Автоматизация станов холодной прокатки

By | 4 февраля, 2013

Процесс автоматизации НСХП в Советском Союзе развивался много Успешнее, чем для ШСГП. Уже в 1966 г на НСХП-1700 Череповецкого металлургического комбината начали работать созданные ВНИИМетмашем и НИ- ИТяжмашем Уралмашзавода локальные системы автоматического регулирования толщины и натяжения полосы.

Автоматизация станов холодной прокатки

Аналогичные системы начали действовать на НСХП-2500 Магнитогорского металлургического комбината в 1970 г. и НСХП-1700 Мариупольского металлургического комбината им.Ильнча в 1972 г..

Структурная схема процессов разработки прокатных эмульсий

Рис. 78. Структурная схема процессов разработки прокатных эмульсий

Первое промышленное внедрение системы автоматического управления процессом прокатки с применением УВМ выполнено в Советском Союзе на НСХП-1700 Череповецкого металлургического комбината. В этой работе участвовали работники Института проблем управления (г. Москва), Липецкого политехнического института, Череповецкого филиала Северо-Западного политехнического института и Череповецкого металлургического комбината.

Таблица 13

Вещества для технологических смазок

Требование к смазке

Механизм реализации функции смазки

Характеристика компонентов смазки

Тип веществ

Виды веществ, отвечающие требованиям

Примеры промышленных веществ

Снижение х,

Уменьшение энергии связи в граничном слое

Углеводороды с длинной цепью нормального строения с активными группами

Предельные жиры и жирные кислоты, тяжелые масла, полимеры

Пальмовое масло, окисленный парафин, полиамиды, СЖК 17-20, полиэтилен, масла П-28, Ц-52

Защита поверхности от повреждения

Механическое разграничение

Высоко вязкие жидкости, наполнители

Минеральные масла высокой вязкости, полимеры, неорганические соли, окислы

Масла П-28, Ц-52, полиэтилен, графит, дисульфид молибдена, тальк, окиси цинка, свинца, хлористый натрий, фосфаты

Образование прочных пленок

Пленкообразующие вещества, органические вещества, содержащие полярные функциональные группы, серу, хлор, фосфор

Жиры и жирные кислоты, сульфиды, хлориды

Триэтаноламин, его эфиры и соли, СЖК, олеиновая кислота, окисленные парафины, церезин, хлорпарафин, присадки «хлорэф-40», ДФ-

U.

дисульфид молибдена

Разрушение мостиков сварки

Вещества, обеспечивающие эффект 11, А. Ребиндера

Непредельные кислоты, неорганические кислоты и соли,вода

Олеиновая кислота, поваренная соль

Продолжение таблицы

! Требование

Механизм реализации функции смазки

Характеристика компонентов смазки

к смазке

Тип веществ

Виды веществ, отвечающие требованиям

Примеры промышленных веществ

Обеспечение малой шероховатости поверхности

Механическое сглаживание поверхности при тонком слое смазки

Жидкости низкой вязкости и высокой поверхностной активности

Масла низкой вязкости, полирующие присадки, эфиры одноатомных спиртов, спирты

Масла трансформаторное, И-12, дизельное топливо, этилстеарат, бутил стеарат, грикре зил фосфат

Обеспечение чистоты

поверхности по загрязнениям

Уменьшение износа

Плен сообразующие вещества

Те же продукты, что и для защиты поверхности от повреждений за счет образования пленок

Удаление частиц износа с поверхности

Моющие и смачивающие вещества

Мыла, оксиэтил и  кислоты, спирты, неполные эфиры

Стеарокс-6, Синтанокс, ОП- 7, мыла триэтаноламина

Подача в зону трения и охлаждение

Легкая подача жидкости с высокой теплоемкостью

Жидкости малой вязкости и высокой теплоемкости

Вода, маловязкие минеральные масла

Вода, масла: трансформаторное. И-J 2

Стабильность

Отсутствие расслоения

Эмульгаторы

Мыла, оксютилированные продукты

Мыла, сгеарокс-6

Защита от коррозии

Образование защитных пленок, создание буферных систем с рН=7,5-8

Ингибиторы коррозии

Мыла, окисленные продукты, нитрованные продукты

Триэтаноламин, его мыла и эфиры, нитрованные масла НГ-207

 

Система базировалась на УВМ М-6000, функциями которой были: сбор  технологической информации, анализ качественных показателей, расчет оптимальной начальной настройки стана, расчет режимов охлаждения и управления тепловым профилем валков.

Математическое обеспечение, режимы работы и достигнутые результаты при автоматическом управлении процессом на станах холодной прокатки периода 80-х годов прошлого века изложены в работе.

К настоящему времени выработана достаточно четкая идеология построения систем автоматического управления технологическими и организационными процессами в прокатных цехах. Они строятся как многоуровневые иерархические комплексы с развитыми информационными и управляющими каналами связи с управляемым объектом.

На рис.79 показаны возможные варианты структур систем автоматического управления с применением УВМ на СХП.

При работе УВМ в режиме «советчика» выдаваемые ею решения являются рекомендацией для вальцовщиков и операторов прокатного стана. Они используют при этом УВМ как расчетчик режимов прокатки. Использование УВМ даже в режиме «советчика» позволяет получить существенный экономический выигрыш за счет выбора оптимальных режимов и устранения эффекта усталости и неопытности вальцовщиков. Этот режим использовали как за рубежом, так и в СССР на первом этапе автоматизации прокатных станов.

Возможные схемы использования УВМ для управления НСХП

Рис. 79. Возможные схемы использования УВМ для управления НСХП:

а — режим советчика; б — замкнутый контур при наличии локальных САР; в — замкнутый контур полностью цифровой системы

Существенное отличие структур а и б от в состоит в том, что в последней все функции, в том числе и функции локальных САР, переданы УВМ, что, естественно, усложняет структуру управляющих алгоритмов. Структура в предъявляет более высокие требования к цифровому вычислительному комплексу по объему памяти и особенно быстродействию. Структура в отличается от б тем, что в ней УВМ в разомкнутом контуре управления и работает в так называемом режиме «советчика». Программное (математическое) обеспечение системы а является самым простым, а системы в — самым сложным, поэтому развитие систем управления идет по схеме от а и б к в, причем последний переход, то есть устранение локальных САР, с точки зрения простоты н надежности системы не является-обязательным.

Наиболее совершенной и гибкой является структура б. В ней УВМ решает задачи настройки, коррекции и адаптации. Непосредственное регулирование основных технологических параметров (толщины, натяжений, плоскостности) осуществляется локальными аналоговыми системами. В такой системе УВМ воздействует на объект большей частью через локальные системы, уставки для которых она выдает, реже — прямо на стан через позиционирующие механизмы. Наличие возможности ручного задания уставок делает такую структуру весьма надежной, так как при отказе УВМ основные технологические параметры регулируются, как и раньше, локальными системами. С помощью коррекции и адаптации в этой структуре представляется возможным повысить надежность и точность функционирования локальных аналоговых САР.

Нами автоматизация НСХП рассмотрена на примере стана 2030 ОАО НЛМК. С помощью систем автоматизации стана 2030 бесконечной прокатки решается широкий круг задач — от управления процессом прокатки до Управления транспортными средствами на входе и выходе стана.

Для управления станом используется система из двух вычислительных машин различной мощности и возможности. Схема управления показана на Рис.80. Более мощная управляющая машина М-30 выполняет следующие функции: осуществляет слежение за полосок и сварными швами; в зависимости от положения сварных швов в линии стана формирует и подает команды и инициативные сигналы прочим подсистемам; обеспечивает автоматическую настройку сварочной машины в соответствии с сечением и маркой стали полосы; производит расчет начальной настройки и динамической перестройки стана, включая расчет уставок по зазорам, натяжениям, скорости, усилиям и т.п. для регуляторов и систем стана; осуществляет настройку, включение летучих ножниц и подачу команды на рез полосы по информации от системы слежения за сварным швом; производит сбор данных о ходе технологического процесса; адаптирует модели и решает некоторые другие задачи контроля и регулирования. УВМ М-5 имеет меньшие возможности и, являясь управляющей, обеспечивает отработку режимов прокатки, вычисленных в соответствии с тем или иным критерием оптимальности управляющей машиной М-30. Таким образом, М-5 настраивает стан, осуществляет динамическую перестройку и управление станом в режиме прямого цифрового управления.

 

Схема системы управления НСХП-2030

Рис. 80. Схема системы управления НСХП-2030: 1 — разматыватели; 2 — стыкосварочная машина; 3 — петлевой накопитель; 4 — стан; 5 — ножницы; б — моталки; 7 — пульт управления и ввод данных о подкате; 8 — система настройки сварочной машины; 9 — система автомагического регулирования толщины; 10 — система настройки ножниц; 11 — система настройки моталок; 12 — система слежения за полосой; 13 — вычисление настройки сварочной машины; 14 — вычисление настройки и перестройки стана; 15 — настройка и перестройка стана

Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП) бесконечной прокатки на НСХП-2030 построена по многоуровне- вому принципу с использованием трех управляющих вычислительных машин ЭВМ-2, ЭВМ-3 и ЭВМ-4 (рис.81), восьми микро-ЭВМ и локальных аналоговых систем регулирования. Это позволило создать замкнутую систему регулирования.

 Схема машинной системы, управляющей процессом работы НСХП 2030 ОАО НЛМК

Рис. 81. Схема машинной системы, управляющей процессом работы НСХП 2030 ОАО НЛМК

Назначение вычислительных машин следующее: ЭВМ-1 предназначена для обработки экономической информации, расчета производительности и является основой автоматизированной системы управления производством (АСУ П); ЭВМ-2 решает задачи пересчета заданного режима в уставки и образует оптимизирующую систему; ЭВМ-3 и ЭВМ-4 — управляющие машины, обеспечивающие управление основными технологическими операциями при прокатке. Необходимость широкой автоматизации стана бесконечной прокатки вытекает из его специфики. В отличие от стана для норулониой прокатки здесь имеются задачи, например, динамической перестройки, начальной настройки стана, которые на аналоговой технике не решаются. Чтобы обеспечить непрерывность процесса, требуется осуществить более качественную сварку полос, контроль сварки, сопровождение шва по линии стана, контроль заполнения петлевого устройства и т.п. Следует учесть, что в линии стана между разматывателями и весами может находиться до 15 полос, следить за которыми без УВМ затруднительно.

На низшем уровне иерархии широко используются аналоговые системы. Набор аналоговых систем и их задачи соответствуют общепринятым в настоящее время на станах порулонной прокатки (САРТ, САРН и т.п.). При реализации бесконечной прокатки более актуальной становится задача регулирования натяжений, в том числе и в переходных режимах. Вследствие значительного удлинения технологической линии стана при бесконечной прокатке и увеличения взаимосвязанных через полосу агрегатов возрастает число участков, где следует регулировать натяжение.

Кроме УВМ и аналоговых систем, имеется значительное число независимо программируемых моделей для управления механизмами во входной и выходной зонах стана, в состав системы управления входит также устройство для фиксации отказов оборудования.

Функции оптимизирующей системы на базе ЭВМ-2 включают: расчет по режиму прокатки начальной настройки стана и выдачу соответствующих уставок; адаптацию моделей и коррекцию режима прокатки по адаптированным моделям, сопровождение рулонов по линии стана (от НТА до маркировщика после прокатки); расчет необходимого для охлаждения количества эмульсии; сообщение оператору о состоянии системы; сбор информации о металле и подготовку протоколов; выдачу данных маркировщику рулонов на выходе стана; хранение данных о рулонах, вводимых в машину через дисплей НТА; индикацию данных на дисплее у разматывателя и пультах главного поста; выдачу данных в ЭВМ-1; хранение стандартных стратегий настройки; контроль теплового режима двигателей главных приводов.

Исходная информация о рулоне — номер плавки, номер рулона в плавке, марка стали, ширина, входная и выходная толщина полосы, длина рулона, в том числе между швами, положение дефектных участков — заносится в память ЭВМ-2 через дисплей, стоящий на пульте управления у разматывателя, или непосредственно из ЭВМ, управляющей НТА.

Расчет настройки стана производится на основании указания оператора по распределению обжатий и значениям удельных межклетевых натяжений. Оператор может задавать обжатия по клетям в следующем виде: абсолютное обжатие или сила прокатки в клети, относительное обжатие в клети или сила прокатки в нескольких смежных клетях.

Сам расчет настройки стана начинается с расчета толщины полосы по клетям стана в соответствии с выданным заданием. После определения толщины полосы с использованием математических моделей определяют силу и момент прокатки, опережение, соотношение скоростей по клетям стана.

Необходимые для реализации стратегий настройки константы хранятся памяти машины. Удельные натяжения также хранятся для различных марок стали в памяти машины.

После расчета из оптимизирующей ЭВМ-2 в управляющую ЭВМ-3 выдаются следующие параметры настройки: уставки раствора валков, уставки скоростей по отношению к ведущей клети, максимально возможная скорость прокатки с учетом всех ограничений, толщина полосы после всех клетей стана межклетевые натяжения полосы и натяжения на моталке, уставки для системы автоматической подачи эмульсии, уставки по коэффициентам усиления и зонам нечувствительности для систем регулирования.

Если какие-либо рассчитанные значения режима превышают предельные, то прокатка этого профиля не начнется, стан остановится; на главном пульте будет индицирован параметр, по которому превышено значение. Оператор перераспределяет обжатия с целью разгрузки перегруженной клети (пересчитывается режим) и УВМ вновь выдает режим с исходными данными на дисплей оператору. Если режим удовлетворяет и УВМ, и оператора, то оператор дает разрешение на прокатку. Кроме рассчитанных по модели режимов прокатки, для наиболее употребляемых размеров полос предусмотрено хранение в памяти основных данных режимов, которые при необходимости выбираются и пересылаются в ЭВМ-3.

Вычислительная машина ЭВМ-3 выполняет следующее:

—  своевременную установку межвалковых зазоров при заправке полосы или смене режима прокатки (значения зазоров передаются из ЭВМ-2);

—  подачу значений силы прокатки при установке фастворов валков;

—   выставление ведущей (опорной) скорости;

—  установку соотношений скоростей клетей;

— задание величины ускорения при разгоне или торможении непрерывного стана;

—  задание уставок толщины системы регулирования толщины полосы;

—   задание и обеспечение межклетевых натяжений с учетом изменения скорости;

— слежение за началом и концом полосы, сварным швом, сегментом измерений технологических параметров;

— переключение отдельных цепей регулирования при заправке полосы, выводе полосы, остановке стана;

—   регулирование скорости стана при пропуске сварных швов, выпуске конца полосы;

—   настройку линии прокатки после перевалки валков и управление градуировкой установки раствора валков;

—   позиционное управление гидравлическими нажимными устройствами;

—   регулирование толщины полосы и ограничение предельных натяжений с использованием клетей 1-4 (пятая клеть используется в этом случае для регулирования планшетности);

—  учег измеряемых толщины полосы, растворов валков, силы прокатки, натяжений полосы и выдача их в оптимизирующую машину;

—   выдачу заданных и измеряемых величин на пульте управления.

Регулирующая вычислительная машина ЭВМ-4 выполняет следующие операции;

—   управление транспортными средствами, петлевым накопителем и механизмами стана;

—   позиционирование рулонов с учетом ширины и диаметра на разматы- вателе;

—   настройку на заданную ширину боковых линеек, прессов и других механизмов входной части стана;

—   настройку механизмов стыкосварочной машины на данный профиль; автоматический контроль толщины концов полосы перед сваркой;

—   контроль толщины и качества сварных швов (для осуществления последнего каждые 50 мс УВМ запоминает значения тока и давления сварки, пути перемещения салазок и, сравнивая эти величины с хранящимися в памяти для разных марок, делает суждения о качестве шва);

—   контроль и регулирование запаса полосы в петлевом накопителе;

—   управление скоростным режимом работы механизмов стана в зависимости от запаса полосы в петлевом устройстве;

—   автоматическую регулировку планшетности полосы на выходе стана;

—   автоматическую компенсацию эксцентриситета опорных валков, выдачу данных о рулонах на соответствующее табло и для автоматической маркировки после прокатки.

В процессе прокатки измеряются и передаются в оптимизирующую УВМ фактические значения основных технологических параметров: растворов валков, силы прокатки, опорной скорости и отношение остальных скоростей, толщин полосы, моментов прокатки. На основе этих значений, обработанных статистически, корректируются коэффициенты математической модели. После адаптации модели вновь рассчитывается настройка стана и если она отличается en фактической, то последняя корректируется. Процесс коррекции повторяется периодически через задаваемые автоматически интервалы при прокатке Бсей полосы.

Для осуществления режима диалога с оператором-вальцовщиком и другим обслуживающим персоналом предусмотрены: дисплеи (цветные и черно- белые), быстродействующие печатающие устройства, телетайпы. В частности, на дисплей главного пульта управления может быть вызвана оператором следующая информация:

—   графическое изображение конуса скоростей, уровня силы прокатки, нагрузки главных приводов, опережение полосы;

—  схема обжатий прокатываемого рулона вместе с измеряемыми величинами и коэффициентами модели;

—  температурный режим работы приводных двигателей клетей, разма- тывателей и моталок;

—  данные о рулонах, введенные в УВМ на НТА и еще имеющиеся в запоминающем устройстве. При этом используется цветовое разделение прокатанных и еще не прокатанных, находящихся перед станом рулонов;

—   основные данные прокатываемого и следующего рулонов совместно с параметрами их режимов прокатки и индикацией превышения предельных величин, если таковое имеется;

—   последовательность рулонов в области от разматывателя до весов на выходе стада с указанием (для каждого рулона) номера«его плавки и номера рулона,

Кроме визуального контроля, машина выдает на быстродействующее печатающее устройство (БПУ) или соответствующие телетайпы протоколы, Например, на БПУ выдается протокол обжатий, включающий все данные о рулоне, необходимые заданные параметры, измеренные величины с указанием сегмента измерения.

Отдельные цифровые модули должны управлять механизмами транспортировки и подготовки рулона к размотке; стыкосварочной машиной; механизмами выходной части стана и обеспечивать автоматическую транспортировку рулона к весам; летучими ножницами, автоматической перевалкой валов. Мехаанизмами для заправки и вывода полосы из клетей при смене программ
(например, ширины подката).

Оптимизирующая система может выдавать оперативную информацию о процессе прокатки и прокатываемых полосах в УВМ типа М-4030 высшего уровня иерархии (ЭВМ-1 на рис.81) для выполнения экономических расчетов и решения учетных задач.

Оптимизирующая машина снабжена необходимыми тестовыми программами для диагностики неисправностей электроники и математического обеспечения. Для проверки и обслуживания предусмотрены телетайп и поле обслуживания. Все хранящиеся в оперативной памяти программы и резиденты основной памяти дублируются на внешних магнитных накопителях и нажатием клавиши заносятся в оперативную память. Кроме того, дубли программ имеются на отдельных магнитных пластинах и с них могут быть занесены (скопированы) ,1 на внешние носители; наконец, дубли хранятся на перфокартах.

Для обеспечения всех работ стана необходимо осуществить слежение за продвижением полос по линии стана. Это одна из важных функций управляющих машин. Слежение должно осуществляться после задачи рулона на разматыватель и ввода о нем информации через терминал у разматывателя (либо | вызова ее из УВМ НТА). В дальнейшем подсистема должна сопровождать полосу по линии стана, обеспечивая другие подсистемы необходимой информацией. Подсистема слежения запоминает сечения обрыва полосы, резки, подмотку нескольких полос в один рулон и т.п. Подсистема слежения за полосой информирует оператора о подкате во всей линии стана, упорядочивает собираемую технологическую информацию и связывает ее с соответствующей полосой.

Важнейшей составной частью подсистемы слежения за полосой является подсистема слежения за сварным швом или отдельными, заранее заданными, сечениями полосы. Основная часть инициативных сигналов при слежении за полосой формируется именно этой подсистемой. На основании контроля положения определенных сечений подсистема слежения за швом выдает инициативные сигналы для включения других подсистем. Положение сечений контролируется адаптивным алгоритмом измерения длины полосы от сварного шва.

При слежении весь проходимый полосой путь разбивается на три участка: первый — от разматывателя до сварочной машины, второй от сварочной машины до первой клети, третий — сам стан до моталки. На первом участке основной задачей является слежение за задним концом предыдущего рулона и передним следующего, синхронная их подача в сварочную машину и запоминание сечения шва, от которого дальше огсчитывается длина полосы. На втором участке одновременно могут находиться до 7 различных полос, причем сами полосы также могут иметь сварные швы. Система слежения за швом обеспечивает отслеживание всех швов и дефектных мест.

На третьем участке, включающем собственно стан, слежение за швом осуществляется измерением и интегрированием скорости отдельных клетей с учетом опережения полосы. Кроме того, перед первой клетью установлен детектор сварного шва. При команде на динамическую перестройку по мере прохождения швом клетей стана формируются команды на их перестройку. При команде вырезки шва производится своевременное включение летучих ножниц на выходе стана. Рез производится после пропуска шва так, чтобы сварной шов оказался в последнем, внешнем витке рулона.

Торможение стана осуществляется системой точного останова. Начало и темп торможения выбираются, исходя из сравнения расстояния от шва первой клети и пути торможения.

Управление скоростным режимом стана производится автоматически. Система управления скоростью устанавливает максимальную скорость прокатки в зависимости от запаса полосы в петлевом устройстве, притормаживает стан перед швом и разгоняет его после прохода, при этом задается автоматически темп ускорения двигателям главного привода клетей и моталок; обрыв полосы фиксируется системой контроля обрыва, которая обеспечивает форсированный останов стана, переключение необходимых контуров регулирования, передачу информации об обрыве в протокол прокатки. Предусмотрена возможность ручного управления скоростным режимом стана. Для этого предусмотрены на пульте специальные клавиши: «Заправка» (стан разгоняется от нуля до заправочной скорости и одновременно включается система заправки, обеспечивающая автоматическое проведение переднего конца полосы через стан); «Выпуск» (торможение стана до скорости выпуска); «Разгон» (стан разгоняется до указанной оптимизирующей УВМ скорости); «Стоп» (останов стана); прерывание команд выпуска, разгона, останова; форсированная остановка.

Более подробно работа стана 2030 при управлении его от УВМ, характеристики ЭВМ, алгоритмы управления начальной настройкой стана и процессом прокатки представлены в работах, а опыт применения ЭВМ на станах холодной прокатки листовой продукции — в работах.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *