Модернизация системы безотходного раскроя металла на летучих ножницах стана 500 цеха блюминг-1 КГГМК «Криворожсталь»

Даны сведения о непрерывно-заготовочном стане и системе раскроя; представлены алгоритмы работы системы; описаны результаты работы системы; система выполнена на микропроцессорном промышленном контроллере. Ил. 2.

непрерывно-заготовочный стан, горячая прокатка, автоматический раскрой металла

С 1993 г. на НЗС цеха блюминг-1 эксплуатируется система безотходного раскроя металла, разработанная и внедренная в эксплуатацию УГПИ «Тяжпромэлектропроект» (г. Харьков). Назначение системы – безотходный раскрой металла, прокатанного в чистовой группе на квадратные штанги со стороной 80 мм и длиной от 10,7 до 11,7 м. Система реализована на ЭВМ СМ2 и датчиках положения раската на валках, на шлепперном поле и после летучих ножниц.

Основные недостатки системы:

• по крайней мере, раз в сутки происходит "зависание" процессора, что, естественно, приводит к выдаче некондиционных по длине штанг ("коротышей");
• невозможность реализации раскроя при перекрытии (случай одновременного присутствия двух раскатов) раскатов на шлепперном поле;
• отсутствие методики определения фактического коэффициента вытяжки на прокатываемом раскате;
• технические и программные средства требуют круглосуточного наличия дежурного персонала.

С целью устранения указанных недостатков ООО «АВТОМЭЛ» совместно с цехом блюминг-1 усовершенствовал и внедрил систему раскроя на базе контроллера МС КВТ В 10, поставленного объединением «ЭТАЛ» (г.Александрия). Для объяснения работы системы на рисунке 1 изображена схема расположения оборудования и датчиков.

Краткая характеристика НЗС и датчиков:

Сечение раската после стана 730, мм	квадрат, 125 (допуск ±5 мм);
Скорость раската после стана 730, м/с	1,8;
Длина раската, м	от 30 до 68;
Сечение раската после стана 500, мм	квадрат, 80 (допуск ±2 мм);
Скорость раската после стана 500, м/с	до 6,6;
Длина раската, м	от 78 до 177;
Привод клетей стана 730	переменного тока (синхронный);
Привод клетей стана 500	Постоянного тока;
Ножи летучих ножниц производят один рез за 2 оборота барабана;
Основная скорость барабана, м/с	6;
Количество импульсов ДУП на один оборот	600.
Датчик реза вырабатывает импульс при выполнении реза.

Краткая характеристика используемого контроллера:

• разрядность данных, бит – 8;
• разрядность адреса, бит – 16;
• время выполнения короткой микрооперации, микросекунд – 1,5;
• емкость ПЗУ пользователя, Кбайт – 24;
• емкость ОЗУ пользователя, Кбайт – 2;
• количество 16разрядных счетчиков-таймеров – 6;
• количество последовательных каналов (RS 232) – 4;
• модуль ввода инициативных сигналов (16 входов) – 1;
• модуль ввода число - импульсных сигналов от ДУП – 2;
• модуль ввода дискретных сигналов (16 входов) – 1;
• модуль ЦАП (12 бит, ±10В ) – 1;
• используемый язык программирования – Си.

Подход к построению алгоритмов системы.

Принципы раскроя, заложенные в систему: измерение длины раската в стане 730; прогнозирование длины раската после стана 500; расчет раскройного плана ( количество, длины штанг и заданные величины обрези переднего конца первой и заднего конца последней штанги) и его реализация.

Однако, из-за нестабильности коэффициента вытяжки и возможной обрезки дефектного переднего конца раската маятниковыми ножницами, из-за появления сбоев и отказов производится троекратная корректировка измеренной в стане 730 длины раската. Корректировка производится путем перерасчета раскройного плана в моменты времени исчезновения сигналов фотореле ФГ1, ФГ2 и ДСТ клети 12. Причем, корректировка по клети 12 выполняется только в случае перекрытия, т.е. при несрабатывании фотореле ФГ2. При пересчете раскройного плана измеряется длина будущей штанги, выходящей из валков клети 18 по отношению к месту нахождения ножей относительно линии реза. Кроме того, для учета скоростных параметров приводов ножниц выполняется коррекция сигнала задания на величину разности между заданной и фактической длинами двух первых штанг.

Алгоритм измерения длин раската.

Алгоритм измерения длины раската в стане 730 (L_ч.гр.) основан на измерении скорости передвижения переднего конца раската на шлепперном поле и времени прокатки раската в валках клети 10 решением следующего выражения:

L_ч.гр. = V_пр. *t_пр.       (1)

где V_пр. = L_б1 / (t_п.фг1 – t_п.дст10);

Vпр. – скорость прокатки в валках клети 10;
t_п.фг1 (t_{п.дст.кл10}) – время появления сигнала от фотореле ФГ1 (датчика статического тока клети 10);
t_пр. – время прокатки раската в валках клети 10.

Здесь в качестве «часов» используется показания таймера, разрешающая способность которого – одна миллисекунда.

Алгоритм прогнозирования длины (L_прогн.) раската после стана 500 следующий:

L_прогн. = K_в. * L_ч.гр. ,       (2)

где K_в – коэффициент вытяжки стана 500.

Коэффициент вытяжки на первом поданном в раскрой раскате берется равным расчетному (2,6), который корректируется после отрезания первых двух штанг следующим образом:

K_вф. = K₁₂ * G;

где K₁₂ – расчетный коэффициент вытяжки клети 12;
G – фактический коэффициент вытяжки клетей 13, 15-18.

Фактический коэффициент вытяжки определяется с использованием сигналов ДУП клетей 12 и 18, принцип определения является «ноу-хау» разработчика и в настоящей работе не приводится.

Алгоритм расчета раскройного плана:

(L_прогн. – 0,2 – 0,3 )/L_нд = N,n;,       (3)

где L_прогн. – см. (2);
0,2 и 0,3 – заданные величины обрези, соответственно, переднего конца первой штанги и заднего конца последней штанги;
L_нд – начальная длина (длина штанги, а которую раскраивается раскат без воздействия системы раскроя, выбирается оператором в зависимости от свойств прокатываемого металла, как правило, лежит в пределах 11,5-11,7 м);
N – целая часть количества штанг;
n – остаток деления.

L_ш.зад. = L_нд - g / (N + 1) ,       (4)

если n>0.05L_нд., в противном случае L_ш.зад. = L_нд, где g – остаток длины, который требуется «разбросать», т.е. уменьшить длину штанги по отношению к L_нд.

g = ( 1 - n )*L_нд;

L_нд = V_пр.ч.*( t_рез.i - t_рез.i-1 ),        (5)

где V_пр.ч. – скорость прокатки в клети 18;
t_рез. – момент времени появления сигнала Рез.

Алгоритм определения величины обрези переднего конца первой штанги и длин штанг.

Принцип построения алгоритма – измерение скорости прокатки раската на базовом расстоянии L_б6, измерение времени прохождения штанги в зоне видимости фотореле ФГ3 и последующего вычисления фактической длины (L_шт.ф.).

V_пр.ч. = L_б6 / ( t_п.фг3 - t_рез ),

где t_п.фг3 – момент времени появления сигнала ФГ3;

L_шт.ф. = V_пр.ч * ( t_и.фг3 - t_п.фг3 ),

где t_и.фг3 – момент времени исчезновения сигнала ФГ3.

Алгоритм определения величины обрези (L_об.) переднего конца первой штанги.

L_об. = V_пр.ч * ( t_рез. - t_п.18 ) - L_б4,

где t_п.18 – момент времени появления сигнала ДСТ клети 18.

Алгоритм корректировки длин штанг.

Необходимость разработки алгоритма корректировки длин штанг обусловлена наличием расхождения между заданной L_ш.зад. и фактически полученной величиной L_ш.ф. штанги. Это расхождение вызвано нестабильностью характеристик электро - механооборудования, свойствами прокатываемого металла, наличием электрических люфтов и зон нелинейности в системах управления и другими причинами.Расхождение (S) между заданной и фактической величинами штанг определяется выражением:

L_ш.зад. - L_ф. = S,

После определения величины S, U_зад. изменяется, если S больше 5 см, следующим образом:

U_зад. = S/10,       (6)

где U_зад. – напряжение на выходе ЦАП в вольтах;
размерность S – метры;
10 – масштабный коэффициент.

Корректировка раскройного плана по сигналам фотореле ФГ1, ФГ2 и ДСТ клети 12.

Алгоритм корректировки раскройного плана по сигналу ФГ1 выглядит следующим образом:

L_{прогн.фг1} = K_в * L_б2 + g * L_б4 + L₅ + L_шф - 0,3 - V_пр.ч * ( t_рез. - t_и.фг1 ),       (7)

где g – коэффициент вытяжки стана 500 без учета вытяжки клети 18;
0.3 – величина обрези заднего конца последней штанги;

Корректировка раскройного плана по исчезновению сигнала ФГ2 и исчезновению ДСТ клети 12 (только в случае перекрытия) выполняется аналогично (6), естественно, с подстановкой других базовых расстояний.
Последовательность измерений и выдачи сигналов управления поясняются на рис.2. Для удобства оператора система выдает на пульт информацию об основных заданных и фактических параметрах процесса раскроя.

В заключение отметим, что опыт эксплуатации описанной системы позволил установить следующее:

1. Погрешность измерения длин раската после стана 730 и фактических длин штанг после летучих ножниц не превышает плюс-минус 5 см.
2. Погрешность прогнозирования длины раската после стана 500 не превышает плюс-минус 0,5 м.
3. Некондиционные по длине штанги при работе системы образуются только при выдаче станом 730 «некроимых» длин.
4. Режим работы технических и программных средств системы – круглосуточный, не требующий присутствия обслуживающего персонала.

Источник: "Металлургическая и горнорудная промышленность". №2.2001г.

Вверх