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

т

Пряжение, пртаорщион.алнное f Ah(t)dft. определяемое в преде­

лах '.каждого такта работы регулятора.

Конденсатор интегрирующего звена ИЗ кратковременно шун­ тируется контактами реле тактов ТР, которое срабатывает каж­ дый раз, когда счетчик С (см. рис. 87) переполняется и выдает

сигнал для работы дискриминатора ДМ. При неизменной скорос­

ти прокатки время тактов постоянно, и, следовательно значе-

т

яие интеграла Kf kh(t)dt при соответствующей величине коэф-

Рис. 88. Схема импульсного фильтра

фициента К равно среднему значению отклонения толщины за

время такта.

Коэффициент К — величина обратно пропорциональная вре­

мени такта Т

где ип —скорость прокатки; £ __ расстояние между осью валков и измерителем толщины.

Для того чтобы получить среднее значение толщины полосы при переменной скорости прокатки, необходимо умножить выход­ ное напряжение интегрирующего звена на скорость прокатки рп-

Для реализации умножения можно использовать множительное звено, рассмотренное выше.

В схеме, приведенной на рис. 88, в качестве множительного звена использована лампа типа «варимю», коэффициент усиления которой примерно пропорционален величине сеточного смеще­

ния. Это смещение подается как разность между напряжением смещения и напряжением, развиваемым тахогенератором ТГ

главного привода клети.

132

Таким образом, уменьшение скорости прокатки означает уве­ личение отрицательного смещения на сетке лампы Л1, что ведет

к уменьшению ее коэффициента усиления. Так как напряжение,

снимаемое с измерителя толщины, является переменным, то раз­ деление постоянной и переменной составляющих анодного тока

лампы достигается с помощью разделительного конденсатора. Переменная составляющая напряжения, пропорциональная про­ изведению v„ Mi, подается через однокаскадный усилитель (ле­ вый триод лампы Л2) на катодный повторитель (правый триод лампы Л2), к выходу которого подключена первичная обмотка разделительного трансформатора фазочувствительного выпря­ мителя ФВ. Напряжение постоянного тока от этого выпрямитетеля подается на электронное интегрирующее звено ИЗ.

При таком выполнении импульсного фильтра 1 дискримина­ тор ДМ (см. рис. 87) представляет собой обычное электронное поляризованное реле. Хотя применение импульсного фильтра и

усложняет схему регулятора, однако оно позволяет улучшить качество регулирования, так как исключается влияние случай­

ных отклонений на показания измерителя толщины.

Следует заметить, что качество процесса регулирования в

■рассмотреных схемах в значительной степени определяется па­ раметрами цепей обратных связей, которые должны соответст­ вовать характеристикам объекта регулирования. Характеристи­ ки прокатного стана изменяются при изменении свойств прока­ тываемого материала. Так, величина перемещения нажимного

устройства, необходимая для устранения одной и той же вели­ чины отклонения, будет разной при прокатке стали различной толщины или различных марок. При прокатке более крепких сталей величина перемещения должна быть больше, поскольку

любое увеличение обжатий ведет к увеличению усилий, действу­

ющих на валки, и дополнительной деформации элементов кле­

ти, которая должна быть скомпенсирована соответствующим

увеличением перемещения нажимного устройства.

Таким образом, степень жесткости обратной связи по поло­ жению должна зависеть от свойств прокатываемого металла. В рассматриваемой схеме коэффициент обратной связи по поло­ жению устанавливается автоматически преобразователем КП, которым управляет запоминающее устройство ЗУ. Это устройст­ во запоминает знаки отклонений толщины в двух смежных так­

тах работы регулятора. Если эти отклонения имеют один и тот же знак, то величина перемещения нажимного устройства недо­ статочна, так как за одно включение регулятор не смог устра­ нить имеющееся отклонение. Если же знаки разные, то имеет место перерегулирование вследствие чрезмерно большого пере­ мещения нажимного устройства. Следовательно, в первом случае

1 Импульсный фильтр может быть выполнен также на электромеханиче­

ском интегрирующем звене в виде двухфазного двигателя, перемещающего

движок реохорда.

133

необходимо уменьшить жесткость обратной связи по положению,

а во втором случае увеличить ее. Запоминание знаков отклоне­

ний может осуществляться релейной схемой, работа которой со­ гласована с тактами работы регулятора толщины.

В соответствии с комбинацией знаков двух соседних откло­ нений схема выдает импульс на ступенчатое изменение коэффи­ циента преобразователя КП (см. рис. 87), которое производит­

ся, например, при помощи реверсивного шагового искателя. Этот коэффициент будет изменяться до тех пор, пока не установится

Рис. 89. Схема логических цепей самонастройки па­ раметров регулятора толщины

такая степень жесткости обратной связи по положению, при кото­ рой число включений двигателей нажимных устройств будет ми­ нимальным.

На рис. 89 приведен вариант схемы автоматической под­ стройки параметров системы регулирования без обратной свя­ зи по положению (см. рис. 86). В этой схеме путем соответству­ ющего изменения уровня напряжения UQ изменяется коэффици­ ент пропорциональности между величиной отклонения толщины и временем включения tB. Напряжение снимается с потенци­ ометрического сопротивления ПШИ, отпайки которого подклю­ чены к контактному полю шагового искателя. Направление дви­ жения шагового искателя определяется схемой, состоящей из

двух поляризованных реле ПР1 и ПР2, катушки которых полу­

чают напряжение, пропорциональное величине отклонения А/г.

Вспомогательная обмотка реле ПР1 подключается через контак­ ты реле и делитель напряжения к сети; это позволяет запоми­ нать знак А/г в момент замыкания контакта Р (см. схему рис. 86),

соответствующий моменту начала паузы между двумя включе­

ниями привода нажимных винтов. Контакты реле ПР1 и ПР2 включены таким образом (см. схему 89), что при одинаковой полярности включения этих реле подготавлив'ается цепь питания

134

верхнего электромагнита шагового привода РШП реверсивного искателя, а при разной полярности — цепь питания нижнего электромагнита. Электромагниты включатся в начале периода паузы, причем верхний электромагнит, перемещая подвижные контакты искателя, вызывает уменьшение напряжения UQ, а ниж­ ний электромагнит — увеличение его.

Таким образом, в рассмотренной схеме увеличение напряже­ ния происходит в том случае, если в начале и в конце цикла от­ клонения АЛ имеют различные знаки, т. е. имеет место перерегу­ лирование и длительность времени включения привода необхо­ димо сократить. Уменьшение же напряжения происходит в том случае, если знаки отклонений одинаковы, т. е. система не успе­

ла устранить выявленные отклонения толщины от номинала за один цикл. Если отклонения малы, поляризованные реле не сра­ батывают, и величина напряжения остается неизменной.

Как следует из вышеизложенного, усложнение рассмотрен­

ных систем регулирования толщины прокатываемой полосы обус­ ловлено наличием запаздывания измерения толщины. В целях устраненияэтого запаздывания был разработан косвенный ме­ тод измерения толщины полосы непосредственно в валках кле­ ти. Величина зазора между валками определяется положением нажимных винтов и величиной деформации клети, пропорци­ ональной усилиям, действующим на валки. Суммируя показание датчика положения нажимных винтов с показанием месдозы, измеряющей усилия при прокатке, можно вычислить величину зазора между валками, на основе которой с достаточной сте­ пенью точности определяется толщина полосы, 'выходящей из

стана. Таким образом, при этом методе измерения вычислитель­ ное устройство представляет собой сумматор двух напряже­ ний — напряжения, снимаемого с датчика положения нажимно­ го устройства, и напряжения, снимаемого с месдозы (при соот­ ветствующем выборе коэффициентов пропорциональности).

Недостатком рассмотренного метода является погрешность, возникающая при износе или температурной деформации валков,

которые не учитываются схемой измерения. Поэтому показания сумматора необходимо сверять с показаниями измерителя тол­ щины, установленного за клетью.

При выявлении расхождения показаний специальное следя­

щее устройство корректирует величину напряжения, даваемого датчиком положения нажимного устройства. Погрешность, воз­ никающая вследствие температурной деформации валков, час­ тично может быть компенсирована параметрически, путем сум­ мирования показаний датчика нажимных винтов и датчика тем­ пературы валков.

Однако, даже если запаздывание измерения устранено, полу­ чить хорошее качество регулирования трудно из-ва малого быс­

тродействия нажимного устройства в современных конструкциях

прокатных станов.

135

Исследования показывают, что основной причиной колеба­ ний толщины холоднокатаной полосы является ее разнотолщинность на входе в стан. Поэтому можно создать такую систему

регулирования, в которой регулирующее воздействие на нажим­ ное устройство вырабатывается на основании показаний изме­

рителя толщины, установленного перед станом. Очевидно, в такой системе должно быть, вычислительное устройство, устанавлива­ ющее требуемый коэффициент пропорциональности между ве­ личиной отклонения толщины АЯ и регулирующим воздействи­ ем на привод нажимных винтов (ВУ1 на рис. 85). Величина это­ го коэффициента зависит от механических свойств прокатыва­ емого металла и может быть определена лишь на основе сопо­ ставления величин отклонений толщины полосы на входе и выходе стана.

В такой системе регулирования колебание толщины полосы на входе в стан является возмущением, воздействующим на си­ стему так же, как колебания температуры полосы в рассмотрен­ ной выше системе регулирования толщины на стане горячей про­ катки (смрис. 80). Коэффициент пропорциональности между воз­

мущением и регулирующим воздействием может быть установлен на основании расчета корреляционной зависимости

т— время, за которое полоса проходит расстояние между двумя измерителя­ ми толщины, установленными до и пос­ ле стана.

Изменение коэффициента пропорциональности должно при­

соответствующим требуемому коэффициенту пропорциональ­ ности.

На рис. 90 приведена принципиальная схема регулирования толщины, включающая вычислительное устройство—корреля­ тор для установления требуемого значения коэффициента про­ порциональности. Отклонения толщины АЯ, измеренные изме­

рителем толщины ИТ1, через блок регулируемого запаздывания БРЗ и блоИ 'пропорционирования БПР изменяют задание следя­ щей системы нажимного устройства.

Блок регулируемого, запаздывания БРЗ задерживает переда­ чу отклонений АЯ в Следящую систему на время п, за которое полоса проходит расстояние между измерителем толщины ИТ1 и валками стана. Таким образом, регулирующее воздействие по-

136

дается на нажимное устройство в тот момент, когда участок по-

лосы с измененной толщиной входит в валки стана.

Так же, как и в схеме рис. 87, использован импульсный дат­ чик ДИ положения нажимного устройства. Сформированные в триггере Т (одновибраторе) импульсы подаются в делитель на­

пряжения ДН, где их полярность согласовывается с направлени-

Рис. 90. Принципиальная схема вычислительного ус­ тройства регулятора толщины по возмущению

ем движения нажимного устройства при помощи блокировочных реле направления движения, снимающих напряжение либо с од­ ного, либо с другого плеча двигателя. Разнополярные импульсы (неизменной амплитуды и продолжительности) поступают в ин­ тегрирующее звено ИЗ, играющее роль накопителя-сумматора.

Таким образом, величина и знак напряжения на выходе звена ИЗ

определяют величину и направление перемещения нажимного

устройства.

Чтобы предотвратить перерегулирование, в следящую систе­ му введена обратная связь по квадрату скорости. Так же, как

и в схеме рис. 87, эта связь осуществляется путем подачи на­

пряжения, снимаемого с тахогенератора ТГ, на квадратичный

преобразователь КВ. Направление движения и момент перево­

да двигателей нажимного устройства в тормозной режим зада­ ются дискриминатором ДМ, на вход которого подаются напря­ жения, сответствующие величине отклонения толщины, и напря­

жения обратных связей. Команды, вырабатываемые дискрими-

137

напором, воспринимаются схемой управления двигателя нажим­

ного устройства СУД.

t

Взаимно корреляционная зависимость J *\Н (t — xz)\h(t)dt

о

вычисляется в корреляторе ВУ, который может быть выполнен по схеме, рассмотренной выше. Время запаздывания Тг, равное вре­

мени, за которое полоса проходит расстояние между измерите­ лями толщины ИТ1 и ИТ2, моделируется блоком регулируемого запаздывания БРЗ, который имеет два выхода (со временем за­ паздывания п и временем тг).

Вследствие инерционности и малого быстродействия нажим­ ного устройства отклонения толщины полосы.на выходе стана

■сдвинуты по времени относительно отклонений толщины на вхо­

де.. Поэтому в цепь входа (коррелятора, подающего значения \H(t — т), включено корректирующее з-вено КЗ, которое имеет ту же амплитудно-фазовую характеристику, что и система на­ жимного устройства. В процессе работы стана коррелятор, из­

меняя величину коэффициента передачи блока пропорционирования БПР, уменьшает величину отклонения толщины полосы на выходе стана, вызванную отклонениями толщины на входе.

На непрерывных станах холодной прокатки применяются

системы регулирования толщины полосы, состоящие из двух ре­ гуляторов-— «грубого» и «точного». «Грубый» регулятор воздей­ ствует на нажимные винты первой клети в соответствии с пока­

регулятор толщины, схема которого приведена на рис. 86 или 87.

«Точный» регулятор воздействует на натяжение полосы между последней и предпоследней клетями в соответствии с показани­ ями измерителя толщины, установленного за второй клетью.

Как показано на схеме рис. 91, отклонение толщины, изме­ ренное измерителем ИТ1 после выхода полюсы из первой клети, подается на блок регулируемого запаздывания БРЗ, синхрони­

зированный со скоростью полосы, и затем на вычислительное

устройство ВУ1, вырабатывающее командное воздействие на ре­ гулятор соотношения скоростей РСС последних клетей непре­

рывного стана.

Блок регулируемого запаздывания выполняется в виде маг­ нитного барабана или бесконечной петли из магнитной ленты. Время запаздывания тр выбирается примерно равным времени, за которое полоса проходит расстояние от измерителя толщины ИТ1 до предпоследней клети стана.

В соответствии с выявленными измерителем ИТ1 колебания­ ми толщины ЛЯ вычислительное устройство рассчитывает тре­ буемую величину изменения соотношения скоростей последних клетей, при которой эти колебания толщины будут скомпенси­ рованы за счет изменения натяжения. Очевидно, что вычисли­

тельное устройство должно учитывать динамику привода кле-

.138

тей, зависимость между соотношением скоростей клетей и натя­

менты, моделирующие процесс прокатки в последних клетях.

Так как в вычислительное устройство могут быть заложены

лишь приближенные соотношения, характеризующие процесс прокатки, то вырабатываемые им командные воздействия в об-

Рис. 91. Схема регулирования толщины с воздейст­ вием на натяжение полосы:

ВУ1, ВУ2—вычислительные устройства; РСС — регулятор соотношения скоростей

тцем случае не могут полностью устранить 'колебания толщины

полосы на выходе из стана. Поэтому за последней клетью стана устанавливается измеритель толщины ИТ2, который контролиру­ ет колебания толщины полосы и воздействует на отдельные па­

раметры вычислительного устройства ВУ1, корректируя тем

самым его работу.

Работу вычислительного устройства ВУ1 можно корректиро­

вать при помощи второго вычислительного устройства ВУ2. Для выработки корректирующих воздействий во втором вычисли­

тельном устройстве может быть использована корреляционная

зависимость J hH(t — x)kh(t)dt (так же, как и в рассмотрен-

о

ном выше примере). Так как время запаздывания т вычисления этой зависимости больше времени запаздывания тр выработки

регулирующего воздействия, то на барабане магнитной памяти устанавливается вторая воспроизводящая головка ВГ2, положе­ ние которой определяет время запаздывания, равное времени

139

прохождения полосой расстояния от измерителя ИТ1, до изме­ рителя ИТ2.

Поскольку время, за которое полоса проходит через стан, за­ висит от величин обжатий по клетям, то в .общем случае вели­ чины запаздываний т итр не могут быть установлены достаточ­

но точно. Следовательно, командные воздействия на регулятор соотношения скоростей последних клетей могут быть поданы либо с опозданием, либо с чрезмерным предварением. Поэтому

в системе регулирования целесообразно производить автомати­

ческий поиск требуемых значений т и тр путем периодического’ смещения .воспроизводящей головки ВГ2 и нахождения такого-

значения т, при котором взаимно корреляционная зависимость, имеет максимум. Время запаздывания тР выработки регулиру­

ющего воздействия устанавливается в соответствии с найден­ ным значением т путем смещения положения воспроизводящей головки ВГ1. Коэффициент пропорциональности между изме­

ренным отклонением толщины АТ/ и величиной регулирующего-

воздействия автоматически изменяется так, чтобы значение взаимно корреляционной зависимости было неизменно,

11. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА В СИСТЕМАХ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАТЯЖЕНИЯ ПРОКАТЫВАЕМОГО МЕТАЛЛА

Как известно, натяжение, прикладываемое к прокатываемому металлу, уменьшает давление металла на валки, что ведет к уменьшению зазора между ними из-за изменения величины уп­ ругой деформации клетей. Таким образом, для того чтобы со­ хранить при прокатке сечение металла неизменным, необходи­ мо поддерживать постоянное натяжение. Особенно важно выдер­

живать это условие на станах холодной прокатки, где удельные-

натяжения металла велики. В связи с этим современные станы холодной прокатки оборудуются регуляторами натяжения поло­

сы, воздействующими на момент двигателя моталки.

При неизменной скорости прокатки натяжение полосы про­ порционально моменту Af двигателя моталки и равно

где R — радиус намотки.

В процессе прокатки радиус намотки изменяется в связи с

изменением числа витков в рулоне. При скорости прокатки v

связь между угловой скоростью моталки п и радиусом намотки имеет вид

Произведение момента на угловую скорость пропорциональ­

но мощности

М-га = 975.Р,

140