Устройство для адаптивной настройкирегулятора толщины проката ha требуемыйпараметр

Устройство для адаптивной настройкирегулятора толщины проката ha требуемыйпараметр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<» 806187 (6I) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 28.04.76 (21) 2367567/02 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.

В 21 В 37/02

Гоаударственный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий

Опубликовано 23.02.81. Бюллетень №7

Дата опубликования описания 05.03.81 (53) УДК 621.771. .2-522 (088.8) (72) Авторы изобретения

А. И. Чабанов, В. В. Данилюк, Д. Х. Валеев, А. Г

Б. Н. Петров, С. Н. Тропин, Д. И. Чугуев, И. В.

Г. А. Браун и В. М. Александров

I фф

1 а (7I) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АДАПТИВНОИ НАСТРОИКИ

РЕГУЛЯТОРА ТОЛЩИНЫ ПРОКАТА НА ТРЕБУЕМЫЙ

ПАРАМЕТР

Изобретение отно4-итси к прокатному производству и может быть использовано при автоматизации листовых прокатных станов и станов прокатки волочением.

Известно устройство для автоматического регулирования толщины полосы на прокатном стане, содержащее измерители давления и. толщины и исполнительный механизм, где для повышения точности работы регулятора толщины полосы коррекцию от микрометра производят дискретным способом, запоминая суммарный сигнал от пре- то дыдуших подкоррекций и производя алгебраическое суммирование с сигналами последующих подкоррекций, сформированных по сигналам отклонения толщины полосы от уставки с учетом временной паузы, равной времени транспортного запаздывания и запаздывания системы, что позволяет расширить частотный спектр устройства (I).

Однако же это устройство не позволяет получить прецизионную точность в толщине по всей длине проката и в диапазоне скоростей IlpoKdTKH от заправочной до максимальной. Зто связано, во-первых, с недостатка ми регулятора, не обеспечивающего компенсацию возмущений порождаемых собственно прокатной клетью стана, во-вторых, узлом корректирующей связи микрометра и регулятора, осуществляющего лишь статическую настройку регулятора с заданной зоной нечувствительности, а также с очевидными недостатками устройства, связанными с неправильным учетом периодических возмущений разнотолщинности, когда их длина соизмерима с транспортным расстоянием от клети до микрометра и неустойчивой его работой, когда скорость прокатки меньше либо соизмерима с частотой этих возмущений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство,включающее гидроцилиндры локального предварительного напряжения рабочих валков, образующие в процессе прокатки замкнутую гидросистему и следящее регулирование усилий гидравлического распора опорных валков станов хКварто», в функции колебаний раствора опор прокатных валков, регистрируемых индуктивным дифференциальным датчиком их взаимного пространственного положения с целью стабилизации раствора упомянутых валков (2):

806187

Однако известное устройство обладает Это устройство содержит силовые цинедостатками, связанными с тем, что наст- линдры 1, расположенные между опорами ройка прокатного стана на заданную тол рабочих валков, и цилиндры 2 — между щину ведется при активной гидросистеме опорами опорных валков. Цилиндры 1 челокального предварительного напряжения рез запорный клапан 3 и управляемый ре5 рабочих валков посредством инерционного дукционныи клапан 4 гидравлически подклюсилового привода нажимного механизма ли- чены к насосному агрегату 5. Цилиндры

ы 2 бо изменением объема рабочего тела в замк- подключены к последнему через управляенутой упомянутой гидросистеме оператором мый запорный клапан (на чертеже не покавручную по показаниям выходного микромет- зано), а к насосному агрегату 6 высокого ра, в связи с чем получается немерный ме- в давления через золотник 7 поворотного типа, талл при прокатке. управляемому малоинерционным моментным

Цель изобретения — увеличение быстро- двигателем 8 от широтно-импульсного предействия адаптивной настройки стана на образователя 9, управляющим сигналом для требуемый параметр и прецизионной точнос- которого является выходное напряжение дифти в толщине на 100 / по длине рулона. ференциального индуктивного датчика 10, 0

Поставленная цель достигается тем, что регулируемых в функции пространственнов устройство, содержащее гидроцилиндры го положения рабочих валков колебания локального предварительного напряжения поршня цилиндра-индикатора (на чертеже рабочих валков образующие в процессе не показано). Для поддержания поршня ци1 замкнутую гидросистему, цилиндры гидро- линдра-индикатора в центральнои област распора опорных валков, следящий золот- >и его внутренней полости используется уравник и датчик положения рабочих валков, новешивающий цилиндр 11, подключенный введены дискретная схема коррекции объе- к редукционному клапану 4 через управляема жидкости, вход которой подключен через мый запорный клапан 12. Толщина прокатылогическую схему аналого-импульсного пре- ваемой полосы 13 измеряется микрометобразователя к микрометру, а выход — к ром 14. Расстоянию от зоны деформации в гидроцилиндрам локального предваритель- клети 15 до микрометра 14 определяется ного напряжения рабочих валков и анализа- схемой транспортного запаздывания, вклютор ошибки, вход которого подключен к чающей счетчик 16 импульсов, установленмикрометру, один из выходов подключен к ный на валу приводного двигателя клети схеме измерения транспортного запаздыва- (обводном ролике в случае реверсивного ния, а второй выход — ко входу аналого- стана, на чертеже не показано), и блок 17. зо импульсного преобразователя. Сигнал отклонения толщины 8Ь; от заданВведение дискретной схемы коррекции ной величины через управляемый транзисобъема жидкости обеспечивает максималь- торный ключ 18 поступает в схему 19 памяное быстродействие и точность изменения ти. Вход схемы 19 памяти через интегриобъема жидкости в замкнутой гидросистеме рующий усилитель 20 и диоды 21 или 22 локального предварительного напряжения з в зависимости от полярности сигнала рабочих валков и настройки регулятора тол- связан с преобразователем 23 и 24 аналогщины за счет того, что цилиндры порцио- код соответственно. В преобразователях 23 нальной «отбавки», «добавки» жидкости вы- и 24 аналоговый сигнал ошибки ВЪ„ преобполнены, дифференциальными и реализуется разуется в импульсы, количество которых астатическая настройка последнего при фак- строго пропорционально абсолютной велитически разомкнутой главной обратной свя- 4 чине ошибок. Перечисленные функциональзи микрометр-регулятор толщины, введе- ные элементы в совокупности составляют анание в схему дискретной коррекции объема лого-импульсный преобразователь. Формижидкости управляемых запорных клапанов, рование импульсов по длительности осущестразделяющих упомянутую схему и замкну- вляется в устройствах 25 и 26, а по мощтую гидросистему предварительного напря- ности — усилителями 27 и 28. К внутренней жения рабочих валков, исключает утечки полости силовых цилиндров 1 подключена из последней и повышает ее эксплуатацион- дискретная схема коррекции объема жидкосную надежность, а анализатор ошибки — ти, состоящая из каналов 29 и 30 «добавка» возможность получить высокое быстродейст- и канала «отбавка», управляемых выходвие за счет того, что следит за ошибкой ными сигналами усилителей 27 и 28. Канаи при ее отсутствии осуществляет непрерыв- Ю лы «добавка» и «отбавка» включают в себя ный перезапуск схемы транспортного запаз- золотниковые распределители 31 и 32, упдывания, а при наличии — работу устройст- равляющие работой клапанов 33 и 34 и по ва по полной схеме, и увеличить это быстро- ложением поршней 35 и 36 дифференциальдействие введением логического устройства ных импульсов 37 и 38. Обратные клапаны последнего импульса аналого-импульсного 39 — 42 и дроссели 43 и 44 с регулируемым преобразователя с подключением его выхо- проходным сечением служат для настроиЯ да на вход устройства. ки каналов с требуемыми характеристиками.

На чертеже представлена блок-схема Логическими устройствами 45 и 46 последустройства. него импульса аналого-импульсного преоб806187 разователя производится сброс памяти в схеме 19, разряд емкости интегрирующего усилителя 20 и перезапуск схемы. Анализатор 47 ошибки своим входом связан с микрометром, одним выходом со схемой транспортного запаздывания, а вторым — со входом аналого-импульсного преобразователя.

Устройство работает следующим образом.

В момент перестройки стана гидросистемы рабочих и опорных валиков находятся в режиме уравновешивания и являются идеально «мягкими», когда в силовые цилиндры 1 и 2 и цилиндр 11 уравновешивания подаются определенные величины давления, исходя из требуемого профилеобразования бочек валков через управляемый редукционный клапан 4 от насосного агрегата 5 (цепь заполнения гидросистемы опорных валков на чертеже не показана). Раствор прокатных валков перестраивается с помощью нажимного механизма от системы дистанционной перестройки стана (на чертеже не показано) или оператором вручную, Поршень цилиндра-индикатора (на чертеже не показано) дифференциального индуктивного датчика 10 по каналу внутренней обратной связи устанавливается в среднее положение. В момент начала прокатки управляемые запорные клапаны 3 и 12 закрываются. В момент этого переключения величины давления жидкости в силовых цилиндрах 1 и в уравновешивающем цилиндре 11 равны. Замкнутая гидросистема предварительного напряжения рабочих валков посредством клапана 3 приобретает определенную жесткость, определяемую параметрами элементов гидросистемы и рабочих валков.

При изменении температуры прокатываемого металла (толщины подката, биением опорных валков, т. е. при наличии внутренних и внешних возмущений, на процесс стабилизации толщины проката) создается тенденция к изменению текущего значения раствора рабочих валков. Это приводит к тому, что по закону сообщающихся сосудов поршень цилиндра-индикатора смещается от нейтрального положения в ту или другую сторону вплоть до упора о крышку цилиндра.

Отклонение поршня от нейтрального положения посредством дифференциального индуктивного датчика 10 обуславливает появление на входе широтно-импульсного преобразователя 9 сигнала определенной величины и полярности. Например, при уменьшении раствора рабочих валков прокатной клети полярность сигнала на входе преобразователя 9 такова,.что плунжер золотника 7 поворотного типа переключается моментным малоинерционным двигателем 8 так, что давление поступает от насосного агрегата 6 высокого давления в силовые цилиндры 2, распирающие опорные валки. Деформация клети увеличивается, а раствор рабочих валков стабилизируется, за счет чего отклонение в

Указанные недостатки устраняют двумя вариантами. Один — изменением давления в цилиндре 11 уравновешивания в функции показаний выходного микрометра 14, другой — путем порционального изменения объема в замкнутой гидросистеме предварительного напряжения рабочих валков. Однако настройка по первому варианту — измене4о нием давления в цилиндре 11 уравновешивания — не целесообразна, так как вызывает в результате отработки регулятором этой коррекции аналогичные изменения давления в замкнутой гидросистеме предвари45 тельного напряжения рабочих валков, приводящие к изменению профиля бочек последних и, следовательно, к поперечной разнотолщинности проката. Поэтому целесообразен второй вариант — порциональное изменение объема в замкнутой гидросистеме пред5О варительного напряжения рабочих валков, не вызывающий изменения давления в названной гидросистеме и, следовательно, сохра-няющий заданный профиль бочек рабочих валков.

1О

25 зо толщине полосы компенсируется, поршень цилиндра-индикатора восстанавливается в нейтральное положение, а привод поворотного золотника 7 по каналу обратной связи по положению (на чертеже не показано) возвращает его в нейтральное (исходное) положение. При увеличении раствора рабочих валков привод поворачивает золотник

7 таким образом, что гидравлическая система распора опорных валков соединяется со сливом. Давление в силовых цилиндрах 2 падает, деформация клети уменьшается (клеть как бы оседает), а раствор рабочих валков восстанавливается. Описанный алгоритм работы регулятора толщины обеспечивает высокоточную стабилизацию раствора рабочих валков и, следовательно, толщины проката, но не выполняет с одной стороны, задачу автоматической настройки стана на требуемую абсолютную толщину прокатываемого материала по показаниям абсолютного измерителя толщины (микрометра 14) на выходе стана в момент начала прокатки либо в процессе прокатки кода возмущения в виде температурного расширения, выработки рабочих валков и в наличии неконтролируемых утечек из замкнутой гидросистемы (последнее характеризует ненормальную работу замкнутой гидросистемы локального предварительного напряжения упомянутых валков, неправильно учитываемые дифференциальным индуктивным датчиком 10, отрабатываются регулятором, поэтому естественно, ухудшаются качественные характеристики прокатф

Таким образом, в момент начала прокатки (вхождения полосы в клеть) подается сигнал (от управляющего комплекса станом) на разрешенйе работы устройства. Схема транспортного запаздывания, состоящая

806187 из блока !7 и счетчика 16 импульсов, установленного на валу главного привода последней клети стана (обводных роликах в случае реверсивного стана) считывает длину прокатынаемой полосы 13 с момента начала прокатки до момента, когда она становится равной расстоянию от зоны деформации до микрометра, т. е. до момента, когда деформированная полоса попадает в зону измерения ее микрометром и выдает с блока 17 команду на кратковременное замыкание (порядка 0,01 с) ключа 18 и запрет на повторное считывание упомянутого расстояния.

1О

В случае неправильной предварительной настройки стана сигнал, пропорциональный отклонению толщины проката от заданного значения 6h, поступает в схему аналогоимпульсного преобразователя, где аналоговое значение ошибки преобразуется в количество импульсов, строго пропорциональное этой ошибке, т. е. ошибка 3 попа- о дает в схему 19 памяти, далее интегрируется в интегрирующем усилителе 20, имеющем единичную обратную связь по напряжению затем — — через диоды 21 или 22, в зависимости от полярности упомянутой ошибки,в преобразователи 23 и 24 аналог-код, где аналоговый сигнал преобразуется в соответствуюшее количество импульсов. Формирование импульсов по длительности, исходя из реальных возможностей по быстродействию схемы коррекции объема жидкости, осу- о гцествляется в устройствах 25 и 26, а по мощности — в усилителях 27 и 28. Дискретная схема коррекции объема жидкости в замкнутой гидросистеме предварительного напряжения клети, разбитая на каналы 29 и 30 «добавка» и «отбавка» рабочего тела в упомянутой гидросистеме, соответственно управляется рассмотренными сформированными импульсами таким образом, что при ошибкей (, имеющей отрицательное значение, аналого-импульсным преобразователем фор- 4О мируется управляющий сигнал, направленный на увеличение об.ьема в замкнутой гидросистеме через канал 29 «добавка». Порциональное приращение объема жидкости в гидросистеме рабочих валков вызывает увеличение давления в последней, в результате чего поршень цилиндра-индикатора отклоняется вверх, и дифференциальный индуктивный датчик 10 выдает сигнал на электрогидравлический привод (широтно-импульсный преобразователь 9, безинерционный моментный двигатель 8 — золотник 7 поворотного типа) такой полярности, чтобы увеличить давление в гидроцилиндрах 2 опорных валков и соответственно деформацию клети до уровня восстановления давления жидкости в замкнутой гидросистеме, т. е. регулятором отрабатывается погрешность, связанная с возможными вышеперечисленными возмущениями без изменения энергетического уровня в гидросистеме предварительного напряжения рабочих валков. После прохождения последнего импульса с устройства 25 логическое устройство 45 производит сброс памяти в схеме 19, разряд емкости в интегрирующем усилителе и выдает команду (на чертеже не показано) в блок 1? на включение устройства по новому циклу.

Если в результате проведенной настройки регулятора толщины на требуемый параметр ошибка по толщинед ;. равна нулю, то, устройством не проигрывается его работа по полному циклу благодаря введению в него анализатора 48 ошибки, логика работы которого заключается в том, что, оставаясь постоянно подключенным к микрометру, QH следит за ошибкой — при ее отсутствии производит периодический перезапуск схемы транспортного запаздывания с интервалом, многократно меньшим интервала транспортного запаздывания, а при наличии — выдает команду на продолжение считывания импульсов блоком 16 схемы транспортного запаздывания и разрешение на работу схемы аналого-импульсного преобразователя.

Выполнение устройства по рассматриваемому алгоритму, позволяющему локальному. регулятору толщины проката в прокатной клети осуществлять его поднастройку при изменении параметров собственно объекта (температуры валков, выработки, утечки жидкости и т. д.) в функции показаний измерителя абсолютных параметров (микрометра 14) при фактически разорванной аналоговой связи между последними.

Причем настройка регулятора производится на абсолютный параметр, т. е. реализуется астатическим задатчиком системы автоматического регулирования толшины проката, что в конечном итоге повышает точность и устойчивость устройства в целом без увеличения быстродействия микрометра (требования по быстродействию микрометра снимаются, так как быстродействие регулятора значительно выше последнего и поэтому управляющим (корректирующим) сигналом для него с учетом транспортного запаздывания является апериодический, близкий и интегральный) . Быстродействие устройства достигается дополнительно особой реализацией дискретной схемы коррекции объема жидкости, где в каналах 29 и 30 «добавка» и «отбавка» включены золотниковые распределители 31 и 32, управляемые импульсами от усилителей 27 и 28, соответственно управляющие, работой запорных клапанов 33 и 34 и положением исполнительных поршней 35 и 36 дифференциальных цилиндров 37 и 38.

Для анализируемого случая, т. е, когда с аналого-импульсного преобразователя поступают импульсы в канал 29 «добавка» в исходном состоянии поршень 35 дифференциального цилиндра 37 находится в крайнем нижнем положении. При появлении импуль8061

9 са на электромагнитной катушке (на чертеже не показано) золотникового распределителя 31 последний срабатывает, в результате чего жидкость под давлением управления мгновенно (расход жидкости составляет несколько см ) перебрасывает управляемый запорный клапан 33 в крайнее левое положение. По другой цепи через дроссель 43 с калиброванным сечением жидкость поступает во внутреннюю полость дифференциального цилиндра 37 и перемещает подвижный поршень 35 в крайнее верхнее положение, to в результате давление в замкнутом объеме, образованном поршнем 35 и обратным клапаном 39, резко возрастает. Обратный клапан 39, настроенный на давление, превышаюtuee давление управления, открывается, и дополнительный объем жидкости из дифференциального цилиндра поступает в замкнутую гидросистему локального предварительного нагружения рабочих валков, т. е. происходит порциональная «добавка» жидкости. 20

При исчезновении импульса с катушки золотника 31 пружина (на чертеже не показано) возвращает золотник в исходное состояние, запорный клапан 33 перебрасывается в крайнее правое положение, подвижной поршень 35 дифференциального ци- 25 линдра 37 перемещается в крайнее нижнее положение, а жидкость через обратный клапан 40, настроенный на небольшое давление, заполняет верхнюю полость цилиндра

37. При прохождении следующего импульса с устройства 27 цикл добавки повторяется.

Дроссель 43 обеспечивает необходимое превышение во времени срабатывание клапана

33 над полным перемещением подвижного поршня 35 дифференциального цилиндра

37. Использование дифференциального ис- 35 полнения цилиндров 37 и 38 обеспечивает возможность оперировать . изким давлением управления при различных вариациях давления в гидросистеме предварительного напряжения рабочих валков, а применение управляемых запорных клапанов 29 и 30 устраняет возможные неконтролируемые утечки жидкости через дискретную схему коррекции объема жидкости, т. е. повышает герметичность упомянутой ранее гидросистемы.

Предлагаемое устройство позволяет осу- 4 ществить прецизионную прокатку на 100%

87 длины проката при максимальнои длине немерной полосы на ее голове, равной тра,и портному расстоянию от зоны деформации до зоны измерения при практически безинерционном регулировании. Это обеспечивается благодаря сочетанию электрического управления и гидравлических малоинерционных исполнительных механизмов. Реализация астатического задатчика абсолютной толULHHb! проката в замкнутой системе регулирования толщины проката непрерывно контролируемой, но при фактически разомкнутой обратной связи регулятор толщины датчик (микрометр), позволяет получить высокодинамическую, устойчивую. систему с абсолютными качественными характеристиками.

Формула изобретения

Устройство для адаптивной настройки регулятора толщины проката на требуемый параметр, содержащее гидроцилиндры локального предварительного напряжения рабочих валков, образующие в процессе прокатки замкнутую гидросистему, цилиндры гидрораспора опорных валков, следящий золотник и датчик положения рабочих валков, отличающееся тем, что, с целью увеличения быстродействия адаптивной настройки стана на требуемый параметр и прецизионной точности в толщине на всей длине рулона, в него введены дискретная схема коррекции объема жидкости, вход которой подключен через логическую схему аналогоимпульсного преобразователя к микрометру, а выход — к гидроцилиндрам локального предварительного напряжения рабочих валков и анализатор ошибки, вход которого подключен к микрометру, один из выходов подключен к схеме измерения транспортного запаздывания, а второй выход — к входу аналого-импульсного преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 356004, кл. В 21 В 37/02, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР № 470322, кл. В 21 В 37/08, 1973 (прототип).

806I87

Составитель 10. Рыбьев

Техред А. Бойкас Корректор,TI Иван

Тираж 899 Подписное

Редактор И. Черный

Заказ 73/13

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4