Главная страница      Электронная библиотека      Ссылки      Отчет о результатах поиска
Индивидуальное задание

Основными задачами электроприводов слябинга являются максимальное удовлетворение требованиям технологии процесса прокатки и обеспечение минимума затрат на эксплуатацию и ремонт электрического и механического оборудования. Возникающие при прокатке значительные суммарные нагрузки снижают надежность работы уникального и дорогостоящего оборудования. Суммарные нагрузки включают в себя нагрузки, возникающие при прокатке металла, т. е. полезные нагрузки и непроизводительные нагрузки. Появление непроизводительных нагрузок в деталях и узлах оборудования линий главных приводов и универсальной клети слябинга во многом определяется качеством механического взаимодействия приводных двигателей вертикальных и горизонтальных валков через прокатываемый металл. Различные нарушения взаимодействия приводят к росту динамичности процессов захвата металла валками последующей клетью и выброса его из валков предыдущей клети, появлению межклетьевых усилий подпора или натяжения при совместной прокатке. Поэтому остается актуальной проблема управления главными электроприводами слябинга с учетом текущих условий прокатки.

В настоящее время на слябинге 1150 в условиях металлургического комбината “Запорожсталь” действует система автоматического согласования скоростных режимов, выполненная на устаревшей элементной базе (программируемый контроллер типа ФК5001 (РК5100) производства арендного предприятия “Росток” (г. Киев)), в основу которой положена пропорциональная коррекция скоростей при совместной прокатке металла. При эксплуатации этой системы возникла потребность в расширении выполняемых функций, повышении стабильности работы системы. Этим и многим другим требованиям может удовлетворить система автоматического согласования скоростных режимов выполненная на современной элементной базе. В этом случае необходимо провести дополнительные теоретические исследования и разработать новые рекомендации по построению системы.

Описание и принципы функционирования, действующей в настоящее время системы автоматического согласования скоростных режимов слябинга 1150 в условиях металлургического комбината “Запорожсталь” опубликованы в работах [1] - [4].

Целью данной работы является изучение процессов взаимодействия главных электроприводов слябинга 1150 при прокатке металла и разработка рекомендаций для построения системы автоматического согласования скоростных режимов. Для достижения указанной цели были разработаны и решены следующие задачи:

1. Разработка математической модели главных приводов и их систем управления для каждого прокатного валка в отдельности;
2. Разработка математической модели связи электроприводов валков одной и той же клети при раздельной прокатке в вертикальной или горизонтальной клети;
3. Разработка математической модели связи электроприводов валков вертикальной и горизонтальной клетей при совместной прокатке в двух клетях;
4. Исследование работы взаимосвязанной электромеханической системы прокатного стана слябинг 1150 с использованием математического моделирования;
5. Разработка рекомендаций по построению системы автоматического согласования скоростных режимов слябинга.

Исследования производились путем обработки данных, характеризующих процесс прокатки, полученных на действующем слябинге 1150 в условиях меткомбината “Запорожсталь”. Для проверки работоспособности синтезируемой системы автоматического согласования скоростных режимов и разработки рекомендаций по ее построению применялось математическое моделирование. Математическое моделирование производилось с использованием приложения Simulink пакета MatLab.

Решение данной задачи производилось с использованием аппарата передаточных функций.

Структура рассматриваемых моделей соответствует реальному варианту построения систем управления приводными двигателями слябинга 1150:

• каждый валок имеет индивидуальный привод постоянного тока;
• на каждый валок вертикальной клети работают по два приводных двигателя;
• система управления построена по принципу подчиненного регулирования с внутренним контуром тока и внешним контуром ЭДС двигателя.

Каждый валок имеет косвенную систему регулирования скорости, изображенную на рисунке 1.

Рисунок 1 – Система косвенного регулирования угловой скорости индивидуального электропривода прокатного валка

На рисунке 1 приняты следующие обозначения:

РЭ – регулятор ЭДС двигателя;
РТ – регулятор тока якоря двигателя;
ТП – тиристорный преобразователь;
ДПТ – двигатель постоянного тока (для привода вертикального валка 2 двигателя);
ДТ – датчик тока якоря двигателя;
ДЭДС – датчик ЭДС двигателя; - напряжение задания ЭДС двигателя;
- напряжение задания тока якоря двигателя;
- напряжение управления, прикладываемое к системе управления тиристорным преобразователем;
- напряжение тиристорного преобразователя;
- напряжение на якорных зажимах двигателя;
- ток якоря двигателя.

Все моменты и скорости приводов каждого валка приводились к валу соответствующего двигателя.

При цифровом моделировании с учетом реальных осциллограмм, полученных на действующем оборудовании была произведены уточнение параметров силовой части приводов и подстройка параметров контуров регулирования.

Было проведено исследование распределения моментов на холостом ходу между двумя приводными двигателями каждого из вертикальных валков. Уставлено, что на холостом ходу работа одного из двигателей в генераторном режиме, а другого в двигательном вызвана неравенством потоков возбуждения двигателей. Для ликвидации этого негативного явления предлагается использовать в системе управления приводными двигателями вертикального валка дополнительный контур выравнивания токов холостого хода.

Построение модели взаимодействия приводов валков одной клети через прокатываемый металл выполнено на основе [5].

При этом были сделаны следующие предположения:

• заготовка действует на приводные валки как сцепление и как демпфер;
• момент сцепления, т. е. дополнительная нагрузка обусловленная связью приводов одной клети через прокатываемый металл, действует на валки с противоположными знаками;
• знак и амплитуда момента сцепления зависят от разности скоростей и величины момента прокатки;
• момент сцепления уменьшается при снижении средней скорости валков;
• большую нагрузку воспринимает двигатель, имевший перед захватом заготовки большую скорость.

На основании этих предположений можно построить структурную схему связи приводов валков одной и той же клети через прокатываемый металл, которая показана на рисунке 2.

Рисунок 2 – Структурная схема связи приводов валков одной и той же клети через прокатываемый металл

На рисунке 2 приняты следующие обозначения:

- угловая скорость первого прокатного валка;
- угловая скорость второго прокатного валка;
- средняя угловая скорость;
- момент сцепления;
- момент прокатки;
- момент нагрузки, прикладываемый к первому прокатному валку;
- момент нагрузки, прикладываемый ко второму прокатному валку.

Упругие свойства механической системы валки-клеть при этом не учитывались. В связи с этим при математическом описании электромеханической системы стана все упругосвязанные массы для каждой клети (двигатель, редуктор, шпинделя, валки и пр.) приводились к валу двигателя и представлялись в виде суммарного момента инерции.

Применялся пропорционально-интегральный закон формирования момента прокатки (рисунок 3). Такое предположение построено с учетом удара слитка в начальный момент захвата валками по элементам механического оборудования клети, а затем равномерному увеличению нагрузки вплоть до начала установившейся прокатки. При установившейся прокатке нагрузка принята постоянной.

Рисунок 3 – Закон изменения момента прокатки

На рисунке 3 обозначены: - момент сопротивления, вызванный прокаткой металла; - время; - момент сопротивления, действующий при установившемся процессе прокатки, - момент времени, в который металл начинает входить в валки; - момент времени, когда металл начнет выходить из валков.

Было проведено исследование распределения нагрузок между приводами валков одной и той же клети при прокатке металла. Для равномерной загрузки каждого из приводных двигателей вертикальной клети при прокатке металла предложено использование дополнительного контура выравнивания якорных токов.

Построение модели взаимодействия электрических приводов прокатных валков горизонтальной и вертикальной клетей осуществлялось на основании анализа [5] - [8].

На этом этапе было сделано предположение, что связь клетей через металл – жесткая. При этом для моделирования процесса перераспределения нагрузок между вертикальной и горизонтальной клетьми были учтены жесткости механических характеристик электроприводов вертикальной и горизонтальной клетей. Структурная схема построенной модели приведена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Структурная схема связи приводов валков вертикальной и горизонтальной клетей через металл

На рисунке 4 приняты следующие обозначения:

, - угловые скорости горизонтальных и вертикальных валков, соответственно;

, - линейные скорости горизонтальных и вертикальных валков, соответственно;

, - коэффициенты, связывающие угловые и линейные скорости для горизонтальной и вертикальной клетей, соответственно;

, - момент сопротивления, вызванный совместной прокаткой металла.

Полученная модель передает все характерные особенности процесса перераспределения нагрузок между приводами прокатных валков.

Математическая модель связи приводов клетей через металл разработана на основе идентификации, т.е. экспериментального определения существенных для решаемой задачи свойств и характеристик исследуемого объекта.

На рисунке 5 показана структурная схема электромеханической системы прокатного стана слябинг 1150.

На рисунке 5 обозначены:

ЗИ – задатчик интенсивности, формирует сигнал задания на разгон, работу с определенной скоростью, торможение, управляется оператором стана;

- коэффициент соотношения скоростей вертикальных и горизонтальных валков, предназначен для предварительного согласования скоростных режимов;

ЭПЛВ – электропривод левого валка вертикальной клети (структурная схема приведена на рисунке 1);

ЭППВ – электропривод правого валка вертикальной клети;

ЭПВВ – электропривод верхнего валка горизонтальной клети;

ЭПНВ – электропривод нижнего валка горизонтальной клети;

НВ – звено, формирующее нагрузку на вертикальную клеть без учета связи приводов через металл, данное звено активно, когда металл находится в вертикальной клети;

НГ – звено, формирующее нагрузку на горизонтальную клеть без учета связи приводов через металл, данное звено активно, когда металл находится в горизонтальной клети;

СВ – звено связи приводов левого и правого валков вертикальной клети через прокатываемый металл, формирует дополнительную нагрузку на привода вертикальной клети, обусловленную связью приводов вертикальной клети через прокатываемый металл, активно, когда металл находится в вертикальной клети (структурная схема приведена на рисунке 2);

Рисунок 5 – Структурная схема электромеханической системы прокатного стана слябинг 1150

СГ – звено связи приводов верхнего и нижнего валков горизонтальной клети через прокатываемый металл, формирует дополнительную нагрузку на привода горизонтальной клети, обусловленную связью приводов горизонтальной клети через прокатываемый металл, активно, когда металл находится в горизонтальной клети (структурная схема приведена на рисунке 2);

СВГ – звено связи приводов вертикальных и горизонтальных валков, формирует дополнительную нагрузку на привода вертикальной и горизонтальной клетей, обусловленную связью приводов вертикальных и горизонтальных валков через прокатываемый металл, активно, когда металл находится одновременно в двух клетях (структурная схема приведена на рисунке 4);

- сигнал задания на скорость вертикальным валкам;

- сигнал задания на скорость горизонтальным валкам;

- момент сопротивления, приложенный к приводу левого валка вертикальной клети;

- момент сопротивления, приложенный к приводу правого валка вертикальной клети;

- момент сопротивления, приложенный к приводу верхнего валка горизонтальной клети;

- момент сопротивления, приложенный к приводу нижнего валка горизонтальной клети;

- угловая скорость левого валка вертикальной клети;

- угловая скорость правого валка вертикальной клети;

- угловая скорость верхнего валка горизонтальной клети;

- угловая скорость нижнего валка горизонтальной клети;

- линейная скорость вертикальных валков;

- линейная скорость горизонтальных валков.

На основании разработанных математических моделей была сформирована общая модель электромеханической системы прокатного стана слябинг 1150 для чего использовалось приложение Simulink пакета MatLab. С использованием этой модели были рассмотрены процессы, происходящие в электромеханической системе стана при совместной прокатке, а именно:

• неустановившаяся совместная прокатка, которая по времени совпадает с захватом металла последующей клетью;
• установившаяся совместная прокатка.

После анализа переходных процессов токов нагрузки, полученных в результате моделирования, было установлено что

• неустановившаяся совместная прокатка всегда характеризуется мгновенным натяжением в межклетьевом промежутке;
• установившаяся совместная прокатка может происходить с установившимся подпором или установившимся натяжением, или быть близкой к свободной прокатке.

Анализ переходных процессов, полученных на действующем оборудовании, подтвердил адекватность используемой модели.

Подпор и натяжение в межклетьевом промежутке относятся к непроизводительным нагрузкам. Для ликвидации этих явлений были рассмотрены различные варианты организации системы автоматического согласования скоростных режимов.

Основными способами согласования скоростей при совместной прокатке являются подача пропорционального или интегрального корректирующего сигнала дополнительно к основному заданию на скорость вертикальных валков.

Пропорциональный корректирующий сигнал вычисляется следующим образом:

,

где - статический ток раздельной прокатки в первой по ходу прокатки клети;

- статический ток совместной прокатки в первой по ходу прокатки клети;

- коэффициент усиления.

Интегральный корректирующий сигнал вычисляется следующим образом:

,

где - постоянная времени интегрирования, позволяет получить требуемый темп нарастания корректирующего сигнала и точность согласования скоростей.

Анализ опыта эксплуатации и результаты математического моделирования системы с пропорциональной коррекцией скорости вертикальных валков свидетельствуют о недостатках такой системы по сравнению с системой, базирующейся на интегральной коррекции скорости вертикальных валков.

К основным недостаткам системы с пропорциональной коррекцией можно отнести:

1. невысокую точность поддержания статического тока;
2. возможность появления колебаний в электроприводе вертикальных валков.

На рисунке 6 показаны результаты моделирования работы электроприводов слябинга при совместной прокатке в нечетном пропуске (вертикальная клеть первая по ходу прокатки) для случая ликвидации межклетьевого натяжения. На рисунке 6 обозначены - и – статические токи вертикальной и горизонтальной клетей в долях номинальных токов вертикальной и горизонтальной клети, соответственно; - корректирующий сигнал в долях от общего сигнала задания на скорость вращения валков, время показано в секундах.

Рисунок 6 – Результаты математического моделирования процесса совместной прокатки в нечетном пропуске при ликвидации межклетьевого натяжения:

1 – пропорциональная коррекция; 2 – интегральная коррекция

РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПОСТРОЕНИЮ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО СОГЛАСОВАНИЯ СКОРОСТНЫХ РЕЖИМОВ СЛЯБИНГА 1150

На основании анализа опыта эксплуатации и проведенных исследований можно сформулировать следующие основные требования к математическому обеспечению системы автоматического согласования скоростных режимов слябинга 1150:

1. Для функционирования математического обеспечения проектируемой системы необходимы цифровые сигналы основных электрические величин (сигналы полных и статических токов приводов, сигналы ЭДС двигателей, сигналы скоростей подающих рольгангов и т. д.), характеризующих работу прокатного стана;
2. Согласование скоростных режимов необходимо осуществлять путем изменения скорости вертикальных валков;
3. При входе металла в вертикальную клеть в нечетных пропусках скорость вертикальных валков необходимо согласовывать со скоростью подающего рольганга, в четных пропусках – со скоростью выхода металла из горизонтальной клети;
4. Согласование скоростей валков при совместной прокатке необходимо производить с учетом статической нагрузки приводов подачей корректирующего сигнала интегрального типа на скорость вертикальных валков.

В заключении следует отметить, что перечисленные рекомендации будут использованы при модернизации действующего слябинга 1150 в условиях металлургического комбината “Запорожсталь”.

1. Кузьмин А. В., Светличный А. В. Скоростные режимы работы главных электроприводов слябинга при одновременной прокатке металла в вертикальных и горизонтальных валках / Известия вузов. Электромеханика № 5-6, 1996, с. 54-58
2. Кузьмин А. В., Светличный А. В., Коцегуб П. Х. Оптимизация динамических режимов работы главных приводов слябинга в системе с последовательной передачей сигнала задания / Металл и литье Украины № 5-6, 1999, с. 9-11
3. Кузьмин А. В., Светличный А. В., Коцегуб П. Х. Согласование частот вращения вертикальных и горизонтальных валков слябинга с учетом статической нагрузки электроприводов / Металл и литье Украины № 5-6, 1999, с. 12-14
4. Апухтин А. С., Коцегуб П. Х., Кузьмин А. В., Светличный А. В. Способ формирования переходных процессов в электроприводах слябинга при совместной прокатке металла / Тр. конференции: Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика. Под общей редакцией В. Б. Клепикова, Л. В., Акимова, В. Т. Долбни, А. В. Осичева – Харьков: Основа, 1998
5. Reifenstal U., Nguzen Hong Ha, Bannack A. Beseitigung der Ebenweits-abweichungen im Walzgut bei Umkerwalymashienen in Twindrive-Ausführung durch eine Winkelgleichlaufregelung der Antiebsstränge Magdeburg, 1996. – 44c.
6. Борцов Ю. А., Юнгер И. Б. Автоматические системы с разрывным управлением. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1986. – с. 128-132
7. Путноки А. Ю., Веренев В. В. Модель динамического взаимодействия смежных черновых клетей широкополосного стана при непрерывной прокатке / Металл и литье Украины № 12, 2002, с. 26-30
8. Афанасьев В. Д. Автоматизированный электропривод в прокатном производстве. М.: Металлургия, 1977

ВВЕРХ