Разработка моделей и алгоритмов для усовершенствования системы автоматического сопровождения сварных соединений на станах бесконечной холодной прокатки

Актуальность темы

.

В настоящее время при производстве холоднокатаного листа на станах бесконечной холодной прокатки существует ряд проблем, связанных с обработкой полосы со сварными соединениями.

Необходимым условием прокатки сварного шва является снижение рабочей скорости полосы с 25−27 м/с до скорости пропуска шва, составляющей 2,5−5 м/с на выходе стана. Раннее снижение скорости полосы ведет к потере производительности оборудования, позднее уменьшениеприводит к попаданию сварного шва в первую клеть стана на недостаточно сниженной скорости, что в свою очередь является причиной обрывов полосы, простоев оборудования и порчи дорогостоящих рабочих валков.

В хвостовой части стана межрулонные сварные соединения подлежат вырезке. Так, например, подсистема слежения стана бесконечной холодной прокатки 1700 ПХЛ ЧерМК ОАО «Северсталь» обеспечивает поперечный рез полосы, с погрешностью ±2.5 м, что приводит к существенным потерям металла в обрезь.

Существующие подсистемы слежения работают с погрешностями, возникающими по целому ряду причин. В головной части стана расчет координаты шва осуществляется на основе данных о текущем запасе полосы в петлевом устройстве, полученных от кодового датчика, сигнал которого пропорционален положению тележки петлевого устройства.

Движение тележки петлевого устройства посредством лебедки при формировании и расходовании запаса полосы приводит со временем к вытягиванию троса, соединяющего тележку петлевого устройства и лебедку. При изменении длины троса, а также при выборе провисаний полосы после останова стана, кодовый датчик тележки формирует сигнал, не соответствующий фактическому запасу полосы в петлевом устройстве, что требует постоянной корректировки показаний датчика и ведет к погрешности при определении координаты сварного шва в головной части стана.

Слежение за сварным швом при его прохождении через рабочие клети стана осуществляется косвенным методом по аналитическим зависимостям в функции вытяжки полосы между первой и пятой клетями. Расчетный метод является источником значительной ошибки в определении координаты местоположения шва, особенно при обработке рулонов с колебаниями физико-механических свойств, разнотолщинности подката, а также в связи с различием свойств металла шва и стыкуемых полос. На точность поперечного реза полосы также влияют инерционности летучих ножниц и подсистемы управления ими.

Таким образом, повышение точности слежения за координатой сварного шва в головной части, в стане на выходе его за счет разработки новых алгоритмов работы подсистемы слежения, а таюке за счет применения новых методов прямого контроля за положением шва на выходе стана является актуальной задачей.

Работа выполнена в Череповецком государственном университете на кафедре автоматизации и систем управления.

Целью работы является повышение точности и надежности определения координаты сварных соединений на станах бесконечной холодной прокатки.

Научная новизна.

1. Впервые разработана и исследована математическая модель процесса расходования и формирования запаса полосы в петлевом устройстве непрерывного агрегата.

2. Разработана новая методика расчета текущего запаса полосы в петлевом устройстве непрерывного агрегата.

3. Разработана система слежения за координатами сварных соединений с повышенной точностью контроля и алгоритм ее работы.

4. Разработана имитационная модель подсистемы слежения за координатами сварных швов.

5. Впервые была аналитически получена целевая функция для определения оптимальных скоростных режимов работы стана бесконечной холодной прокатки в функции толщины подката.

Практическая значимость.

Комплексное исследование параметров технологического процесса позволило повысить точность контроля, выявить резервы повышения производительности станов бесконечной холодной прокатки и разработать подсистему слежения за координатами сварных соединений.

Разработанные математические модели и алгоритмы могут быть использованы при проектировании головной части станов бесконечной холодной прокатки и других непрерывных агрегатов металлургического производства, а также в системе АСУ ТП.

Определено условие гарантированного обнаружения сигнала шва толщиномером и разработан формирователь импульсов, позволяющий выделить сигнал шва на фоне разнотолщинности полосы.

Разработано устройство управления режущим механизмом при прокатке металла со сварным швом (Патент № 56 245, опубл. в Б.И. № 25, 2006).

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на Международной конференции:

— «Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства» (г. Череповец, 2005 г.) а также на научно-технических семинарах кафедры автоматизации и систем управления Череповецкого государственного университета.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК, 1 патент РФ.

Структура и объем диссертации

.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 40 наименований и приложений. Объем диссертации 174 страницы текста, включая 64 страниц приложений, 69 рисунков, 8 таблиц.

Заключение

.

1. Разработана математическая модель процесса формирования и расходования запаса полосы в петлевом устройстве головной части стана бесконечной холодной прокатки и методика определения координаты сварного шва относительно первой клети стана без использования кодового датчика тележки, сто позволяет повысить точность и надежность системы слежения.

2. Разработано устройство управления летучими ножницами на выходе стана бесконечной холодной прокатки с повышенной точностью поперечного реза полосы на основе прямого контроля за местоположением сварного шва.

3. Проведенный анализ экспериментальных данных, полученных на стане бесконечной холодной прокатки 1700 ПХЛ ОАО «ЧерМК» и их статистическая обработка позволили выявить условие гарантированного обнаружения сварного шва с помощью толщиномера, установленного на выходе стана: нижний предел производной толщины находится в промежутке д^5п"п про&trade- = h 49,4 ± 6,09]% / с, а верхний — в пределах AHSтахпршпв = [43,9 ± 5,92]% / с. Определена инерционность подсистемы управления летучими ножницами и самих летучих ножниц: tmcm =[0.88±-0.05]с.

4. Разработаны и исследованы имитационные модели подсистем слежения за координатой сварных соединений в петлевом устройстве, на выходе стана, устройства управления летучими ножницами.

5. Исследование имитационной модели устройства управления летучими ножницами показало, что при инерционности подсистемы tcucm=0.88±0,05 с точный рез по шву достигается при скорости пропуска шва на выходе стана до 3 м/спри скоростях выше указанной погрешность при поперечном резе полосы может достигать.

0.64 м. Поскольку в настоящее время абсолютная погрешность при поперечном резе полосы составляет ±2.5 м, разработанная подсистема позволяет снизить погрешность на 74%.

6. Разработана функциональная схема подсистемы слежения за координатами сварных соединений и алгоритм ее работы. Использование в алгоритме разработанных математических выражений позволяет снизить погрешность в определении координаты сварного соединения в петлевом устройстве на 1% и повысить производительность стана за счет своевременного снижения скорости прокатки до скорости пропуска шва.

7. Впервые была аналитически получена целевая функция для определения оптимальных скоростных режимов работы стана бесконечной холодной прокатки в функции толщины подката с целью обеспечения максимальной производительности.

8. Разработанные модели и алгоритмы могут быть использованы в АСУ ТП станов бесконечной холодной прокатки, позволят повысить производительность и снизить количество отходов металла.