книги из ГПНТБ / Челюсткин А.Б. Применение вычислительной техники для управления металлургическими агрегатами

ДН, напряжение с которого снимается на нуль-реле РНТ, пере­

водящее систему в тормозной режим. Когда привод выходит на полную скорость, контакты реле полной скорости РПС разрывают

цепь делителя напряжения ДН и вводят напряжение смещения Uc в нуль-реле РНТ. Благодаря этому реле РНТ срабатывает при напряжении, снимаемом с программного потенциометра и от­ личающемся от напряжения, снимае­ мого со следящего потенциометра СП.

Величина напряжения. Uс берется про­

порциональной величине пути тормо­

жения системы с полной скорости. Таким образом, напряжение смещения обеспечивает срабатывание нуль-реле РНТ при оставшемся пути рассогласо­ вания, равном пути торможения с полной скорости.

В рассмотренных схемах приведены лишь цепи нуль-реле РНТ- помимо них,

существуют цепи усилителя следящей

системы, на вход которого подается на­ пряжение рассогласования ДС7, обеспе­ чивающее движение системы в направ­

лении уменьшения рассогласования.

Если момент перевода двигателя в

Одним из новых направлений в автоматическом управлении нажимным устройством является использование цифровой тех­

ники для задания программы перемещений верхнего валка и

контроля величины раствора между валками.

На рис. 63 приведена схема, в которой программный потен­ циометр ПП выполнен с разбивкой сопротивлений в двоичном коде, а следящий потенциометр СП — непрерывным. Сопротив­

ления потенциометра ПП переключаются контактами несколь­ ких реле набора программы таким образом, что суммарное сопротивление цепи потенциометра остаётся неизменным. До­ пустим, что контакты реле Р1 вызывают изменение напряже­ ния U3 на величину, пропорциональную перемещению верхнего валка на 1 мм, контакты реле Р2 на — 2 мм, РЗ — на 4 мм, Р4 — на 8 мм и т. д. Таким образом, контакты реле Р9 будут изме­

нять напряжение на величину, пропорциональную 256 мм. Если все девять реле включены одновременно, то напряжение U3 бу­ кет соответствовать перемещению на 511 мм. Номер каждого

91

реле соответствует номеру разряда двоичного счисления: вклю­ ченное состояние реле соответствует символу 1, отключенное — символу 0. Комбинируя включение различных реле, можно по­ лучить любые значения напряжения U3, пропорциональные пе­ ремещению валка от нуля до 511 мм с интервалами 1 мм .*

Включение групп соответствующих реле по пропускам может быть осуществлено при помощи коммутатора, штеккеры кото­

Рис. 64. Общий вид перфорированной карты-диска (а) >и схема считываю­

щего устройства (б)

рого вставляются в гнезда, к которым подключены реле набора

программы. Контактные ряды коммутатора переключаются счетной схемой или счетно-шаговым реле.

При большом числе программ замыкание соответствующих номеров контактов коммутатора может быть произведено при помощи перфорированных карт (прямоугольника или диска из пластмассы или картона, в которомпробиты отверстия). При

задании программы обжатий карты вставляются в считывающее устройство, контактная система которого замыкает через отвер­ стия в карте цепи соответствующих реле.

На рис. 64 приведена принципиальная схема считывающего устройства ЦЛА с перфорированной картой в виде диска. От-

* Эта схема является примером преобразования цифровых величин в не­ прерывные. Сочетание включенных реле дает код, который преобразуется в напряжение, снимаемое с потенциометра.

92

верстая в диске пробиты по радиальным линиям, причем число линий равно максимальному числу пропусков (рис. 64, а). За­ мыкание цепей реле набора программы осуществляется бес­ контактным способом. Диск ПД (рис. 64, б) расположен между осветителем ОС и фотодиодами ФД, к которым через электрон­ ные усилители подключены реле набора программы Р1—Р9. Поворот диска осуществляется шаговым приводом ШП, полу­ чающим импульсы от счетной схемы. При каждом импульсе диск поворачивается на определенный угол, при этом между освети­ телем и фотодиодами оказываются отверстия, соответствующие

очередному пропуску.

Рис. 65. Схема преобразователя угла поворота вала в цифро­ вой код

Поскольку считывающее устройство, делая шаг после очеред­ ного импульса, осуществляет тем самым их отсчет, счетная схе­ ма, дающая эти импульсы, значительно упрощается.

Диск имеет фиксирующую прорезь, которая позволяет уста­ навливать его в определенном положении.

Описанная выше система является обычной потенциометри­ ческой следящей системой управления нажимными винтами, в которой программа задается кодом, записанным на перфориро­ ванной карте. Такая система может быть усовершенствована пу­ тем замены следящего потенциометра • преобразователем непре­ рывных величин в цифровые. В этом случае на валу механизма

нажимных винтов устанавливается диск, преобразующий вели­

чину раствора валков стана в цифровой' код (с требуемой точ­

ностью) .

Преобразователь может быть выполнен ц виде кодирующе­ го диска (см. рис. 36) либо в виде барабанов с контактными сег­ ментами (рис. 65). Чтобы предотвратить сбои при считывании углового положения выходного вала нажимного устройства, пре:

образователь сочленяют с этим валом через эластичную муф­

ту ЭМ и электромагнитный фиксатор ЭФ. Фиксатор состоит из статора и ротора, имеющих равное число пазов. Благодаря на-

93

личию эластичной муфты и возбуждению статора, ротор зани­ мает такое положение, при котором ось его полюсов совпадает с осью полюсов статора. Ротор электромагнитного фиксатора жестко связан с первым барабаном I преобразователя, на кото­ ром имеются три контактные дорожки, соответствующие трем

низшим разрядам. Второй барабан II связан с первым передачей и также имеет три контактные дорожки, соответствующие 4, 5 и 6-му разрядам. У ведущей шестерни оставлена лишь восьмая часть зубьев; она перемещает обычную шестерню так, что при каждом обороте ведущей шестерни второй барабан поворачива­ ется скачком на Vs оборота. Аналогичным образом соединен со вторым барабаном третий III, несущий три контактные дорожки,

соответствующие 7, 8 и 9-му разрядам. По контактным дорож­ кам скользят щетки, замыкающие цепи тока на землю.

Рассмотренный девятиразрядный преобразователь позволяет получите код числа, равного 511 единицам, следовательно, точ­

ность отсчета величины перемещения нажимного устройства со­ ставляет 0,2%.

Помимо контактных дорожек разрядов, первый барабан име­

ет две контактные дорожки П, которые в схеме генератора так­ тов обеспечивают последовательность ввода кода в счетчик циф­ ровой системы (см. ниже).

Для того чтобы положение верхнего валка, заданное с по­ мощью программного потенциометра, можно было сравнивать с его фактическим положением, цифровой код, даваемый диаком,

должен быть преобразован в пропорциональное напряжение. Та­ кое преобразование осуществляется по той же схеме, что и пре­

образование кода, задающего величину перемещения (см. рис. 63). Контактные цепи, соответствующие определенным разрядам диска, включают электромагнитные реле, контакты кото­ рыхпереключают ступени сопротивлений следящего потенцио­ метра (в этом случае схема следящего потенциометра выполня­ ется так же, как и схема программного, см. рис. 63). Так как при

высокой скорости перемещения нажимных винтов частота им­ пульсов, даваемых первыми разрядами диска, велика, электро­ магнитные реле декодирующей схемы должны быть достаточно быстродействующими либо следует применить электронные пре­

образовательные схемы.

На рис. 66 приведена принципиальная схема простого преоб­ разователя кода в напряжение, в котором используются пентод­ ные лампы. Величина анодного тока этих ламп, как известно, не зависит от величины падения напряжения в анодной нагрузке и определяется лишь напряжениями на экраннцх и управляющих сетках.

Для простоты на рис. 66 приведена схема преобразователя кода, имеющего только пять разрядов. Как показывает схема,,

все пять ламп имеют одно общее сопротивление нагрузки, напря­ жение на котором пропорционально сумме токов каждой лампы,.

94

При помощи потенциометрических сопротивлений напряжения

на экранных сетках ламп подбирают таким образом, чтобы ток каждой последующей лампы (в открытом состоянии) в два ра­ за превышал ток предыдущей. На сетки ламп подается стабиль­ ное отрицательное напряжение смещения 1ЛГ, которое опреде­ ляет величину анодного тока каждой лампы. Кроме "того, через ключи К1—К5 на сетки может быть подано запирающее напря­ жение t/сз. При размыкании ключей (которые могут быть элек­ тронными) отпирается определенная комбинация ламп, и в це-

Рис. 66. Схема электронного преобразователя величин из цифро­ вой формы в непрерывную

пи анодной нагрузки течет суммарный ток, создающий падение напряжения St/. Допустим, что открыты лампы № 1, 3 и 5, но­ мера которых соответствуют номерам разрядов, при этом код

будет иметь символы 10101, что соответствует числу 21. Обозна­

чив ток лампы № 1 через i и приняв во внимание, что ток каж­ дой последующей лампы в два раза больше тока предыдущей, найдем суммарный ток равным Sz = z + 4z'+16z = 21z; следова­ тельно, St/=21. Напряжение рассогласования на входе следя­ щей системы получаем как разность между напряжением зада­ ния, снимаемым с программного потенциометра, и напряжени­ ем St/, снимаемым с преобразователя.

В рассмотренной системе заданное положение нажимных вин­

дящую систему.

На рис. 67 приведена блок-схема для определения величины

рассогласования в цифровой форме. Задание считывается с пер­

форированной карты (или коммутатора) и в цифровой форме по­ дается в арифметическое устройство, куда также в цифровой форме подается фактическая величина раствора валков. В ариф­ метическом устройстве код величины раствора валков, заданный

95-

программой (Л), вычитывается из кода величины фактического

раствора (В), измеренного преобразователем. В целях упроще­ ния операции вычитания требуемый раствор валков задается программным устройством в обратном коде. Переход от прямо­

го кода к обратному осуществляется при помощи нормально закрытых контактов реле набора программы (вместо нормально открытых). Для операции суммирования кодов в арифметичес­ ком устройстве используется электронный счетчик-сумматор, число разрядов которого равно числу разрядов преобразователя плюс еще один знаковый разряд. Ввод кода в счетчик осущест-

вляется по всем разрядам (параллельный ввод), но во избежа­

ние сбоев он производится со сдвигом по времени, начиная с

низшего разряда. Необходимый сдвиг по времени обеспечивает специальная схема, последовательно передающая импульс для ввода кода в счетчик. Схема ввода представляет собой ряд по­ следовательно включенных триггеров с одним устойчивым по­ ложением (так называемых одновибраторов). Схема такого триг­ гера приведена на рис. 68. В устойчивом состоянии правый триод лампы отперт, так как его сетка соединена через сопротивление с положительным потенциалом анода. При подаче на вход триг­

гера импульса на сетке его левого триода появляется положи­ тельное напряжение, отпирающее этот триод. При этом благода­ ря уменьшению напряжения на аноде левого триода на сетку пра­ вого триода подается через дифференцирующий конденсатор отрицательный импульс, запирающий этот триод на время, зави­ сящее от постоянной времени дифференцирующей цепочки. В мо­ мент отпирания правого триода с его анода снимается импульс, являющийся управляющим для следующего триггера. Таким об­

разом, при последовательном соединении нескольких таких триг­ геров поданный на вход одиночный импульс постепенно будет проходить через все триггеры, причем время передачи импульса с одного триггера на другой определяется постоянной времени диф­ ференцирующей цепочки.

96

хронизированы с импульсами ввода. Все ячейки счетчика под­ соединены к двум преобразователям цифровых величин .в непре­ рывные (один из которых работает при положительном, а вто­ рой при отрицательном значении числа, хранящегося в счетчи­

ке). Эти преобразователи питают обмотки электромашинного

усилителя схемы управления приводом нажимного устройства,

обеспечивая требуемое направление движения привода. Пред­ варение торможения достигается введением скоростной обрат­ ной связи в цепи напряжений, снимаемых с преобразователей цифровых величин в непрерывные.

Как следует из описания принципа действия цифровой сле­

дящей системы, сложность ее обусловлена 'тем, что для опреде­ ления момента начала торможения привода нажимных винтов необходимо сначала точно определить величину рассогласова­ ния, а затем преобразовать цифровую величину этого рассогла­ сования в непрерывную.

Цифровую следящую систему можно значительно упростить,

если заранее определять путь торможения привода. В этом слу­

ройств с ограничением по величине ускорения путь торможения может быть принят с достаточной точностью равным пути разго­ на. Следовательно, если из кода величины требуемого перемеще­ ния вычесть код величины перемещения в процессе разгона, то момент торможения определится как равенство кода фактиче­ ской величины перемещения полученному результирующему коду.

На рис. 70 приведен вариант схемы управления, построенной

по изложенному выше принципу. Код программы числа А, опре­ деляющего требуемый раствор валков, задается контактами ре­ ле набора программы PI—Р9 и вводится одновременно во все разряды реверсивного электронного счетчика (предварительно погашенного).. Выходы каждой ячейки счетчика подключены к блоку определения знака рассогласования БР, который пред­ ставляет собой комбинированную схему совпадений. С блоком

БР соединены также цепи щеток всех разрядов контактных до­ рожек. Если код числа А, введенного программным устройством, больше кода числа В, даваемого преобразователем, то на выхо­ де I блока БР имеется напряжение, а на выходе II оно отсут­ ствует. При В>А, наоборот, напряжение имеется на выходе II. При точном равенстве кодов на обоих выходах нет напряжения. Оба выхода блока БР подключены к комацным устройствам, определяющим направление движения привода нажимных уст­

ройств. Помимо кода числа А, на вход первой ячейки счетчика подаются через триггер ГФ импульсы с контактных дорожек П

преобразователя (см. рис. 65). Триггер ТФ формирует импуль­

сы, поступающие на вход счетчика таким образом, что они не

98

совпадают по времени с импульсами, даваемыми контактными дорожками разрядов преобразователя. В зависимости от знака рассогласования импульсы, подаваемые на вход счетчика, скла­ дываются или вычитаются из кода, введенного в счетчик кон­

тактами реле набора программы (см. рис. 26). В момент, когда привод достигает установившейся скорости, контакты реле пол­ ной скорости PC разрывают цепь подачи импульсов на вход

Рис. 70. Вариант схемы цифровой системы управления без пре­ образования величин из цифровой формы в непрерывную

счетчика. Таким образом, число А, хранящееся в счетчике, бу­ дет увеличено или уменьшено на число, выражающее путь, ко­ торый прошло нажимное устройство в процессе разгона.. Следо­ вательно, блок БР выдает команду на торможение привода на­ жимных устройств с предварением, равным пути разгона. Так как в оптимальной системе путь разгона равен пути торможе­ ния, то в процессе торможения нажимное устройство придет в

заданное программой положение. Чтобы проверить соответствие фактического положения нажимных устройств заданному, коды чисел А и В проверяют в конце процесса торможения, когда ско­ рость привода достаточно снизится. Такая проверка, осуществ­

ляется путем сброса кода, хранящегося в счетчике, и повторного введения кода числа А при кратковременном замыкании и раз­ мыкании контактов реле К (на схеме не показано). Если задан­

ное перемещение отработано недостаточно точно, блок БР даст команду на включение привода нажимных устройств в сторону уменьшения ошибки, однако отработка этой ошибки будет про­ изводиться на малой скорости, исключающей возможность перерегулирования.

7. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ ВЫБРОСА МЕТАЛЛА ИЗ ВАЛКОВ РЕВЕРСИВНОГО СТАНА

Одной из наиболее сложных с точки зрения автоматизации операций управления реверсивным станом горячей прокатки яв­ ляется управление скоростью выброса металла из валков. Эта

скорость определяет время пауз между пропусками и оказыва­ ет большое влияние на производительность стана. При слишком малой скорости выброса снижаются скорость захвата и средняя скорость прокатки, при слишком большой—металл отбрасыва­ ется далеко от валков, и увеличиваются паузы между пропус­ ками. Кроме того, при далеком выбросе металла возрастает ско­ рость захвата, что увеличивает вероятность пробуксовки.

Чтобы получить достаточно низкие скорости выброса, необ­ ходимо начинать торможение главного привода с достаточным предварением, в момент, когда непрокатанная часть металла достигает определенной длины. При интенсивном торможении главного привода путь выбега металла может быть принят про­ порциональным кинетической энергии, накопленной во вращаю­ щихся частях. Так как кинетическая энергия пропорциональна квадрату скорости, то путь выбега также пропорционален ква­ драту скорости. Если начать торможение в момент, когда длина непрокатанной части металла равна пути выбега при торможе­ нии, то выброс будет произведен на нулевой скорости. Если же

начинать торможение несколько раньше, то выброс будет произ­ веден при скорости, большей нуля.

Момент начала торможения главного привода определяется вычислительным устройством, сравнивающим расчетный путь выбега с расчетной длиной непрокатанной части металла

(рис. 71). Путь выбега с данной скорости вычисляется путем возведения в квадрат напряжения тахогенератора клети. Эта операция может быть произведена либо при помощи каскадно-

нейного элемента, вольтамперная характеристика которого

римю».

Для определения длины непрокатанной части металла на из­ вестном расстоянии Lo от валков стана устанавливают фоторе­ ле. В момент выхода заданного конца металла из поля *зрения этого фотореле начинает работать интегрирующее звено ЭИ,

дающее на выходе напряжение, пропорциональное интегралу ско­ рости вращения валков п. В качестве интегрирующего звена ис­

пользуется /?С-контур с достаточно большой постоянной време­ ни. Включение этого контура производится контактами фоторе­ ле И. Таким образом, длина непрокатанной части находится как

100