Система регулирования толщины и профиля полосы

(19) (1 И 57136 А З(51) В 21 В 37/08 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт комплектного электропривода и Новокраматорский машинострои. тельный завод(54)(57) СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОЛЩИНЫ И ПРОФИЛЯ ПОЛОСЫ, содержащая прокатную клеть, первый датчик давления, подключенный своим входом к первой паре гидроцилиндров рабочих валков, первый блок компенсации постоянной составляющей, подсоединенный своим входом к выходу первого датчика давления, запорный клапан, подсоединенный своим выходом к первой паре гидроцилиндров рабочих валков и входом к выходу насосной установки, второй датчик давления, подсоединенный своим входом к второй паре гидроцилиндров рабочих валков, второй блок ком" пенсации постоянной составляющей, подсоединенный своим входом к выходу второго. датчика давления, первый регуля ор давления, подсоединенный своим выходом к второй паре гидро- . цилиндров рабочих валков, третий датчик давления, подсоединенный своим входом к гидроцилиндрам опорных вал" ков, третий блок компенсации постоянной составляющей, подмединенный своим входом к выходу третьего датчика давления, второй регулятор давления подсоединенный своим первым выходом к гидроцилиндрам опорных валков, пер" вый блок формирования управляющего сигнала, подсоединенный своими входами к соответствующим выходам пер" вого и третьего блоков компенсации постоянной составляющей и выходом к первому входу второго регулятора давления, второй блок формирования управляющего сигнала, подсоединенный своими входами к соответствующим выходам первого, второго и третьего .блоков компенсации постоянной составляющей, выходом к первому входу Е первого регулятора давления, вторые входы первого и второго регуляторов давления соединены с входом насосной установки, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности прокатываемой,полосы в продольном3 ВВВ и поперечном направлениях и провыше" ния ее качества, в нее введены двухкамерный гидравлический цилиндр на СЛ полное усилие прокатки, установлен ный между станиной и подушкой опорно- файф го валка, четвертый датчик давления, СО подсоединенный своим входом к второй ф полости гидроцилиндра опорных валковчетвертый блок компенсации постояннойсоставляющей, подсоединенный своимвходом к выходу четвертого датчика давления, третий регулятор давления, подсоединенный своим первым выходом к второй полости гидроцилиндра опорных валков, первый сумматор, подсоединенный своими входами к соответствующим выходам первого блока формирования управляющего сигнала и треть1057136 Ц 2 Ь 35 его блока компенсации постоянной составляющей и выходом к первому входу третьего регулятора давления, электропривод нажимных винтов, подсоединенный своим выходом к нажимным винтам прокатной клети, датчик положения, подсоединенный своими входами к подуш-. ке нижнего опорного валка и станине клети, второй сумматор, подсоединенный своими соответствующими входами 1Изобретение относится к автоматизации прокатного производства и можетбыть использовано в устройствах регулирования толщины и профиля полосна листопрокатнцх станах,Известна система автоматическогорегулирования толщины и профиля проката, содержащая прокатную клеть,нажимные винты, электропривод нажимных винтов, гидроцилиндрц распораопорных валков, гидроцилиндры принудительного изгиба рабочих валков,электрогидравлические регуляторы давления рабочего тела в гидроцилиндрахраспора опорных валков и принудительного изгиба рабочих валков и датчикитолщины полосы на входе и выходе кле, ти.Недостатками данной системы являются удаленность датчиков толщины по-:лосы от очага деформации, что не позволяет производить регулирование высокочастотной составляющей разнотолщинности полосы и компенсацию эксцентриситета рабочих и опорных валков, а также невозможность в рамкаходноканальной структуры воспроизводить требуемый спектр частот с заданной амплитудой и допустимым фазовым запаздыванием в связи с эффектами насыщения в усилительных и исполнительных устройствах. Наиболее близкой к изобретению по технической. сущности и достигаемому результату является система автоматической стабилизации толщины полосы, содержащая прокатнуюклеть, первый датчик давления, подключенный своим входом к первой паре гидроцилиндроВ к выходам датчика положения и первогоблока формирования управляющего сигнала и выходом к второму входу электропривода нажимных винтов, адаптивнцйрегулятор толщины, подсоединенный своим выходом к первой паре гидроцилиндров рабочих валков, и датчик толщиныполосы, подсоединенный своим выходомк второму входу адаптивного регуля"тора толщины. 2рабочих валков, первый блок компенсации постоянной составляющей, подсоединенный своим выходом к первой паре гидроцилиндров рабочих валков и входом к выходу насосной установки, второй датчик давления подсоединенный своим входом к второй паре гидроцилиндров, второй блок компенсации постоянной составляющей, подсоединен 1 О ный своим входом к выходу второго датчика давления, первый регулятор дав ления, подсоединенный своим выходом к второй паре гидроцилиндров рабочихвалков, третий датчик давления, подсоединенный своим входом к гидроцилиндрам опорных валкоВ, третий блоккомпенсации постоянной составляющей,подсоединенный своим входом к выходутретьего датчика давления, второйрегулятор давления, подсоединенныйсвоим первым выходом к гидроцилиндрамопорных валков, первый блок формирования управляющего сигнала, подсоединенный выходом к первому входу второгго регулятора давления, второй блокформирования управляющего сигнала,подсоединенный своими входами к соот-ветствующим выходам первого, второгои третьего блоков компенсации постоянной составляющейи выходом к первомувходу первого регулятора давления,вторые входы первого и второго регуля"торов давления соединены с выходом насосной установки. Однако известная система не позво" ляет производить высокоточную стабилизацию продольной толщины полосы изза ограничении энергетических параметров канала гидрораспора опорных10571валков, ошибки информационного канала продольной разнотолщинности, связанной с изгибом шеек рабочих валков при работе канала гидравлического изгиба рабочих валков.5Система не дает возможности производить настройку,для прокатки на абсолютный размер.Цель изобретения - повышение точности прокатываемой полосы в продоль О ном и поперечном направлениях й повышение ее качества.1Поставленная цель достигается. тем, что в систему, содержащую пРокатную клеть, первый датчик давления, подключенный своим входом к первой паре гидроцилиндров рабочих валков, первый блок компенсации постоянной составляющей, подсоединенный своим вхо дом к выходу первого датчика давления, запорный клапан, подсоединенный своим выходом к первой паре гидро- цилиндров рабочих валков и входом к выходу насосной установки, второй датчик давления, подсоединенный своим входом к второй паре гидроцилиндров рабочих валков, второй . блок компенсации постоянной составляющей, подсоединенный своим входом к выходу второго датчика давления, первый регулятор давления, подсоединенный своим выходом к второй паре гидроцилиндров рабочих валков, третий датчик давления, подсоединенный своим входом к гидроцилиндрам опорных валков, третий блок компенсации постоянной составляющей, подсоединенный своим входом к выходу третьего датчика давления, второй регулятор давления, под 40 соединенный своим первым выходом к гидроцилиндрам опорных валков, первый блок формирования управляющего сигнала, подсоединенный своими входами к соответствующим выходам первого и третьего блоков компенсации постоян 45 ной составляющей и выходом к первому входу второго регулятора давления, второй блок формирования управляющего сигнала, подсоединенный своими входами к соответствующим выходам перво го, второго и третьего блоков компенсации постоянной составляющей, выхо.- дом к первому входу первого регулято" ра давления, вторые входы первого и второго регуляторов давления соединены с входом насосной установки, введены двухкамерный гидравлический цилиндр на полное усилие прокатки,36 4установленный между станиной и подушкой опорного валка, четвертый датчик давления, подсоединенный своим входом к второй полости гидроцилиндра опорных валков, четвертый блок компенсации постовнной составляющей, подсоединенный своим выходом к выходу четвертого датчика давления, третий регулятор давления, подсоединенный своим первым входом к второй полости гидроцилиндра опорных валков, первый сумматор, подсоединенный своими вхоами к соответствующим выходам первого блока формирования управляющего сигнала и третьего блока компенсации, постоянной составляющей и выходом к первому входу третьего регулятора давления, электропривод нажимных вин" тов, подсоединенный своим выходом к нажимным винтам прокатной. клети, датчик положения, подсоединенный своими входами к подушке нижнего опорного валка и станине клети, второй сумматор, подсоединенный своими соответствующими входами к выходам датчика положения и первого блока формирования управляющего сигнала и выходом к второму входу электропривода нажимных винтов, адаптивный регулятор толщины, подсоединенный своим выходом к первой паре гидроцилиндров рабочих валков и датчик толщины полосы,подсоединенный своим выходом к второму входу адаптивного регулятора толщины.На чертеже представлена схема системы регулирования толщины и профиляполосы для одной стороны клети,Для другой стороны клети схемасистемы и принцип ее работы аналогичны,Система автоматического регулирования толщины и профиля полосы содержит прокатную клеть 3, измерительныегидроцилиндры 2, датчик 3 давлениярабочего тела в измерительном контуре,преобразующий гидравлические сигналы изменения давления. в электрические импульсы, первый блок 4 компенсации постоянной составляющей, вырабатывающийна выходе сигнал отключения от начального давления в контуре, за-, порный клапан 5, отсекающий измерительный гидравлический контур от насосной установки, гидроцилиндры 6 противоизгиба датчик 7 давления рабочего тела в гидроцилиндрах противоизгиба, блок 8 компенсации постоянной составляющей, силовой двухкамер Ф 105 ный гидроцилиндр 9, датчик 10 давления рабочего тела в малой полости (канале тонкого регулирования) силового гидроцилиндра, блок 11 компенсации постоянной составляющей, датчик 5 12 давления рабочего тела в большой полости силового гидроц 14 линдра, блок 13 компенсации постоянной составляющей, блок 1 ч формирования управляющего сигнала регулирования продольной 10 толщиныпроката, блок 15 формирования управляющего сигнала регулирования поперечного профиля полосы, электрогидравлический регулятор 16 давления рабочего тела в гидроцилиндрах 15 противоизгиба рабочих валков, электрогидравлический регулятор 17 давления рабочего тела в малой полости силового гидроцилиндра, электрогид" равлический регулятор 18 давления 20 рабочего тела в большой полости сило- вого двухкамерного гидроцилиндра, сумматор 19, датчик 20 положения силового гидроцилиндра, сумматор 21, формирующий сигнал управления электро приводом нажимных винтов, электропривод 22 нажимных винтов 23 ЭПНВ, датчик 21 толщины полосы, установленный на выходе клети, и адаптивный регулятор 25 толщины, служащий для на- Зо стройки стана на абсолютный параметр,Система работает следующим образом.В режиме настройки клети на заданный размер обеспечивается заполнение полостей гидравлических контуров измерительного канала, канала противоизгиба и двухкамерного силового гидроцилиндра. От насосной установки (не показана) через открытый 40 запорный клапан 5 и регуляторы 16-18 давления заполняются измерительный 2, противоизгиба 6 и двухкамерный силовой 9 гидравлические цилиндры. При этом в гидроцилиндре противоизгиба создается давление по сигналу блока 15 формирования управляющего сигнала в соответствии с выбранным с.ртаментом. Двухкамерный силовой цилиндр занимает требуемое положение по сигналу датчика 20 положения (связь датчика положения 20 и сумматора 19 не показана, так как она используется только при вспомогательном режименастройки).Электрогидравлический привод 22 нажимных винтов 23 устанавливает последние в соответствии с необходимым раствором валков. 136В режиме прокатки при входе полосыв клеть запорный клапан 5 закрывается,создавая в измерительных гидроцилиндрах 2 замкнутый объем рабочего тела.Блоки ч, 8, 11 и 13 компенсации производят компенсацию начальных давлений в соответствующих гидроцилиндррах 2, 6 и 9Рассмотрим работу системы автоматического регулирования толщины полосы, канала регулирования профиля иадаптивного регулятора толщины.Каналы ЭПНВ и электрогидравлических приводов большой и малой камергидроцилиндра гидравлического нажимного устройства (ГНУ) предназначеныдля регулирования продольной толщиныпроката, а канал противоизгиба рабочих валков - для формирования поперечного профиля проката,Толщина полосы на выходе клетив результате снижения толщины подката на 11 изменяется на величинуолоМ ьМр (1)Мйприведенный модуль упругос"ти клети;Ир - приведенный модуль жесткостиизмерительной системы:И и - условная жесткость полосы.В результате на выходе датчика давления рабочего тела в указанной гидросистеме(2)где Бр - суммарная площадь измерительных гидроцилиндров.Быстродействующий канал - электрогидравлическийпривод малой камеры гидроцилиндра отрабатывает разнотолщинность полосы и тем самым обусловливает увеличение напряжения на выходе датчика 3 давления рабочего те-, ла в измерительных. гидроцилиндрах, В то же время напряжение на выходе датчика 1 О давления уменьшается в результате снижения давления рабочего, тела в малой камере гидроцилиндра при отработке воздействия в виде ступенчатого уменьшения толщины полосы.Соответствующим подбором коэффициентов передачи напряжения с выходов датчика 3 и 10 можно обеспечить по стоянство суммы этих напряжений, подаваемых на вход сумматоров 19 и 21.При этом электрогидравлический привод большой камеры гидроцилиндра иЭПНВ должны быть отключены.При подключении второго каналаэлектрогидравлического привода большой камеры гидроцилиндра полученноенапряжение на выходе сумматора 19обеспечивает автономную отработкуступенчатого уменьшения толщины полосы этим каналом, т.е. работу канала 10до тех пор, пока напряжение на выходах датчиков 3 и 10 не примет начальное значение. В результате в большойкамере гидроцилиндра установится новое значение давления рабочего тела 15и вся статическая нагрузка приращенияусилия прокатки будет скомпенсированаизменением этого давления. Гидросистемы (измерительная и малой камерыгидроцилиндра) придут в исходное состояние.Однако регулирование толщины полосы с помощью только ГНУ трудно реализуемо из-за ограниченного хода собственно силового гидроцилиндра. Поэтому для перестройки гидроцилиндра(возврата в исходное положение) предусмотрена работа ЭПНВОдновременнос ГНУ ЭПНВ осуществляет низкочастоную компенсацию. энергоемких возмуще- З 0ний, Полученное напряжение на выходедатчика 20 положения ГНУ обеспечивает автономную отработку ступенчатогоуменьшения разнотолщинности (отработку ступенчатого уменьшения высоты гид35роцилиндра каналом ЭПНВ, т.е. работудо тех пор, пока напряжения датчиков3 и 20 не примут прежние значения).В результате нажимные винты займутновое положение. ГНУ займет исходное 40положение.Таким образом, алгоритм функционирования системы стабилизации продольной разнотолщинности позволяетосуществлять автономную работу каналов системы, более рационально распределять усилие прокатки по каналам,наиболее полно использовать динамические и точностные возможности каждого канала и, следовательно, болеекачественно компенсировать частотные компоненты разнотолщинности прокатываемой полосы,Стабилизация продольной разнотолщинности 81 посредством силовых каналов приводит к изменению усилия прокатки и, как следствие, появлению поперечной разнотолщинности 8 6 в проката Компенсация указанного возму" щения осуществляется посредством гидравлического профилирования, основанного на принудительном противоизгибе валков путем приложения усилий к шнекам рабочих валков, Различие в жесткости клети у края и середины полосы, обусловленное изгибом осей рабочих валков, позволяет производить регулирование профиля активной образующей рабочих валков в основном за счет изменения неравномерности сплющивания по контакту рабочий валок - опорный валок.При неизменных величинах тепловой выпуклости и исходного профиля валков стабильность поперечной разнотол" щинности прокатываемой полосы обеспечивается при услоеии(3)вгде ьО - усилие противоизгиба;Р ЯМв,МВ - коэффициенты жесткости валковой системы при действииметалла на валки (Р) и усилия противоизгиба.Алгоритм двухканальной системы совмещенного регулирования ГНУ - противоизгибьй Я ЬОгде Ь й - приращение результативногоусилия ГНУ;Ь Р - приращение усилия прокатки;приращение усилия противоизгиба.Запишем выражение (4) применительно к предлагаемой системе как .К,ЬГН К 2(аР(+ЬР). Ь 0 = 0 р (5) где К,1, К 2 - коэффициенты приведения;Е 11 - усилие, развиваемое измерительной гидросистемой;Р - усилия, развиваемые гидроцилиндрами малого ибольшого диаметра соответственно.Сигнал на управление противоизгибом рабочих валков представляет собой сумму выходных сигналов (в прира" щениях) датчиков 3,10 и 12 давления и формируется в блоке 1 формирования управляющего сигнала. При прокатке в результате реально .существующих возмущающих воздействий, например при уменьшении толщины в продольном на" правлении, давление в измерительных гидроцилиндрах 2 возрастает, Сигнал,1057136 10считываемый с выхода датчика 3 давления, управляет каналом электрогидравлического привода малой камерыгидроцилиндра, каналом электрогидравлического привода большой камерыгидроцилиндра и каналом ЭПНВ такимобразом, что давление рабочего телав гидроцилиндре 6 уменьшается. Этимобеспечивается упругая деформацияклети и пластическая деформация по Олосы, а следовательно, восстановлениедавления в гидроцилиндрах 2 и компенсация продольной раэнотолщинности,т.е. 8 1 = 0. Так как реальный каналимеет конечное быстродействие, то про цесс регулирования будет иметь определенную инерционность. Поэтому длявысокочастотного информационногообеспечения системы .регулирования поперечной раэнотолщинности и для формирования безынерционного сигнала ожидаемой поперечной разнотолщинностинеобходима информация, исключающаяфактор потери ее из-за указанной инерционности каналов. Это достигается 25тем, что сигналы отклонения с выходадатчиков 3, 10 и 12 давления формируются в блоке 15 формированияуправляющего сигнала и подаются на вход электрогидравлическогоз З 0регулятора 16 давления, Причем параметры схемы суммирования подбираютсятаким образом, чтоы обеспечить выполнение соотношения 2),Таким образом, в момент приложениявозмущающего воздействия (скачкообразного уменьшения продольной раэнотолщинности) на выходе блока Формированияуправляющего сигнала мгновенно появляется сигнал КГН, Далее, по мере 40его компенсации, приоритетным становится сигнал КЬГ 1, который достига"ет своего максимального значенияпри К 15= 0 Следовательно, ужев момент приложения возмущения навыходе блока 15 Формирования управляющего сигнала имеем сигнал К 16 Г,величина которого с большой точностью характеризует ожидаемую поперечную разнотолщинность. Такое построение схемы реализует практическибезынерционный информационный каналрегистрации поперечной разнотолщинности проката.В связи с тем, что связь между сис темой регулирования продольной разнотолщинности и системой стабилизации профиля проката выполнена параметрической ( соотношение (5), система стабилизации поперечной разнотолщинности выполнена как статическая (применительно к контуру противоизгиба рабочих валков), Статизм канала противоизгиба рабочих валков обусловлен наличием обратной связи по давлению рабочего тела в гидроцилиндрах 6 противоизгиба в выхода датчика 7 давления через блок 8 компенсации постоянной составляющей на вход блока 15, формирования управляющего сигнала.Информационный канал, построенный по принципу контроля отклонений давления рабочего тела в измерительных гидроцилиндрах, обеспечивает прецизионное измерение отклонений толщины прокатываемой полосы от заданной, но не дает информации об абсолютной толщине прокатываемой полосы, Кроме того, возникающие во время прокатки возмущения, например тепловое расширение валков или неконтролируемые утечки рабочего тела из замкнутой измерительной гидросистемы, учитыва", ются неправильно.Для устранения указанных недостатков производится коррекция объема рабочего тела в измерительных гидро- цилиндрах 2 с помощью адаптивного регулятора 25 толщины в функции показаний датчика 24 толщины, установленного на выходе клети;1; Таким образом, введение двухкамерного гидравлического цилиндра на полное усилие прокатки, четвертого датчика давления, четвертого блока компенсации постоянной составляющей, третьего регулятора давления, первого сумматора и ЭПНВ позволяет осуществить трехканальный вариант подсистемы регулирования продольной толщины проката по инерционной структуре. Построение регулятора на основе итерационного алгоритма Функционирования каналов позволяет разделить требуемые энергетические параметры на низкочастотный, среднечастотный и высокочастотный диапазоны и разнести компенсацию возмущенийпо каналам. При этом осуществляется перераспределение энергетических и динамических параметров по контурам, т.е.,наиболее мощные и низкочастотные каналы работают одновременно с менее мощ- ными, но высокочастотными каналами. В результате система способна отрабатывать возмущения в большом сило1057136 12 Составитель Г. ЛызловОгар Техред М.Надь Корректор О Тиго Редак Тираж 816 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 13035, Москва, Е РауееиШеещЗаказ 9438/11 Подписноекомитета СССРи открытийская наб., длиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная вом диапазоне и в широкой полосе частот, включая возмущения от биенийопорных и рабочих валков. Конструкция силового двухкамерного гидроцилиндра выполнена таким образом, что 5малая полость гидроцилиндра имеетнебольшой объем и большую жесткостьстолба рабочего тела, поэтому небольшое приращение объема рабочего телавызывает значительное приращение давления в малой полости. Это позволяетзначительно. сократить расход рабочего тела при отработке высокочастотных воздействий, снизить мощностьустройства при отработке последних, 15т.е. мощность быстродействующего канала составляет порядка 15-20 ь общей полезной мощности, затрачиваемой на регулирование, и,как следствие, сниэисть стонмость. ГНУ. Кроме того, при параллельной работе камер силового гидроцилиндра по" вышается надежность нажимного устройства, так как при отказе одного привода регулирования может осуществляться- с помощью другого.Введение датчика положения и второго сумматора позволяет производить перестройку стана на прокатку различного сортамента. Введение датчика толщины и адаптивного регулятора толщины дает воэможность производить настройку стана на абсолютный размер прокатываемой полосы, что исключает разброс средней толщины прокатываемых полос в партии. Данное условие позволяет вести прокатку в суженых и минусовых допусках.Годовой экономический эффект от использования изобретения составит более 1 млн, руб.