Устройство для определения жесткостиполосы b процессе непрерывной горячейпрокатки

Союз Сфввтскнк Сфцнапнстнческнк РвснубпнкОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДИТИЗЬСТВУ(23 П ио итет -В 21 В 37/00 Государстееииый комитет СССР по делам изобретеиий и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ ПОЛОСЫ В ПРОЦЕССЕ НЕПРЕРЫВНОЙ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИИзобретение относится к автомати-, зации прокатного производства и мо- . жет быть использовано в системах автоматического управления непрерывными станами горячей прокатки.Известно устройство для автоматического регулирования толщины полосы с адаптивным определением пластичности полосы непосредственно в процессе прокатки, содержащее датчики перемещения нажимных винтов, усилия прокатки, блок расчета, причем выходы датчиков перемещения нажимных винтов и усилия прокатки соединены со входами блока расчета. В этом устройстве измеряют перемещение нажимных винтов, усилия прокатки и жесткость полосы расчитывают по уравнению 1М 1 фГе кгде Р - жесткость полосы;5 - перемещение нажимных винтовЬГ - изменение усилия прокатки,.К - модуль жесткости прокатнойклети; Устройство позволяет приближенно определять жесткость полосы непосредственно в процессе прокатки в каждой клети стана, что приводит к увеличению точности регулирования толщины полосы Г 11Однако точность определения жесткости полосы сравнительно невелика,так как изменение усилия прокаткивызывается не только перемещениемнажимных винтов, но и изменением температуры и натяжения полосы, биениями валковой систеью и другими неконтролируемыми факторами. Выделение нафоне таких шумов сигнала измененияусилия прокатки, связанного с перемещением нажимных винтов, может быть 15 произведено только со значительнойошибкой, особенно если учесть, чтодиапазон перемещения нажимных винтовпрн работе регулятсров толщины мал.Кроме того, определение жесткос ти полосы требует обязательной работы регуляторов толщины на тех клетях,где она определяется, что ограничивает область применения указанногоспособа.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемо.му результату является устройстводля регулирования толщины проката,содержащее датчики усилия прокатки 30 и раствора рабочих валков, первый игде ЬРЭД 5 К ,К;Км -сигнал изменения усилияпрокатки под дейСтвиемэксцентриситета опорных валков;сигнал изменения растворарабочих валков под действием эксцентриситета опорныхвалков;постоянные коэффициентыпропорциональности, определяемые чувствительностьюдатчиков и коэффициентамиусиления усилителей;коэффициент передачи первого блока умножения. второй элементы сравнения, первые входы которых соединены соответственно с выходами задатчиков уставок усилия прокатки и раствора валков, первый и второй усилители, входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго элементов сравнения, первый блок умножения, первый вход которого соединен с выходом второго усилителя, третий элемент сравнения, входы которого соединены соответственно с выходами первого усилителя и первого блока умножения, четвертый элемент сравнения, выход которого соединен со вторым входом первого блока умножения, вычислительный блок, первый вход которого соединен с выходом третьего элемента сравнения, второй вход - с выходом второго усилителя, а выход - с первым входом четвертого элемента сравнения блок управления, выход которого соединен с третьим входом вычислительного блока, датчик наличия металла в клети, выход которого соединен со входом блока управления и задатчик начального значения жесткости полосы, выход которого соединен со вторым входом четвертого элемента сравнения.Вычислительный блок содержит два блока выделения эксцентриситета валков, входы которых являются первым и вторым входами вычислительного блока, второй блок умножения, входы которого соединены с выходами блоков выделения эксцентриситета, ключ, информационный вход которого соединен с выходом второго блока умножения, а управляющий вход является третьим входом вычислительного блока, и интегратор, вход которого соединен с выходом ключа, а выход является выходом вычислительного блока, Сигнал, пропорциональный жесткости полосы, снимается с выхода четвертого элемента сравнения.После входа полосы в клеть на первом и втором входах третьего элемента сравнения составляющие сигналов, вызванные эксцентриситетом опорных валков, соответственно равныО.= К дРЭО.д = К.1 Кто д 5 еэ С другой стороны известно, что(3)где дПЭ - изменение средней толщиныполосы под действием эксцентриситета валков;коэффициент, связывающий 15 изменение средней толщиныполосы и изменение растворавалков.Сигнал на выходе блока выделенияэксцентриситета, связанного с третьщ 0 им элементом сравнения, равен1 2 Э 1 2 3 гп1 П 3+Ц 2 3 /и+9 е(4)Этот сигнал через второй блок умЯ 5 ножения, выполняющий функцию фазочувствительного выпрямителя, и открытыйключ поступает на вход интегратора,вызывая появление на его выходе сигнала такого знака, что сигнал О 9 стремится к нулю. Когда сигнал О дости 3гает нулевого значения, тоКгдтт К К фт.е. величина сигнала на выходе чет вертого элемента сравнения пропорциональна жесткости полосыВ устройстве укаэанный узел используется для устранения эксцентриситетных колебаний сигнала, усилия прокатки и других возмущений со стороныклети, поступающих на вход приводанажимных винтов, а также для устранения положительной обратной связи поусилию прокатки, присущей регуляторуСимса Г 21Однако для определения точногозначения жесткости проката величина9 = К 3может быть определенаКм КаК50 только с точностью до коэффициентаК (величины К 1 и Кнам известны инеизменны, а величийу К, мы можемизмерить), значение которого изменяется в достаточно широких пределах,Коэффициент К 3 связывает изменениесредней толщины полосы и изменениераствора валков, измеряемого датчикомраствора. Обычно в качестве датчиковраствора нагруженных рабочих валковиспользуются устройства, прямо или 60 косвенно измеряющие расстояние междуподушками рабочих валков.Изменение усилия прокатки под пействием эксцентриситета валков связано с изменением срепней толщины нро ката по всей его ширине. 11 оэтому лляточного определения коэффициента рластической деформации полосы необ- ходимо учитывать передаточный коэффициент между изменением средней толщины полосы под действием эксцентриситета опорных валков и изменением по казаний датчика раствора рабочих валков, в качестве которого, например, используется измеритель расстояния между подушками рабочих валков.Известно, что прогиб валков по ши рине бочки происходит примерно по параболическому закону, тогда изменение толщины по краю бочки валка равноЬяс = ь 5 Е =Ьпс-Г (В)Ь р, (б) где Ь 5 Е. - изменение раствора валков;ЬЬ - изменение толщины по краюбочки валка;Ь 6 д. - изменение толщины посредибочки валка 20(В) = а -+ а (-), (7) где В - ширина полосы;- длина бочки валка;а - коэффициент, зависящий от диаметра и материала валков,конструкции клети и т,д.уа- коэффициент, зависящий отдиаметра, материала валков ипараметров клети.С учетом того, что 30 ЬРэАсэ = Ь 5 э+где Ь и э значение толщины, обУсловленное эксцентриситетомвалков,ЬЬ =Ь 5 +ф - -(В)ЬР =(1+ц (В аУ,Ь 5 (8) откуде И 1 (9) 40т+о.т еИэ (Э)эидно, ито оим коэффициент К зависит от жесткости полосы, а также от модуля жесткости валков на прогиб и, следовательно, может изменяться в широких пределах. Неучет этого приводит к большой погрешности определения жесткости(коэффициента пластической деформации) полосы. Цель изобретения - повышение точ ности регулирования параметров процесса прокатки за счет более точного определения жесткости полосы.Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее55 датчики усилия прокатки и раствора рабочих валков, три элемента сравнения, два усилителя, датчик наличия металла, два блока умножения, два блока выделения эксцентриситета валков, ключ, интегратор, задатчик уси лия прокатки, задатчик раствора рабочих валков, причем первый вход первого элемента сравнения соединен с выходом датчика усилия прокатки, второй вход его - с выходом задатчика усилия 65 прокатки, а выход - со входом первого усилителя, выход которого соединенс первым входом третьего элементасравнения, второй вход которого соединен с выходом первого блока умножения,:а выход - со входом первого блока выделения эксцентриситета валков,выход которого соединен с первым входом второго блока умножения, второйвход которого соединен с выходом второго блока выделения эксцентриситетавалков, а выход - с информационнымвходом ключа, управляющий вход которого соединен с выходом датчика наличия металла, а выход - со входоминтегратора, выход которого соединенсо вторым входом первого блока умножения, выход датчика раствора рабочих валков соединен с первым входом второго элемента сравнения, второйвход которого соединен с выходом задатчика раствора рабочих валков, а выход - со входом второго усилителя, выход которого соединен со входом второго блока выделения эксцентриситета валков, дополнительно введены блок деления, датчик ширины проката и второй вычислительный блок, причем выход датчика ширины проката соединен с первым входом второго вычислительного блока, второй вход которого соединен с выходом интегратора, а выход - со вторым входом блока деления, первый вход которого соединен с выходом второго усилителя, а выход с первым входом первого блока умножения.При этом второй вычислительный блок содержит квадратор, вход которого является первым входом вычислительного блока, первый н второй масштабные преобразователи, входы которых соединены соответственно со входом и выходом квадратора, первый алгебраический сумматор, входы которого соединены с выходами масштабных преобразователей, третий блок умножения, первый вход которого соединен с выходом первого алгебраического сумматора,а второй вход является вторым входом второго вычислительного блока, второй алгебраический сумматор, первый вход которого соединен с выходом третьего блока умножения, а выход является выходом второго вычислительного блока, источник эталонного напряжения, выход которого соединен со вторым входом второго алгебраического сумматора.Введение в устройство датчика ширины прокатываемого материала, соединенного со вторым вычислительным блоком, который кроме того, соединен с выходом первого вычислительного блока, позволяет определить переда-,точный коэффициент между изменением средней толщины полосы и изменением показаний датчика раствора нагруженных валков, а введение делительного055ббб 5 блока позволяет соответствующим образом скорректировать показание датчика раствора, что приводит к увеличению точности определения коэффициента пластической деформации полосы.На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - блок-схема второго вычислительного блока.устройство содержит датчик 1 усилия прокатки, первый элемент 2 сравнения, первый вход которого соединен с датчиком 1 усилия прокатки, задатчик 3 усилия прокатки, соединенный со вторым входом первого элемента 2 сравнения, первый усилитель 4, вход которого соединен.с выходом первого элемента 2 сравнения, датчик 5 раствора валков, второй элемент 6 сравнения, первый вход которого соединен с датчиком 5 раствора валков, задатчик 7 уставки раствора рабочих валков, соединенный со вторым входом второго элемента 6 сравнения, второй усилитель 8, вход которого соединен с выходом второго элемента 6 сравнения, блок 9 деления, первый вход которого (делимое) соединен с выходом второго усилителя 8, первый блок 10 умножения, первый вход которого соединен с выходом блока 9 деления,третий элемент 11 сравнения, первый вход которого соединен с выходом первого усилителя 4, а второй вход соединен с выходом первого блока 10 умножения, первый вычислительный блок 12, первый вход которого соединен с выходом третьего элемента 11 сравнения, второй вход соединен с выходом второго усилителя 8, а выход соединен со вторым входом первого блока 10 умножения, датчик 13 наличия металла, выход которого соединен с третьим входом первого вычислительного блока 12, датчик 14 ширины полосы и второй вычислительный блок 15первый вход которого соединен,с выходом датчика 14 ширины, а второйвход соединен с выходом первого вычислительного блока 12, а выход блока 15 соединен со вторым входом блока 9 деления (делитель), первый вычислительный блок 12 содержит блоки16 и 17 выделения эксцентриситета валков, входы которых соответственноявляются первым и вторым входами блока 12, блок 18 умножения, входы которого соединены с выходами блоков16 и 17, ключ 19, информационный вход которого соединен с выходом блока 18 умножения, а управляющий вход ключа 19 является третьим входом блока 12 и интегратор 20, вход которого;соединен с выходом ключа 19, а выход вявляется выходом блока 12Вычислительный блок 15 содержит квадратор 21, вход которого является ,первым входом блока, масштабные пре;абразователи 22 и 23, входы которых соединены соответственно со входом1и выходом квадратора 21, сумматор 24,входы которого соединены соответственно с выходами масштабных преобразователей 22 и 23, третий блок 25умножения, первый вход которого соединен с выходом сумматора 24, а второй вход является вторым входом блока 15, эталонный источник 26 и алгебраический сумматор 27, первый входкоторого соединен с выходом блока 25умножения, второй вход соединен сэталонным источником 26, а выходомявляется выход блока 15.Выходной сигнал, пропорциональныйжесткости полосы, снимается с выхода 5 интегратора 20 первого вычислительного блока 12.Устройство работает следующимобразом.В исходном состоянии при отсутст вии металла в клети ключ 19 закрыт.Предположим, что сигнал на выходеинтегратора отсутствует. При входеполосы в клеть по сигналу датчика 13наличия металла ключ 19 открываетсяи интегратор 20 переводится в режиминтегрирования. Так как в первый момент сигнал на выходе интегратора 20равен нулю, на выходе блока 10 умножения сигнал также равен нулю, независимо от сигнала на втором входеблока 10.Сигнал от датчика 1 усилия прокатки через элемент 2 сравнения, усилитель 4 и элемент 11 сравнения, навтором входе которого сигнал отсутствует, поступает на вход блока 16 выделения эксцентриситета, На выходеблока 16 выделения эксцентриситетаи на первом входе блока 18 умножениявыделяется составляющая сигнала уси лия прокатки, вызванная эксцентриситетомопорных валков, На втором входе блока 18 умножения вццеляется составляющая сигнала, вызванного эксцентриситетом валков, приходящая от дат чика 5 раствора валков через элемент6 сравнения, усилитель 8 и блок 17выделения эксцентриситета. На выходе блока 18 умножения выделяется пульсирующий сигнал, который через открытый ключ 19 поступаетна вход интегратора 20, вызывая увеличение напряжения на выходе Интегратора 20 и на входе блока 10 умножения такого знака, что эксцентриситетное колебание сигнала на выходеэлемента 11 сравнения уменьшается.Одновременно сигнал с выхода интегратора 20 поступает на вход блока 25умножения в вычислительном блоке 15,на второй вход которого подан сигнал,пропорциональный модулю (коэффициенту) прогиба рабочих валков, поступающий от датчика 14 ширины через квад,ратор 21, масштабные преобразовэтепипроката. Аналогичные результаты могут быть получены при использовании точного значения плоскости полосы в системе автоматического регулированиятолщины полосы, однако величина эффекта в этом случае во многом определяется конструкцией САРТ. Кроме того,знание точного значения жесткости полоси очень важно при решении другихнаучно-исследовательских задачФормула изобретения Устройство для определения жесткости полосы в процессе непрерывной горячей прокатки, содержащее датчик усилия прокатки, три элемента сравне ния, датчик раствора валков, два усилителя, датчик наличия металла, дваблока умножения, два блока выделения эксцентриситета валков, ключ, интегратор, задатчик усилия прокатки, задатчик раствора рабочих валков, причем первый вход первого элемента 55 сравнения соединен с выходом датчик 4усилия прокатки, второй вход его -с выходом эадатчика усилия прокатки,а выход - со входом первого усилите 60 ля, выход которого соединен с первымвходом третьего элемента сравнения,второй вход которого соединен с выТаким образом, по мере уточнения текущего значения жесткости полосы, снимаемого с выхода интегратора 20, происходит уточнение передаточного коэффициента блока 9 деления, благодаря чему в момент, когда эксцентриситетное колебание сигнала на выходе элемента 11 сравнения становится равным нулю и изменение напряжения на выходе интегратора прекращается, выходное напряжение интегратора 20 про порционально истинному значению коэффициента пластической деформации в соответствии с уравнениями (5) и (9).Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает определение коэффициентов пластической деформации полосы, учитывает прогиб валков при прокатке, что значительно повышает точность определения коэффициента пластической деформации.Экономическая эффективность от 20 применения предлагаемого устройства зависит от того, где используют полученное значение жесткости полосы.Так, например, использование точного значения жесткости полосы в расчетах 5 начальной настройки и коррекции настроики стана приводит к снижению ошибки в толщине при прокатке первых полос после перестройки стана не менее чем на 0,1 мм. Это обеспечивает увеличение выхода годного проката всреднем на 0,2 и дает экономию 200- 300 тыс, руб. на каждый миллион тонн ходом первого блока умножения, а выход - со входом первого блока выделения эксцентриситета валков, выходкоторого соединен с первым входомвторого блока умножения, второй входкоторого соединен с выходом второгоблока выделения эксцентриситета валков, а выход - с информационным входом ключа, управляющий вход которогосоединен с выходом датчика наличияметалла, а выход - со входом интегратора, выход которого соединен со вторым входом первого блока умножения,выход датчика раствора рабочих валков соединен с первым входом второгоэлемента сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчикараствора рабочих валков, а выходсо входом второго усилителя,.выходкоторого соединен со входом второгоблока выделения эксцентриситета валков, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения точности регулирования параметров процесса прокатки за счет более точного определенияжесткости полосы, оно дополнительноснабжено блоком деления, датчикомширины проката и втОрым вычислительным блоком, причем выход датчика ширины проката соединен с первым входомвторого вычислительного блока, второй вход которого соединен с выходоминтегратора, а выход - со вторымвходом блока деления, первый вход которого соединен с выходом второгоусилителя, а выход - с первым входомпервого блока умножения.2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что второй вычислительный блок содержит квадратор,вход которого является первым входомвычислительного блока, первый и второй масштабные преобразователи, входы которых соединены соответственносо входом и выходом квадратора, первый алгебраический сумматор, входыкоторого соединены с выходами масштабных преобразователей, третий блок умножения, первый вход которого соединен с выходом первого алгебраического сумматора, а второй вход являетсявторым входом второго вычислительного блока, второй алгебраический сумматор, первый вход которого соединенс выходом третьего блока умножения,а выход является выходом второго вычислительного блока, источник эталонного напряжения, выход которого соединен со вторым входом второго алгебраического сумматора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент ВеликобританииР 1292845, кл. 6 3 й, 1969.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2595560/22-02,кл. В 21 В 37/02, 1977.ираж 888арственногоизобретенийва, Ж, Ра осуделам Моск Подписномитета СССРоткрытийская наб., д. 4/5