Механизм электрический однооборотный

В качестве исполнительных устройств в газовых и воздушных магистралях наиболее распространенными являются устройства типа МЭО (механизм электрический однооборотный). Они представляют собой электродвигатели переменного тока, управляемые бесконтактными реверсивными пускателями (ПБР). Кроме того, в устройстве имеется датчик положения исполнительного механизма, позволяющий контролировать выполнение команды на перемещение рабочего органа. В модели АСР исполнительный механизм может быть представлен достаточно точно следующей структурой:

Здесь - задание на положение рабочего органа (задвижки, клапаны, шибера и т.д.). Это задание может быть выдано оператором или регулятором. Задание выдается в виде сходного сигнала с соответствующим уровнем тока или напряжения, например от 0 до 20 мА или от 0 до 10 В. Параметрами и обозначены соответственно скорость перемещения и перемещение рабочего органа, которые могут измеряться в относительных или абсолютных единицах измерения.

Звено 1 в структуре моделирует работу пускателя. Параметр Н соответствует напряжению управления пускателя, а параметр К – напряжению питания двигателя.

Звено 2 упрощенно моделирует сам электродвигатель в виде апериодического звена. Коэффициент связывает напряжение питания и частоту вращения вала МЭО. Его можно рассчитать по данным МЭО. Например, МЭО с напряжением питания 220 В отрабатывает поворот на 90⁰ за . В этом случае

, , .

Постоянная времени зависит от конструкции механизма и может быть принята равной от 0.1 до 0.2 с.

Звено 3 моделирует переход от скорости перемещения рабочего органа к величине перемещения .

Учитывая, что , этот переход моделируется интегратором с ограничением выхода. Ограничения вводятся в зависимости от используемых для параметра единиц измерения, например от 0 до 90⁰, от 0 до , или в относительных единицах от 0 до 1.

Звено 4 – датчик положения осуществляет преобразование параметра X в соответствующий сигнал обратной связи. Величина зависит от размерности и и может быть рассчитана по формуле .

Следует заметить, что при моделировании исполнительного устройства в относительных единицах, структура модели может быть упрощена. В этом случае считаем , , . Отсюда можно считать, что , , параметр К в звене 1 равен . Для рассмотренного выше примера . Модель примет вид:

В отдельных случаях можно еще более упростить модель и исключить из нее апериодическое звено. Порог срабатывания релейного элемента можно принять в этом случае равным от 0,01 до 0,02.

В зоне малых отклонений исполнительное устройство можно представить инерционным звеном с постоянной времени Т_м = 0,05 τ.

Регуляторы можно тоже моделировать как в реальных, так и в относительных параметрах. В последнем случае максимальный выход регулятора также изменится в диапазоне от 0 до 1 или . При использовании абсолютных единиц, например унифицированного сигнала и моделировании исполнительного устройства в относительных единицах, следует ввести между регулятором и структурой исполнительного устройства дополнительный элемент с коэффициентом, равным отношению . Назовем этот коэффициент коэффициентом согласования .

Структурная схема модели объекта в системе регулирования температуры представлена на рисунке.

Здесь НЗ - нелинейное звено, моделирующее связь между и tº, звено 5 учитывает инерционность объекта, звено 6 – квадратичную зависимость между давлением и расходом, звено 3 моделирует связь между х и Q_2. Эта связь может быть представлена в общем случае апериодическим звеном с передаточной функцией , где - коэффициент, Т- постоянная времени (при небольших значениях Т связь моделируется безынерционным звеном ).

Следующая схема, представленная на рисунке, включает в себя учет начальной температуры печи (для методических печей режим «дежурного газа», обеспечивающий температуру около 800 ºС) и исполнительный механизм типа МЭО.

Вопросы, связанные с выбором законов регулирования и определения па­раметров регуляторов, подробно рассмотрены в курсах "Теория автоматическо­го управления", "Проектирование систем автоматизации". "Средства локального контроля и управления".

Внешним контуром по отношению к контуру регулирования расхода газа является контур регулирования температуры. Схема модели представлена на рисунке.

АСУТП нагрева обеспечивает регулирование температуры сляба с отклонением и градиентом по сечению не более .

АСУТП работает в трех основных режимах:

1. информационный;

2. советчика;

3. управление процессами.

Информационный режим - пассивное слежение за металлом, измерение технологических параметров, набор статистики. В режиме советчика - активное слежение, то есть управление посадом и выдачей, все функции информационного режима, кроме того, расчет заданных температур и соотношений, выдаваемых оператору.

Пользуясь протоколом, нагревальщик задает уставки регулятора.

В режиме управления уставки выдаются УВК (непрямое цифровое управление).

Первый режим для ввода в эксплуатацию. Второй и третий - обычный. При переводе операторами из режима в режим УВК проверяет возможности перевода.

Работа АСУ ТП прокатки

Участок прокатки обслуживается АСУ ТП, включающей в себя локальные системы автоматики (САРТ, главные электропривода, привода нажимных устройств и т.д.) и УВК, осуществляющего оптимизацию прокатки в целом в черновой и чистовой группы клетей. Как и на участке печей, АСУ должна обеспечить слежение за металлом, сбор и обработку технологической информации, выработку управляющих воздействий.

Слежение за металлом осуществляется с помощью фо­тодатчиков. Схема расположения фотодатчиков системы сле­жения показана на рисунке. Опыт эксплуатации АСУ ТП по­казал, что надежность фотодатчиков на стане снижается до 80% из-за насыщенности воздуха пылеобразной окалиной и парами воды. Поэтому разработаны и применены схемы дублирования и замены сигналов фотодатчиков сигналами от систем управления главными приводами клетей. При вхо­де металла в клеть увеличивается нагрузка на двигатели и нажимные винты. Эти сигналы об увеличении нагрузки и используются (после соответствующих преобразований) в системе слежения.

В процессе прокатки ССОИ контролирует параметры тех­нологического процесса (раствор валков, усилие прокатки, момент и мощность прокатки) и металла (температура, тол­щина, ширина полосы). Все сигналы, поступающие с датчи­ков и измерительных приборов, преобразуются в блоках преобразования сигналов и устройствах промышленной электро­ники в форму, приемлемую для УВК. В качестве измери­тельных приборов используют оптические и цветовые пиро­метры, изотопные и рентгеновские толщиномеры, пресс-дукторы и т. д. Схема расположения линии стана с указанием мест измерений и наименований контролируемых параметров представлена на рисунке, где 1 — измерение толщины; 2 — ширины; 3 — температуры раската; 4 — начального раство­ра валков; 5 — усилия прокатки; 6 — момента прокатки; 7 — окружной скорости валков; 8 — мощности; 9 — рас­твора валков при прокатке; 10 — усилия противоизгиба ра­бочих валков; 11 — удельного натяжения полосы.

Основная задача УВК на участке прокатки состоит в вы­боре оптимального деформационного и скоростного режимов. При этом решается вопрос о рациональном распределении необходимого суммарного обжатия между клетями стана (от­дельно для черновой и чистовой групп клетей). Исходными данными для расчета режима в черновой группе являются параметры сляба и готового раската (подката для чистовой клети), для чистовой — параметры раската и готовой поло­сы. Способы оптимизации режимов в черновой и чистовой группах клетей в достаточной степени индивидуальны, что объясняется различиями в моделях групп клетей и требова­ниях (критериях) оптимальности.

При расчете режима прокатки в черновой группе широко применяются базовые планы прокатки. Для различных ди­апазонов типоразмеров слябов они получаются в результате статистической обработки и оптимизации режимов ручной настройки черновой группы. Ба­зовый план представляет собой комплект относительных об­жатий в горизонтальных и вертикальных валках каждой кле­ти группы. При расчете режима прокатки слябов с конкрет­ными размерами УВМ применяет метод коррекции базового плана. Относительные обжатия базового плана пересчитываются с помощью коэффициентов коррекции К_:

Здесь — обжатие в i-й клети при прокатке сляба данной партии; — базовое обжатие в i-й клети; К_—коэффи­циент коррекции, зависящий от конкретных размеров сляба и раската (рассчитывается УВК).

Результаты расчета УВК передает в виде уставок на приводы нажимных винтов клетей.

где n-число клетей; Н-толщина сляба (мм); h-толщина раската (мм).

При расчете оптимального режима прокатки в чистовой группе наряду с распределением обжатий по клетям УВМ оп­ределяет скорость прокатки в каждой клети и ускорение ста­на. Скорость прокатки и ускорение назначаются для обеспе­чения заданной температуры конца прокатки. Опыт эксплуа­тации АСУ ТП показал, что способ распределения обжатий с помощью базовых планов для чистовой группы клетей не­применим, так как не гарантирует получения планшетного металла. Операторы проводят прокатку двух-трех слябов но­вой партии и визуально контролируют форму листа. Затем управление передается УВК, который использует результат ручной настройки в качестве первоначального варианта ре­жима прокатки.

Для расчета усилия прокатки используются формулы вида:

,

где t-температура, Н- входная толщина, В-ширина, - относительное обжатие, - прочностные свойства, K- коэффициент коррекции.

- коэффициент адаптации - 0,20,6;

- усилие прокатки измеренное и расчетное, К^/ - предыдущие значение «К».

Коррекция уставок зазора в черновой группе проводится с помощью контура обратной связи.

где S^/ - величина коррекции в предыдущем расчете, , h_p, h_и - значение толщины.

где h - толщины раската, P - усилие, М - модуль жесткости (т/мм), S₀ - исходные раствор - точка отчета.

В настоящее время проводится работа по созданию алго­ритмов расчета схем прокатки для чистовой группы клетей, учитывающих требования планшетности. С вводом в про­граммное обеспечение АСУ ТП этих алгоритмов ЭВМ будет определять базовые планы, гарантирующие с большой сте­пенью вероятности получение планшетного листа при соблю­дении рациональной загрузки приводов и клетей чистовой группы. Это позволит полностью автоматизировать процесс перестройки чистовой группы при смене партии слябов.

В процессе управления как черновой, так и чистовой груп­пами клетей ЭВМ широко применяет принципы адаптации, т. е. корректировки математических моделей и уставок ло­кальных систем регулирования. Информация, получаемая от ССОИ, используется для уточнения формул, с помощью ко­торых рассчитываются основные параметры процесса: тем­пература, усилие, момент прокатки, уставки регуляторов скорости приводов и зазора между валками. Применение принципов адаптации позволяет использовать достаточно про­стые математические модели, уточняемые в процессе управ­ления.