - 8,

выходное напряжение, В - +10,

основная погрешность, приведенная к максимальному выходному сигналу, % - 0,2.

Параметры для реверсивного канала:

количество разрядов кода - 10 и один знаковый разряд,

выходное напряжение, В - -10 - + 10,

основная погрешность, приведенная к максимальному выходному сигналу, % - 0,2.

Развязка логическая РЛ069 предназначена для гальванического разделения логических и импульсных сигналов от цифровой части МПУ:

количество каналов - 20,

диапазон частот входных сигналов, Кгц - до 50,

В МПУ используется модификация субблока с параметрами по входам:

лог. "1", В - от 8 до 27,

лог. "0", В - от 0 до 2,5,

входной втекающий ток, мА, не более - 12.

Преобразователь информации ПИ067 предназначен для преобразования последовательности импульсов во временной интервал, который определяется числом периодов входной частоты, задаваемым программным путем:

количество каналов - 2,

диапазон частот входных сигналов, Кгц - до 50,

коэффициенты деления входной частоты - 1 - 2.

В ПИ067 имеются формирователи сигналов прерываний, которые подаются на входы контроллера прерываний УВ059 и запускает соответствующие подпрограммы системы регулирования.

Преобразователь информации ПИ063 предназначен для преобразования цифровой кода в аналоговый сигнал управления (ЦАП), имеется два канала ЦАП:

- количество разрядов кода - 10 и один знаковый разряд,

выходное напряжение, В - -10 - + 10,

ток нагрузки, мА, не более - 5,

основная погрешность, приведенная к максимальному выходному сигналу, % - 0,2,

время установления показаний, мкс - 20.

Преобразователь информации ПИ078 предназначен для вывода логической информации и ее гальванического разделения от цифровой части МПУ:

количество выходов - 24 (ключ с открытым коллектором),

напряжение, В - 50,

ток, мА, не более - 100.

Интерфейсный преобразователь ИП426 предназначен для связи МПУ по двум каналам ИРПС с УВМ верхнего уровня АСУ ТП и УВМ для подготовки программного обеспечения.

В составе блока предусмотрена установка контроллера ДМ045, предназначенного для его сопряжения с телевизионным монитором, клавиатурой и магнитофоном в режиме автономной тестовой проверки.

2. Регулирование толщины полосы во входной зоне стана

.1 Синтез структуры системы регулирования толщины полосы

.1.1 Основные принципы регулирования толщины

В настоящее время на практике используется принцип «грубого и точного» управления толщиной полосы. В контуре грубого регулирования изменение толщины полосы компенсируется перемещением нажимных винтов предшествующей датчику клети (регулирование по отклонению). В контуре точного регулирования отклонение толщины от задания компенсируется изменением натяжения полосы в межклетевом промежутке. На деформацию металла в валках в основном влияет заднее натяжение, поэтому регулирование изменением натяжения образует ветвь управления по возмущению. Ниже рассмотрены различные структуры контуров регулирования толщины полосы за первой клетью. Для выбора той или иной структуры контура регулирования (структурной оптимизации) а также для поиска оптимальных параметров настройки данных контуров необходима адекватная математическая модель. Данная проблема рассмотрена в этом разделе и предложено её решение.

.1.2 Реализация контура регулирования по отклонению

В работе [10] предложена компенсация отклонения толщины полосы изменением усилия прокатки (канал «грубого» регулирования) согласно формуле:

,

где - тангенс угла наклона кривой пластической деформации полосы.

В данной системе не учитывается скорость полосы которая в свою очередь влияет на время транспортного запаздывания. Для улучшения качества регулирования необходима компенсация транспортного запаздывания. Одним из методов компенсации транспортного запаздывания является метод введения упреждающей обратной связи. Обратной связью охватывают типовой регулятор или обратную функцию модели объекта. Передаточная функция звена обратной связи представляет собой  (регулятор Ресквика) или с положительной обратной связью  (учредитель Смитта), где - передаточная функция модели объекта без учёта транспортного запаздывания. В ходе теоретического исследования наилучшие результаты получились при использовании ПИД - регулятора охваченного отрицательной обратной связью . Однако на практике в связи со значительной инерционностью нажимных винтов и относительно малой скоростью они не «успевают» за изменением регулирующего параметра. Применение гидравлических нажимных устройств позволяет значительно увеличить быстродействие этих систем. Кроме того, реализовать блок регулируемого запаздывания достаточно трудно с технической точки зрения.

Во ВНИИметмаше были разработаны более простые системы регулирования толщины полосы по отклонению с использованием принципа линейного предсказания, но не требующие блока регулируемого запаздывания [11]. В этих системах упреждающая обратная связь формируется дополнительным интегратором с последующим его «гашением» по определённому закону.

,

где - технологический коэффициент, определяемый жесткостью клети и свойствами прокатываемого металла.

Поскольку на вход интегратора И подан сигнал с датчика скорости перемещения нажимного устройства (), сигнал на выходе интегратора пропорционален величине ; ниже для упрощения выкладок пологаем, что величины  и  численно равны.

Для понимания принципа действия системы можно пренебречь инерционностями привода нажимных винтов и микрометра. На рис. 2.2 показан процесс отработки регулятором скачкообразного возмущения толщины  (подразумевается отклонение толщины от границы зоны нечувствительности трехпозиционного реле) для случая, когда время отработки . Как видно из диаграммы, отключение приводов нажимных винтов происходит при полной отработке возмущения в момент времени , когда микрометр еще выдаёт сигнал полного отклонения .

Временная диаграмма отработки скачкообразного возмущения при t_рв<t (а) и t_рв= t (б)

Рис. 2.1

Временная диаграмма отработки скачкообразного возмущения при t_рв>t

Рис. 2.2

Для системы регулирования толщины полосы изменением положения нажимных винтов (см рис. 2.1) ВНИИметмашем разработан закон изменения сигнала упреждающей обратной связи, обеспечивающей полную отработку возмущения за одно включение привода нажимного механизма при t_рв >t.

Величина рассогласования определится следующим образом:

 (2.1)

Следовательно, для полной отработки возмущения за одно включение привода нажимного устройства необходимо чтобы сигнал на участке t>2t был ограничен величиной, равной величине отработки разнотолщинности за время транспортного запаздывания. На рис 2.4 дана временная диаграмма отработки возмущения с законом изменения сигнала упреждающей обратной связи согласно выражению.Временная диаграмма отработки скачкообразного возмущения за одно включение привода нажимного устройства при t_рв > t

Рис. 2.3

В рассматриваемом контуре приняты нулевые начальные условия (для величины обратной связи и рассогласования). Однако при данной структуре контура величина обратной связи не возвращается к нулю после останова привода нажимных устройств и компенсации рассогласования. В связи с этим в схеме необходимо дополнительно предусмотреть «гашение» сигнала обратной связи после компенсации рассогласования заданного и текущего значения толщины (когда ). Скорость этого «гашения» должна быть равна скорости перемещения нажимных винтов.

Позднее также ВНИИМетмаш предложил систему регулирования толщины и натяжения, адаптированную к цифровым системам регулирования. Согласно этой системе участок полосы от валков первой клети до измерителя толщины последовательно разбивается на участки измерения и участки ожидания результата [8]. Более подробное описание этой структуры приведено в описании программного обеспечения микропроцессорного комплекта.

Основными критериями оптимизации канала по отклонению могут являться время переходного процесса и статическая ошибка, полученные из анализа переходной характеристики. Так как канал по отклонению является каналом грубого регулирования, то ошибка должна не превосходить зону нечувствительности канала. Минимальное время регулирования обеспечивается лишь в том случае, когда отклонение толщины от задания компенсируется за одно включение привода нажимных винтов. Это объясняется практически отсутствием инерционности очага деформации и основную инерционность привносят сами нажимные механизмы. Если вышеперечисленные требования выполняются, то оптимальной можно считать ту структуру, которая требует меньшую вычислительную мощьность.

2.1.3 Реализация контура регулирования толщины по возмущению

Возможны варианты воздействия на скорость последней клети в функции отклонения толщины за первой клетью. Однако, при этом не удаётся обеспечить автоматическую коррекцию величины запаздывания и коэффициента усиления с достаточной точностью: применение же автоматических оптимизаторов чрезмерно усложняет систему даже с поиском по одному из упомянутых параметров. Поэтому такие системы не получили промышленного применения.

В работе [10] предложено корректировать остаточное отклонение системы регулирования по каналу отклонения воздействием на скорость клети, за которой измеряется толщина. При этом необходимое транспортное запаздывание формируется программой сопровождения полосы. Программа реализует транспортное запаздывание путём перезаписи значений из ячейки в ячейку по мере продвижения сегмента по стану.

Недостатком этой, также как и предложенной в работе [12] схемы регулирования является то, что управляющее воздействие направлено на предшествующую измерителю толщины клеть. При изменении скорости вращения одной клети изменится момент на последующей и вследствие не идеальной механической характеристики (жесткости механической характеристики) системы приводов изменится скорость этой клети. Это приведет к распостронению возмущения в последующие клети.

Более простым является метод регулирования по возмущению, при котором осуществляют компенсацию отклонения толщины в валках клети, непосредственно следующим за микроамперметром. В этом случае запаздывание, необходимое для задержки управляющего сигнала, зависит только от скорости прокатки, но не от распределения обжатий по клетям, в связи с чем упрощается техническая реализация схемы.

Идея метода состоит в том, что если обеспечить инвариантность относительно измеряемого возмущения двух переменных: толщины полосы на выходе клети, следующей за микрометром, и натяжения полосы между этой и последующей клетью, то возмущение не проходит в последующие клети стана.

На рис. 2.4 в общем виде изображена структура рассматриваемой системы. Задача состоит в определении передаточных функций компенсирущих звеньев и , формирующих управляющее воздействие соответственно  на согласованное изменение скорости всех k первых клетей и  на изменение скорости (k + 1)-й клети.

Общий вид структуры регулирования толщины полосы по возмущению

Рис. 2.4

Для синтеза структуры системы регулирования толщины полосы по отклонению необходимо определить передаточные функции W_k1(p) и W_k2(p), см рис. 2.4. В работе [11] определены передаточные функции и  исходя из условия полной компенсации возмущения, при которой отклонение толщины полосы в валках (k + 1)-й клети натяжения  равны нулю.

 (2.2)

, (2.3)

где - передаточная функция измерителя толщины с выходным сигналом, пропорциональным относительному значению отклонения толщины от номинала ();_a,k(p) - передаточная функция, связывающая изменение скорости привода k-той клети с изменением общего для первых клетей эталонного напряжения ;

 - коэффициент, характеризующий зависимость опережения от натяжения полосы;₀ - опережение металла при прокатке без натяжения.

Если приближенно принять, что динамические свойства приводов k-той и k+1-й клети идентичны, т. е. , а также, что , то выражения (2.2) и (2.3) могут быть записаны в виде:

,

.

;

.

Из полученных выражений следует структура канала по возмущению, блок-схема которого изображена на рис. 2.5.

Блок-схема канала регулирования толщины по возмущению; умножители в цепях воздействия на скорость валков не показаны

Рис. 2.5

Приближенно приняв передаточные функции привода клети соответственно равными:

,

,

найдём выражение для передаточной функции компенсирующего звена:

, (2.4)

где  и ;

_п и T_и - эквивалентные постоянные времени;

t_п и t_м - «чистое» запаздывание;_п, k_и - коэффициенты передачи.

Однако, привод большинства современных станов, в том числе стана 2500 холодной прокатки, работает с системой регулирования скоростного режима. В данной системе компенсируется инерционность привода введением обратных связей по току якоря, по напряжению и по скорости вращения. В силу этого компенсация инерционности привода на среднем уровне не имеет смысла. Кроме того полная компенсация инерционности не возможна так, как это приведет к возникновению автоколебаний в системе.

Компенсация инерционности измерителя толщины также не эффективна: данная инерционность фильтрует высокочастотные колебания, возникающие как в самом стане тик и связанные с случайным характером уровня излучения в изотопном измерителе толщины.

В уравнение 2.4 входят коэффициенты, которые вычисляются на основе информации, которая не всегда известна априорно. ВНИИМетмашем позже был разработан контур регулирования толщины полосы по возмущению, лишенный этих недостатков [9]. Метод основывается на законе постоянства секундного объёма металла. Как следствие из этого закона - относительное изменение толщины полосы на входе в клеть равно относительному изменению скорости полосы на выходе из клети. Если пренебречь изменением опережения металла в клети, то можно приблизительно считать, что относительное изменение толщины полосы на входе в клеть равно относительному изменению скорости клети. Отсюда можно вычислить управляющее воздействие на скорость клети. Более подробное описание контура приведено в подразделе описания алгоритмической структуры.

В качестве критериев оптимальности контура регулирования толщины полосы по возмущению, также, как и для контура регулирования толщины по отклонению, приняты время переходного процесса и статическая ошибка.

.2 Взаимосвязь МПУ1 с оборудованием стана

На чертеже ДЭ 2102 021 0 98 00 00 ЭО приведена схема принципиальная электрическая внешних соединений МПУ1.

Для МПУ1 на чертёж вынесены клемные колодки первого шкафа. От измерителя толщины в МПУ1 заводится сигнал задания толщины полосы за первой клетью стана в виде напряжения 0..10В и отклонение толщины полосы от задания напряжением -10..0..10В. Для работы регуляторов толщины за первой клетью необходим сигнал наличия натяжения в межклетевом промежутке. Данный логический сигнал формируется в системе измерения натяжения.

Из системы синхронизации положения нажимных винтов СНВ-3 сигнал в виде импульсов поступает в МПУ1. Один импульс соответствует одному обороту приводного двигателя.

В качестве сигнала скорости клети можно использовать сигнал, формируемый в СУРС стана или сигнал от датчика импульсов ДИФ-7М. Последний вариант, приведённый в проекте, более точен, так как исключена погрешность преобразовательной цепи от датчика импульсов до аналогового входа.

С выхода МПУ сигнал на изменение скорости первой клети приходит в СВР. Там он суммируется с сигналами от остальных МПУ и умножается аналоговым перемножителем на скорость клети. С выходов СВР сигнал поступает в СУРС стана.

2.3 Алгоритмическое обеспечение микропроцессорного комплекса САРТиН

Программное обеспечение микропроцессорного комплекса САРТиН реализовано с использованием языка Ассемблер80. Для подготовки программного обеспечения был применен Cross Assembler 8085, который устанавливается в ПЭВМ [9].

При включении питания или при нажатии на субблоке УВ059 кнопки "СБРОС" управление МПУ передается (аппаратно) по адресу 4000Н, с которого начинается программа "Монитор УВ059". Эта программа после начальной инициализациии внутренних устройств субблока УВ059 проверяет возможность записи информации в ячейку BF субблока внешней памяти ПЭ117, если запись невозможна (т.к. тумблер "ЗАПИСЬ" ПЭ выключен), то "Монитор УВ059" передает управление в субблок внешней памяти по адресу 00С0Н на начало фоновой программы, которая с помощью субблоков БИ102 и КИ024 выполняет: чтение ячеек памяти (информация выводится на индикаторы субблока БИ102 с использованием его кнопок), запись в ячейки памяти, периодическое чтение ячеек, запуск программ и останов их по заданному адресу (при этом используется субблок ДМ0456 к которому подключены монитор и клавиатура), подсчет контрольной суммы.

Алгоритм запуска МПУ представлен на черт. ДЭ 2102 021 0 98 00 00 ВО 04. Здесь необходимо отметить, что при выполнении запуска осуществляется анализ сигналов включения в работу каналов регулирования толщины (РТ) и натяжения (РН) полосы. Если этих сигналов нет, т.е. оба канала выключены, то подпрограмма подготовки каналов регулирования к работе не запускается и в этом случае работает только фоновая программа. Такой режим необходим для того чтобы иметь возможность осуществить загрузку скорректированного рабочего файла системы регулирования.

После выполнения подпрограмм подготовки к работе МПУ находится в режиме ожидания прерываний, которые поступают от датчика импульсов (первый и второй уровни), формирования управления НУ (четвёртый уровень), таймера формирующего интервал по времени для опроса внешних сигналов и выдачи управляющих воздействий ( пятый уровень), а также от ИРПС, обеспечивающего связь с УВМ ВУ АСУТП (шестой уровень).

Начальный адрес рабочего файла системы регулирования находится по адресу 0800Н. С этого адреса начинается подпрограмма переходов (ОР).

При появлении какого-либо прерывания аппаратно формируется адрес перехода в область памяти по адресам 80Н-В8Н, а оттуда в область подпрограммы ОР, где установлен переход на соответствующую подпрограмму обработки поступившего прерывания.

Алгоритм обработки прерываний первого и второго уровней, которые формируются по сигналам от датчика импульсов рабочих валков клетей, представлен листе 5 (подпрограммы ZAP1 и ZAP2). По данному алгоритму обеспечивается сопровождение полосы при регулировании толщины каналами по отклонению и возмущению. Прерывания первого уровня используются для запуска цикла регулирования толщины полосы каналом по отклонению (подпрограмма KAOT) а второго уровня - для запуска цикла регулирования толщины полосы каналом по возмущению (подпрограмма KAVO). В подпрограммах ZAP1 и ZAP2 выполняется установка флагов запуска соответствующих канала регулирования, которые используются в подпрограмма формирования управления (подпрограмма PFU). Кроме этого в подпрограмме ZAP1 устанавливаются метка полосы и индикации диапазона скорости прокатки.

При выполнении подпрограмм обработки прерываний первого и второго уровней разрешается обмен с УВМ ВУ АСУТП и работа подпрограммы управления НУ клетей как более приоритетных задач, т.е. разрешаются прерывания четвёртого и шестого уровней.

На черт. ДЭ 2102 021 0 98 00 00 ВО 05 дан алгоритм подпрограммы регулятора толщины (подпрограмма KAVO) - канала по возмущению с воздействием на изменение скорости вращения рабочих валков первой клети. При этом разнотолщинность отрабатывается в валках последующей клети. Данный канал обеспечивает сопровождение сигнала отклонения толщины от измерителя до последующей клети (его задержку на время перемещения полосы) и формирование величины управляющих воздействий.

На входе в подпрограмму KAVO осуществляется анализ разрешения работы канала, а на каждом его управляющем выходе может выполняться блокировка (обнуление управляющего воздействия). Сигналы разрешения работы канала и блокировки его выходов устанавливаются в подпрограмме ASPTH.

В подпрограмме KAVO при формировании управляющего воздействия на скорость валков задержанный сигнал отклонения толщины корректируется в зависимости от задания толщины, что необходимо для получения сигнала относительного отклонения. Это выполняется путем умножения отклонения толщины на величину обратную ее заданию, последняя вычисляется в подпрограмме PPOP0. Далее в схеме выхода регуляторов (СВР) комплекса осуществляется умножение этого сигнала на величину скорости вращения валков клетей, на которые выдается воздействие, что необходимо в соответствии с законом постоянства секундного объема металла для получения величины изменения скорости валков. В подпрограмме KAVO сформированное управление после анализа блокирования канала воздействия на скорость вращения валков загружается в оперативную память (ячейка KAVOV).

Так как реализация МПУ выполнена на процессорах К580 серии, то существует проблема времени цикла регулирования. Программы, которые запускаются по сигналам от датчиков импульсов, были написаны таким образом, чтобы ограничить верхнюю частоту циклов регулирования. Для этого, как уже отмечалось ранее, длина полосы от измерителя толщины до клети делится на 16, 8 и 4 части в зависимости от скорости прокатки. С увеличением скорости программы МПУ перестраиваются на работу с меньшим количеством частей полосы.

На черт. ДЭ 2102 021 0 98 00 00 ВО 05 приведён алгоритм управления нажимными устройствами для регулятора толщины по отклонению МПУ1 и поддержания толщины на концах рулона.

Полоса последовательно делится на участок измерения отклонения толщины и на участок ожидания результата отработки разнотолщинности. На первом участке осуществляется усреднение отклонения толщины и по окончании этого участка формируется управляющее воздействие на нажимные устройства предыдущей к месту измерения клети. На втором участке с помощью подпрограммы SBROK (запускается в подпрограмме ZAPT) сигнал управления с заданным темпом сбрасывается.

Алгоритм начинается с анализа наличия сигналов включения регулятора толщины, скорости прокатки, металла под измерителем толщины и натяжения полосы. Если все эти сигналы имеются, то сигнал отклонения толщины сравнивается с зоной, в противном случае обнуляется счетчик длины полосы и буфер усредненного отклонения толщины. Величина зоны вычисляется в подпрограмме PPOP0. Если отклонение толщины меньше зоны, то управляющее воздействие по данному каналу обнуляется. Затем анализируется счетчик длины участков полосы. Как уже отмечалось выше, на участке измерения выполняется усреднение отклонения полосы, по окончании этого участка выдается управляющее воздействие, которое пропорционально соответственно среднему отклонению толщины на участке измерения. Данный сигнал ограничивается и после анализа блокировки канала сигнал управления загружается в оперативную память канала для вывода через УСО МПУ.

.4 Моделирование входной зоны стана

.4.1 Математическая модель НСХП

Для синтеза оптимальной структуры контура управления необходима математическая модель стана непрерывной прокатки. В частности для синтеза контуров регулирования толщины полосы необходимо знать зависимости момента на валу приводного двигателя и толщины полосы на выходе из клети в зависимости от изменения переднего и заднего натяжений, толщины полосы до и после клети и перемещения нажимных винтов; уравнения модели межклетевого натяжения; уравнений главного привода клетей.

Формулы, разработанные для определения абсолютных значений параметров очага деформации, дают удовлетворительный результат в связи с недостаточной для автоматизации точностью. На практике наибольшее распространение получили линеаризованные математические модели. Суть линеаризации заключается в следующем: от абсолютной величины технологического параметра переходят к приращениям в рабочем диапазоне величин относительно установившегося значения (задания). Такая линеаризация возможна при работающих системах стабилизации, когда значения измеряемых величин меняются не значительно.

В качестве исходного для выражения момента прокатки принято уравнение[11]:

, (2.5)

где - момент при прокатке без натяжений, но с теми же обжатиями, кН×м;

 - соответственно переднее и заднее натяжение, кН;- радиус рабочего валка;

- толщина полосы соответственно на входе и выходе клети.

Толщину полосы  и момент прокатки в общем случае можно выразить следующими соотношениями:

 (2.6)

 (2.7)

где - перемещение нажимных винтов;

- толщина полосы, входящей в i-тую клеть.

В рабочем диапазоне изменения величин зависимости (2.6) и (2.7) можно линеаризовать. В этом случае приращения величин и  приближенно определятся как полные дифференциалы:

 (2.8)

 (2.9)

Здесь индекс «нуль» соответствует начальным значениям величин в установившемся режиме до приложения возмущения. При частных производных он указывает на то, что их численное значение соответствует начальным условиям. В дальнейшем для упрощения записи индекс «нуль» при частных производных опущен.

Если для момента прокатки вместо общего выражения (2.5) воспользоваться полученным ранее, то

.

Так как изменение момента трения в подшипниках вследствие изменения момента прокатки, по крайней мере, на порядок меньше последнего, можно считать, что приращение статического момента на валу двигателя будет следующим:

,

где - передаточное число редуктора главного привода.

Частные производные в уравнениях (2.8) и (2.9) представляют собой так называемые «технологические» коэффициенты, для которых приняты следующие обозначения:

коэффициент, связывающий приращение толщины металла, входящего в клеть, с возникающим вследствие этого изменением толщины полосы на выходе из клети;

коэффициент пропорциональности между перемещением нажимного винта и изменением толщины, выходящей из клети полосы;

коэффициент пропорциональности между изменением заднего натяжения  и изменением толщины полосы  (поскольку значение  отрицательно при любых условиях прокатки, перед производной принят знак минус, в этом случае - величина положительная; аналогичный выбор знаков принят и в других случаях, так что все «технологические» коэффициенты положительны);

коэффициент пропорциональности между изменением переднего натяжения  и изменением толщины полосы ;

коэффициент пропорциональности между изменением входной толщины и изменением момента на шпинделях валков;

коэффициент пропорциональности между изменением толщины полосы на выходе из клети и изменением момента на шпинделях валков.

В качестве математической модели главного привода используются уравнения, полученные на кафедре Автоматизации и электропривода МГМА. Данная математическая модель представляет собой два линейных дифференциальных: уравнения зависимости тока якорей привода I_i от скорости клети (окружной скорости рабочего валка) w_i и от напряжения питающего генератора U_i; зависимость скорости клети от тока через якоря двигателей и от момента прокатки M_i:

Постоянные коэффициенты R_pr,Ki₁,Ki₂,Kw₁ и Kw₂ входящие в данные уравнения рассчитываются программой, составленной на кафедре ПКиСУ.

Поскольку все клети стана связаны между собой полосой, имеющей определённое натяжение, то необходимо в математическую модель включить уравнения для натяжения полосы в межклетевом промежутке T_i

где w_2, w₁-скорости клетей последующей и предшествующей моделируемому межклетевому промежутку соответственно;

H₀(t-t₀) - толщина на входе в клеть, предшествующей рассматриваемому межклетевому промежутку;

H₁(t) - толщина на выходе из этой клети;

H₁(t-t₁) - толщина полосы на входе в клеть, последующую к данному межклетевому промежутку;

H₂(t) - толщина полосы на выходе из этой клети;

T₀(t) - натяжение полосы предшествующем межклетевом промежутке (или между первой клетью и разматывателем);

T₁(t) - натяжение полосы в моделируемом межклетевом промежутке;

T₂(t) - натяжение полосы в последующем межклетевом промежутке.

В данной работе составлена программа математической модели входной зоны стана и контуров регулирования толщины и натяжения. К математической модели объекта относятся, черт. ДЭ 2102 021 0 98 00 00 ВО 06,: модели главного привода первой и второй клети; модели очагов деформации для первой и второй клети; модель первого межклетевого промежутка.

Коэффициенты, входящие в уравнение математической модели зависят от параметров прокатываемой полосы. В качестве примера была взята полоса, шириной 1600 мм. из стали 08. Полоса прокатывается с толщины 2,5мм. до 0,9мм. Режим обжатий и скоростей приведён в табл. 2.1

В программе математической модели реализованы каналы регулирования толщины полосы по отклонению и по возмущению. Причём приведены варианты реализации структуры этих каналов, описанные выше.

Таблица 2.1. Режим обжатий и скоростной режим стана

.4.2 Анализ результатов моделирования входной зоны стана 2500 холодной прокатки

В процессе моделирования входной зоны стана были получены переходные процессы, как реакция объекта на возмущение, вызванное ступенчатым изменением толщины подката. Поскольку программой моделируются контура регулирования толщины за первой клетью по отклонению и по возмущению, то результат (отклонение толщины) необходимо фиксировать на выходе из валков второй клети. В прграмме математической модели составлены два различных варианта контуров регулирования. На рис. 2.6 представлен переходный процесс в системе с каналом регулирования толщины полосы, предложенный в работе [11], с введением компенсирующей обратной связи по положению нажимных винтов (см. описание выше). При варианте структуры этого же контура, предложенной ВНИИМетмаш (согласно алгоритму, черт. ДЭ 2102 021 0 98 00 00 ВО 05), приведён на рис. 2.9, черт. ДЭ 2102 021 0 98 00 00 ВО 07, рис.1.

Переходный процесс для канала по отклонению с введением обратной связи по положению нажимных винтов

Для обоих этих каналов зона нечувствительности устанавливалась равной 0,01мм. Оба канала компенсируют отклонение толщины за одно вклбчение привода нажимных винтов и статическая ошибка регулирования для этих каналов не превышает зоы нечуствительности. Т. е. критерии оптимальности, описанные ранее, для обоих этих контуров выполняются. Однако следует отдать предпочтение структуре канала, предложенной ВНИИМетмаш, так как для её реализации патребуется меньшее количество вычислительных операций.

Рис. 2.6.

Переходный процесс для канала по отклонению, предложенного ВНИИМетмашем

Для контура регулирования толщины по возмущению переходный процесс приведен на рис. 2.10 и черт. ДЭ 2102 021 0 98 00 00 ВО 07, рис.2. В данном контуре предусмотрено, что скорость валков рассчитывается в соответствии с законом постоянства секундного объёма металла, проходящего через валки. Однако изменение толщины происходит в валках второй клети, а воздействие канала направлено на изменение скорости первой клети. Поэтому относительное отклонение скорости первой клети не всегда соответствует относительному изменению толщины на выходе из клети. Кроме того привод стана имеет не жесткую механическую характеристику, поэтому скорость клети не всегда равна заданию. Поэтому в коэффициент передачи канала по отклонению необходимо вводить поправку (подбирать экспериментально коэффициент).

Рис. 2.7

Переходный процесс для канала по отклонению на изменение скорости первой клети, согласно закону постоянства секундного объёма

Рис. 2.8

Из анализа этого графика видно, что время переходного процесса в этом случае составляет порядка 2,4 с. Переходный процесс достигает установившегося состояния за пять колебаний. Согласно модели очага деформации изменение толщины зависит от изменения переднего и заднего натяжений, толщины подката и положения нажимных винтов. Так как подкат не имеет колебаний а положение нажимных винтов не изменялось, то колебания толщины вызваны колебаниями натяжения в первом межклетевом промежутке, рис. 2.9. Затухающие колебания натяжения могут быть вызваны колебаниями в системе главного привода стана или быть связанными с колебаниями в канале регулирования толщины полосы по возмущению. Поскольку колебания в канале регулирования толщины по возмущению могут быть связаны только лишь с колебаниями толщины, измеряемой толщиномером. Однако изменение переднего натяжения для первой клети не могут существенно повлиять на толщину.

Колебания натяжения в первом межклетевом промежутке.

Рис 2.9

Из анализа графиков видно, что колебания моментов прокатки находятся в противофазе. В момент времени, когда момент прокатки растёт (за счёт увеличения толщины), достигая максимума полуволны, натяжение в межклетевом промежутке растёт (за счёт действия канала по возмущению) и как следствие уменьшается момент прокатки для первой клети. Благодаря уменьшению момента прокатки, увеличивается ток через якоря двигателей привода. Известно, что в СУРС стана входят контура регулирования тока якоря двигателя и скорости привода. За счёт этих обратных связей ток в в якорях привода первой клети начинает уменьшаться, что вызывает с уменьшением скорости клети увеличение натяжения. Увеличение натяжения вызывает ещё больший рост момента первой клети. Когда момент прокатки второй клети начинает уменьшаться (за счёт обратных связей в СУРС), натяжение в межклетевом промежутке начинает падать что вызывает повышение момента прокатки первой клети и т.д.

Чтобы скомпенсировать колебания в приводе стана, необходимо чтобы колебания тока через якорь двигателя находились в противофазе с колебаниями момента на валу. Из графиков видно, что колебания натяжения синфазны колебаниям момента привода главной клети. Однако управление приводом осуществляется изменением напряжения на обмотках возбуждения генератора. Напряжение на обмоке возбуждения генератора опережает ток на 90°. Поэтому для компенсации колебаний в приводе стана предложено ввести упреждающее воздействие на напряжение генератора привода второй клети. Для этого сигнал от измерителя толщины фильтруется (чтобы не пропустить высокочастотные колебания стана), дифференцируется и направляется в СУРС второй клети.

В результате введения компенсации колебаний время переходного процесса для канала регулирования толщины по возмущению составляет 1,6 с, что на 0,8 с меньше без применения канала компенсации. Установившийся режим в этом случае достигается за три колебания.

Результат совместная работа регуляторов толщины по возмущению и по отклонению приведена на рис. 2.15 и ДЭ 2102 021 0 98 00 00 ВО 07.

Переходный процесс для случая совместной работы канала по  отклонению и по возмущению

Рис. 2.10

Для случая совместного регулирования толщины и натяжения полосы важно отметить, что канал «по возмущению» блокируется, когда вступает в работу канал «по отклонению».

3. Безопасность и экологичность

.1 Опасные и вредные факторы на стане 2500 холодной прокатки

В условиях ЛПЦ-5 на участке непрерывного стана «2500» и его привода действуют несколько различных по природе опасных и вредных факторов. Источниками повышенной опасности являются:

1)   Электрический ток (электропривода, кабели, генераторы, шкафы, шиты и пульты автоматизации);

2)   Грузоподъёмные и транспортные механизмы с гидравлическим и пневматическим приводом;

3)   Измерители толщины холоднокатаного листа с возможностью облучения (радиоизотопный измеритель толщины).

К опасным местам относятся также подкрановые галереи, мостики для обслуживания светильников потолочного освещения и тельферов крана, крыши постов управления из-за возможности быть зацепленным краном. Кроме того, дополнительную опасность представляют розливы машинного масла в галереях и на лестницах.

Опасно нахождение людей около механизмов стана, т.к. при обрыве полосы возможно травмирование отлетевшими кусками металла.

Кроме всех прочих описанных выше факторов, негативное воздействие на оперативный персонал оказывает также промышленный шум. Основные характеристики условий труда на рабочем месте оператора-вальцовщика которые контролируются на текущее время приведены в табл. 3.1

Таблица 3.1 Характеристика условий труда на четырёхклетевом стане «2500» холодной прокатки

Источником g-излучения в радиоизотопных измерителях толщины является с активностью 37гБк. Мощность экспозиционной дозы на рабочем месте оператора вальцовщика составляет 15 мкР/ч. Когда металл в валках отсутствует источник излучения перекрывается свинцовым экраном. Когда этот экран открыт, на пульте у оператора загорается предупреждающая лампа.

Непосредственно сам четырёхклетевой стан располагается в главном корпусе цеха, а его электрический привод в машинном зале. С точки зрения электробезопасности, помещение в котором располагается стан относится к помещениям с повышенной опасностью поражения электрическим током, а машинный зал - к особо опасным помещениям. Категория данного помещения по ПУЭ - электромашинное помещение (категория «Г» по СниП) [13].

На стане «2500» существует опасность поражения как переменным электрическим током с частотой 50Гц и 400Гц напряжением до 1000В и свыше 1000В (трансформаторные ячейки), так и постоянным напряжением до 1000В и свыше 1000 (генераторы и двигатели постоянного тока). Наибольшую опасность представляет ток с частотой 50Гц, который вызывает фибриляцию. Предельно допустимые уровни для нефибриляционых токов составляют:

Гц - 50 мА;

Гц - 100мА.

Неотпускающие токи:

Гц - 10мА;

Гц - 15мА;

постоянный ток - 100мА.

Общее освещение главного корпуса цеха выполнено светильниками РСПО-1000 с ртутными лампами ДРЛ-1000. На случай кратковременного исчезновения напряжения на линиях, питающих ртутные лампы, установлены светильники аварийного освещения с лампами накаливания, запитаные от другого источника.

В главном корпусе цеха применяется естественная вентиляция. В проёмах ворот цеха применяется тепловая завеса. Отопление цеха центральное водяное.

3.2 Электрозащитные средства

.2.1 Защитное заземление

Защитное заземление - преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам. Замыканием на корпус называется случайное электрическое соединение токоведущих частей с нетоковедущими частями электроустановок.

Защитное заземление должно обеспечивать защиту людей от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции [14].

Принцип действия защитного заземления основан на снижении до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на нетоковедущие части, которые могут оказаться под напряжением. Это достигается путем уменьшения потенциала заземленного оборудования (уменьшением сопротивления заземлителя), а также путем выравнивания потенциалов основания, на котором стоит человек, и заземленного оборудования (подъемом потенциала основания, на котором стоит человек, до значения, близкого к значению потенциала заземленного оборудования).

Область применения защитного заземления:

сети напряжения до 1000 В переменного тока - трехфазные трехпроводные с изолированной нейтралью, однофазные двухпроводные, изолированные от земли, а также постоянного тока двухпроводные с изолированной средней точкой обмоток источника тока ;

сети напряжением выше 1000 В переменного и постоянного тока с любым режимом нейтральной или средней точки обмоток источников тока. На рис. 3.1 показаны схемы защитного заземления в сетях трехфазного тока.

Принципиальные схемы защитного заземления

Рис. 3.1

а) сеть с изолированной нейтралью до 1000 В и выше;

б) сеть с заземленной нейтралью выше 1000 В.

1 заземленное оборудование; 2-заземлитель защитного заземления;

2 заземлитель рабочего заземлителя ; r₀ и r₃ -сопротивления рабочего и защитного заземлений

Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя - проводников (электродов), соединенных между собой и находящихся в непосредственном соприкосновении с землей, и заземляющих проводников, соединяющих заземленные части электроустановки с заземлителем. В зависимости от места размещения заземлителя, относительно заземленного оборудования различают два типа заземляющих устройств: выносное и контурное.

Выносное заземляющее устройство характеризуется тем, что заземлитель его вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование, или сосредоточен на некоторой части этой площадки. Недостатком выносного заземлителя является отдаленность от защищаемого оборудования (безопасность обеспечивается только уменьшением потенциала заземлителя). Применяется только в установках до 1000 В, где потенциал заземлителя не превышает значения допустимого напряжения соприкосновения.

Достоинством выносного заземляющего устройства является возможность выбора места размещения электродов заземлителя с наименьшим сопротивлением грунта.

Контурное заземляющее устройство характеризуется тем, что электроды его заземлителя размещаются по контуру площадки, на которой находится заземляемое оборудование, часто электроды распределяются на площадке по возможности равномерно. Безопасность при контурном заземляющем устройстве может быть обеспечена не только уменьшением потенциала заземлителя, а и выравниванием потенциала на защищаемой территории до такого значения, чтобы максимальные напряжения прикосновения и шага не превышали допустимых.

Различают заземлители искусственные, предназначенные исключительно для целей заземления, и естественные - находящиеся в земле металлические предметы иного назначения.

3.2.2 Защитное зануление

Зануление - одна из основных защитных мер в электроустановках. Зануление в основном применяется в четырёхпроводных электрических цепях с глухозаземлённой нейтралью. Принципиальная схема зануления приведена на рис. 3.2 [15].

Особенностью схемы является то, что нетокопроводящие металлические части электроустановок соединены с нулевым проводником. Зануление предусматривает наличие в цепи питания электропотребителей максимальной токовой защиты.

Рис. 3.2. Принципиальная схема зануления

При замыкании на занулённый корпус в нейтрали возникает ток короткого замыкания I_КЗ. Этот ток определяется фазным напряжением источника питания, сопротивлением цепи фазного Z_Ф и нулевого Z_Н проводов:

При надлежащем выполнении зануления I_КЗ должен превышать ток срабатывания I_СР тем самым обеспечить срабатывание максимальной токовой защиты и безопасность лиц, имеющих контакт с занулённым электрооборудованием. Быстродействие защиты определяется кратностью отношения I_КЗ/I_СР.

3.2.3 Защитное отключение

Защитным отключением в электроустановках напряжением до 1000В называется автоматическое отключение всех фаз участка сети, обеспечивающее безопасность для человека сочетание тока и времени его протекания при замыкании на корпус или снижения уровня изоляции ниже определённого значения. Защитное отключение применяется в качестве основной или дополнительной меры защиты. Применяется в сетях с глухозаземлённой нейтралью и с изолированной нейтралью. Устройства защитного отключения, могут реагировать на ток в заземляющем проводнике, на несимметрию фазных токов утечки, и устройства, реагирующие на напряжение корпуса относительно земли. Устройства, реагирующие на напряжение корпуса относительно земли, обеспечивают безопасность только при возникновении опасности в результате замыкания на корпус. Это устройство не сложное, но оно имеет ряд серьёзных недостатков и поэтому не нашло широкого применения в электроустановках.

В качестве первичных датчиков двух других типов УЗО используются трансформаторы тока. В трансформаторе тока нулевой последовательности первичными обмотками трансформатора являются фазные проводники, пропущенные через окно магнитопровода, вторичная обмотка равномерно распределена на магнитопроводе [15].

Требования к преобразователю УЗО определяются токовременными и частотными характеристиками входного сигнала. Основные из этих требований:

1)   способность при необходимости усиления входного сигнала;

2)   помехоустойчивость;

3)   устойчивость к перегрузкам;

4)   необходимость иметь наибольший коэффициент передачи для основной гормоники входного сигнала;

5)   достаточное быстродействие;

6)   устойчивый режим работы при выдаче аварийного сигнала;

7)   сохранение стабильных параметров при изменении напряжения сети в заданных пределах и при эксплуатации в различных условиях

Требования к исполнительному органу УЗО определяются необходимым быстродействием и надёжностью защиты. Кроме того, исполнительный орган не должен вносить дополнительной опасности поражения электрическим током в различных режимах работы УЗО.

.3 Пожарная безопасность

Понятие «пожарная опасность электрических установок» включает в себя способность их при определённых условиях быть причиной зажигания (электрические дуги, искры, нагрев токоведущих элементов и т.п.) и их способность распространять горение (например, вдоль электрических проводок и кабелей) [15]. Кроме того, некоторые типы электроустановок характеризуются большой пожарной нагрузкой (например силовые масляные трансформаторы, кабельные потоки и т.п.). Пожарная опасность электроустановок обуславливается также и теми последствиями, которые будут иметь место при выходе их из строя во время пожара. В ряде случаев, убытки от пожара могут быть значительными, а порой тяжкими (происходит остановка производства, выходит из строя технологическое оборудование и т.д.). Тяжелые последствия возможны даже и в том случае, если пожар не получил серьёзного развития. Например, при пожаре в помещении автоматизации на стане 2500 само тушение может быть причиной выхода из строя дорогостоящего электронного оборудования.

Возможность возникновения пожаров от электрического тока зависит от того, сложилась ли пожароопасная ситуация в момент аварийного режима, которая, как известно, в присутствии окислителя возникает при совмещении горючих материалов с источниками зажигания, имеющими достаточную для их воспламенения температуру и необходимый запас тепловой энергии. Хотя совмещение источников зажигания в электроустановках с горючими материалами возможно в силу непредвиденных обстоятельств, можно считать, что возникновение пожара, как правило, является результатом нарушения или не соблюдения мероприятий, направленных на предотвращение пожаров от электрического тока, или не совершенства этих мероприятий. В общем случае, пожары в электроустановках можно предотвратить созданием таких условий, при которых исключается возникновение пожароопасных ситуаций, а если пожар всё же возникает, то тушение производится быстро и эффективно без последствий для электрооборудования. Путей снижения пожарной опасности электроустановок несколько, к ним можно отнести: правильный выбор и расчёт электрической защиты, соответствующее исполнение и размещение электроустановок, использование огнезащитных покрытий, внедрение высокоэффективных систем извещения о пожарах и загораниях систем пожаротушения.

В данном проекте система регулирования толщины и натяжения расположена в отдельном помещении, находящемся в машинном зале. Распространению пожара из вне препятствует кирпичная кладка стен и несгораемая дверь. В помещении находятся тепловые датчики извещения о пожаре. Системы, расположенные в данном помещении составлены из сложных дорогостоящих радиоэлектронных устройств. При этом следует отметить, что радиоэлектронные устройства очень чувствительны к повышению температуры, поэтому даже не значительное загорание в помещении, где установлено радиоэлектронное оборудование может причинить большой ущерб.

Источниками зажигания в помещении автоматизации могут быть:

) искры, электрические дуги, открытый огонь воспламенившейся изоляции проводов, нагретые до высокой температуры токоведущие жилы проводов, контактные соединения с большим переходным сопротивлением, токи утечки, нагретые сопротивления и т.д.

) нагревательные электрические приборы (паяльники), а также неосторожное обращение с открытым огнём, в том числе и курение.

Согласно требованиям пожарной защиты машинный зал оборудован двумя эвакуационными выходами; двери машзала самозакрывающиеся. Осветительная электрическая цепь выполнена согласно ПУЭ для пожароопасных зон и установок классов защиты: II -IIа.

4. Анализ технико-экономических показателей и расчёт экономической эффективности

.1 Правовой статус организации

Стан 2500 входит в состав листопрокатного цеха ЛПЦ-5. ЛПЦ-5 является одним из подразделений ОАО ММК. Листопрокатный цех № 5 самостоятельно начисляет заработную плату в соответствии с принятой на ММК единой тарифной сеткой. ЛПЦ-5 ведёт свой баланс и производит учёт материально-технических ценностей. Отпускные цены на готовую продукцию определяет соответствующие структуры ОАО ММК. Решения по необходимости проведения модернизации и замены устаревшего оборудования определяются правлением цеха. Вышесказанное относится также к замене системы автоматического регулирования толщины и натяжения полосы на стане 2500 холодной прокатки на более совершенную на базе микропроцессорных устройств УВ059. Средства на закупку и введение в эксплуатацию системы отражаются на балансе цеха.

.2 Смета капитальных затрат

В предложенном проекте регулирования толщины полосы на стане 2500 холодной прокатки производятся закупки САРТиН конструкции ВНИИМетмаш и датчики толщины. Стоимостные показатели закупаемого оборудования занесены в табл. 4.1.

Стоимость монтажа оборудования рассчитывается как:

К_М=0,3К_О = 0,3 × 417 000,

где К_М - затраты на монтаж,

К_О - стоимость приобретаемого оборудования.

Затраты на зар. плату составят:

К_зп = 0,5 К_М

Таблица 4.1. Смета капитальных затрат

Поправки к стоимости монтажных работ вычисляются от суммы затрат на заработную плату. Плановые накопления рассчитываются как 8% от суммы затрат на монтаж. Непредвиденные расходы берутся в размере 10% от общей стоимости оборудования и от суммарных затрат на монтажные работы.

.3 Производственная программа

Стан 2500 холодной прокатки работает в непрерывном режиме работы 24 ч в сутки 365 дн. в году (1095 смен). В табл. 4.2 представлена производственная программа участка автоматизации.

Таблица 4.2. Производственная программа

.4 Штатное расписание

В штат рабочих на стане входят операторы прокатного стана и ремонтно-обслуживающий персонал электроустановок. Проектом не предусматривается сокращение численности кадров. Это связано с тем, что применение «безлюдной» технологии в настоящее время экономически не целесообразно. Данные по персоналу, работающему на четырёхклетевом стане 2500, приведены в табл. 4.3.

Таблица 4.3. Штатное расписание участка: стана 2500

Общая численность персонала на стане составляет 60 чел. Система оплаты сдельно-премиальная (СП).Ш

.5 Организация труда и заработной платы

.5.1 Организация оплаты труда и система премирования

Основная заработная плата рабочему персоналу начисляется в соответствии с разрядом по единой тарифной ставке. В зависимости от разряда, нормируется часовая тарифная ставка, табл. 4.4.

Таблица 4.4. Положение об оплате труда

Основная заработная плата вычисляется как произведение часовой тарифной ставки на время работы. Дополнительно к основной заработной плате выплачивается надбавка за сменность в размере 65% от основной заработной платы.

Премия начисляется по итогам текущего месяца в зависимости от суммарного времени внеплановых простоев оборудования. Премия рассчитывается как процент от заработка, табл. 4.5.

Таблица 4.5. Начисление премий

.5.2 Графики выходов на работу

В связи с тем, что стан 2500, имеет непрерывный цикл работы, то применяются два вида графиков работы: железнодорожный и непрерывный трёхсменный. Железнодорожный график работы представлен в табл. 4.6.

Таблица 4.6. Железнодорожный график работы

где #### - ночные смены;

////// - дневные смены.

В соответствии с этим графиком цикл выходов на работу составляет четыре дня. Работа в праздничные дни оплачивается в двойном размере.

Непрерывный трёхсменный график работы представлен в табл. 4.7.

Таблица 4.7. Непрерывный трёхсменный график работы

Цикл работы составляет 16 дн, из них рабочих 12.

За год общее время работы каждой бригады составит:

×8×12/16=2190 ч

Переработка:

-2000 = 190.

Из них 10 праздников:

 ч

.5.3 Расчёт фонда заработной платы

) Фонд заработной платы участка:

Сумма основной заработной платы составляет:

[(8×2349 + 16×2138)×12×2/4 + (4×2876 + 20×2138 + 4×2349 + 8×1474)×8×12/16] × (365--27) =260 500 тыс. руб.,

где 27-количество дней на отпуск.

С учётом надбавки за сменность:

500×1,65= 429 825 тыс. руб.

Сумма основной заработной платы с учётом отчислений и районного коэффициента:

825 ×1,15/(1- 0,405) = 897 118 тыс. руб.

Сумма дополнительной заработной платы:

825/11×1,4 = 54705 тыс. руб.

Отчисления на соц. нужды из дополнительной заработной платы:

/(1-0,405)×0,405 = 37 236 тыс. руб.

Фонд оплаты труда: 989 059 тыс. руб.

Отчисления на соц. нужды: 989 059 × 0,405=400 569 тыс. руб.

) Расчёт заработной платы одного работника:

Рассчитаем фонд заработной платы для одного рабочего (на примере бригадира электромонтёров). Часовая тарифная ставка составляет 2349 руб. Цикл работы: две смены по 12ч за четверо суток. Тогда сумма по тарифу за год составит:

×12×2/4×(365-27) = 4 763 772 руб.

где 27- количество дней, выделяемых на отпуск.

Сумма с учётом доплаты за сменность (65%) и районный коэффициент (15%):

763 772×1,65×1,15=9 039 257 руб.

Основная заработная плата, с учётом доплаты в виде премий, 60% (простои до 23 ч):

039 257×1,6 = 14 462 811 руб.

Дополнительная заработная плата:

Отпускные: 2349×12×2/4×27×1,65×1,6=1 004 620;

Дотация к отпуску, 40% от отпускных: 1 004 620×0,4=401848 руб;

Сумма дополнительной заработной платы: 1 406 468 руб;

Фонд оплаты туда с учётом отчислений на соц. нужды:

(15 617 980 + 976 133)/(1-0,405) = 27 889 265 руб.

.6 Калькуляция себестоимости

Предлагаемая система позволяет реализовать уменьшение количества концов и обрези примерно на 20% за счёт применения системы обжатия концов полосы. Повышение производительности стана недопустимо в связи с тем, что термическое отделение не справится с увеличением объёмов прокатки. Вследствие этого, все затраты на работу стана останутся постоянными.

В связи с введением нового оборудования увеличатся отчисления в амортизационный фонд на величину:

1 980 440 × 25/100/1 343 916 = 36 коп/т,

где С_кв - величина капиталовложений,

Н_а - норма амортизации (25%),

Q - годовой объём производства (1 343 916 т).

Поправка к величине ремонтного фонда рассчитывается в соответствии с выражением:

1 980 440 × 0,5/1 343 916 = 73 коп/т.

4.7 Расчёт прибыли

Объём продукции до внедрения автоматизации рассчитывается по формуле( на 1 т):

Об1=Ц×М_т/М_ф = 1 516 ×1 343 916 / 1 332 000 = 1 526,56 руб.

где, М_т - теоретически подсчитанная масса металла по площади его поверхности, см. выражение (1.1),

М_ф - фактическая масса проката,

Ц - цена одной тонны ( с учётом НДС).

По предложенному проекту теоретически подсчитанная масса увеличивается на 0,1% (вследствие прокатки в поле минусовых допусков).

М’_т=М_т×1,001=1 343 916×1,001=1 345 260т.

Об2=Ц×М’_т/М_ф= 1 516 × 1 345 260 / 1 332 000 = 1 531,0914 руб.

Об1 - НДС_пр + НДС_пок =1 526,56-1 526,56/1,2×0,2+

+1 404,8 /1,2×0,2 =1 506,26 руб/т,

где 1 274 702 объём необходимого подката.

531,091-1 531,091/1,2×0,2+1 402,65/1,2×0,2=1 509,68 руб/т.

Расчёт прибыли:

Пр1=В1-СС1=1 506,26 -1 441,659 = 64,601 руб/т,

Пр2=В2-СС2=1 509,68 - 1441,90392 = 67,78 руб/т.

Чистая прибыль ( после уплаты налога на прибыль 35%):

ЧП1=Пр1×0,65= 42 руб/т,

ЧП2=Пр2×0,65= 44,06 руб/т.

.8 Расчёт показателей экономической эффективности капиталовложений

Прирост чистого годового дохода за счёт кап. вложений:

P=(ЧП2-ЧП1)×V_пр=(44,06 - 42)×1 343 916= 2 764 435 руб.

Чистый годовой доход на текущий день:

,

где k- годы,

r - фактор дисконтирования (r = 0,2).

Для первого года: 2 764 435/0,833= 3 318 649 руб.

Для второго года: 2 764 435/0,694= 3 983 335 руб.

Чистая текущая стоимость за первый год:

NPV₁=PV₁- K = 3 318 649 - 1 980 440 = 1 338 209руб,

где К - кап. вложения.

Внутренняя норма прибыли:

IRP=NPV₁/(ЧП2×V_пр)×100%=2,3%.

Срок окупаемости находится по формуле:

=0,774г = 9,3 месяцев.

Основные технико-экономические показатели проекта внесены в табл. 4.9 и представлены на черт. ДЭ 2102 021 0 98 00 00 ТП. По результатам расчёта видно, что несмотря на увеличение себестоимости продукции (за счёт увеличения амортизационных отчислений и ремонтного фонда) внедрение САРТиН даёт реальный экономический эффект за счёт увеличения объёма отгрузки продукции по теоретической массе.

Таблица 4.8. Основные технико-экономические показатели

Заключение

стан холодный прокатка металл

В данной дипломной работе были освещены вопросы регулирования толщины и натяжения полосы. В общей части рассмотрена структура и основные датчики системы автоматического регулирования толщины и натяжения полосы на стане 2500 холодной прокатки, и реализация данной структуры ВНИИМетмашем на основе микропроцессорных устройств конструкции «Уралспецавтоматика».

Задачей специальной части был синтез каналов регулирования толщины полосы во входной зоне стана. В работе приведён обзор различных реализаций каналов по возмущению и по отклонению толщины во входной зоне стана.

Для поиска оптимальной структуры необходимой оказалась математическая модель НСХП. Проблема была решена применением улучшенной математической модели входной зоны стана. Данная модель реализована в виде программы для IBM совместимого компьютера.

При помощи программы произведён анализ контуров регулирования и внесены необходимые дополнения в их структуру. В частности проанализированы причины возникновений колебаний толщины на стане и предложены пути решения данной проблемы.

Список использованных источников

1. Радюкевич Л.В. и др. Когда минус даёт плюс: прокатка металла в поле суженых и минусовых допусков и отгрузка его по теоретической массе. - Челябинск: Южно Уральское кн. изд-во,1984.

2. Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3-х томах. Т. 3 Машины и агрегаты для производства и отделки проката. Учебник для вузов /Целиков А.И. и др. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1988.

3. Холодная прокатка полос на непрерывном 4-х клетевом стане 2500. Технологическая инструкция ТИ -101- П - ХЛ5 - 156 - 87. г. Магнитогорск, 1986.

4.  Гусев А. Рентгеновская толщинометрия. «Приборы и системы управления» №5, 1989.

5. Лямбах Р.В., Шишкинский В.И Автоматизация технологических процессов холодной прокатки листов. - М.: Металлургия, 1981

6. Датчик импульсов ДИФ 7М. Паспорт Х52.320.205 ПС.

7. Белов С.И., Залесский И.В., Сеничев В.С. Автоматизация непрерывных станов холодной прокатки. «Сталь», №2, 1992 ст. 37-39.

8. Микропроцессорный комплект систем автоматического регулирования толщины и натяжения полосы (САРТиН) пятиклетевого стана 630 холодной прокатки. Техническая документация. - М.: «Всесоюзный научно- исследовательский институт металлургического машиностроения», 1986.

9. Микропроцессорный комплект систем автоматического регулирования толщины и натяжения полосы (САРТиН) четырёхклетевого стана 2500 холодной прокатки. Техническая документация. - М.: «Всеросийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт им. Целикова А.И.», 1997.

10. Королёв В.В. Управление процессами прокатного производства при помощи ЭВМ. - М.: Металлургия, 1986.

11. Дружинин Н.Н. Непрерывные станы как объект автоматизации. - М.: Металлургия, 1975.

12. Выдрин В.Н. Фидосиенко А.С. Автоматизация прокатного производства. Учебник ля вузов. - М.: Металлургия, 1984.

13. Правила устройства электроустановок. 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1986.

14. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках. - М.: Энергоатомиздат, 1984.

15. Ревякин А.И., Кашолкин Б.И. Электробезопастность и пожарная защита в электроустановках. - М.: Энергоатомиздат, 1984.