Система совместного регулирования толщины и профиля полосы при прокатке

(51) ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ СВИДЕТЕЛЬСТВУ К АБТОРСК СТНОГО РЕГУЛИР ПРОФИЛЯ ПОЛОС ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР(71) Научно-и роизводствен ное обьедин ение "Черметавтоматика".,Мацапцгпа, Н,О 9 а, ЯЬаре апб Ргалие Согпго аког мгр гопц Соптго - ТЬеогу апб абчапсеб ТесЬпооцу, 1985, У,1, р.47 - 70.Сергеев А.С.Тенденции совершенствования систем контроля и управления плоскостностью полосы за рубежом, Обзорн,информ./Ин-т "Черметинформация", М, 1987, с,34-38. Изобретение относится к прокатномупроизводству, точнее к контрольным и регулирующим устройствам прокатных станов, иможет быть использовано в системах автоматического регулирования геометрическихпараметров полос, прокатываемых на непрерывных прокатных станах,Известны системы совместного регулирования толщины и профиля полосы, содержащие контур регулирования толщиныполосы с блоком формирования сигналакоррекции профиля валков и контур регулирования профиля полосы с датчиком и задатчиком усилия принудительного изгиба .валков 1,23,(54) СИСТЕМА СОВМЕ ОВАНИЯ ТОЛЩИНЫ И Ы ПРИ ПРОКАТКЕ(57) Изобретение относится к прокатному производству, точнее к контрольным и регулирующим устройствам прокатных станов, и может быть использовано всистемах автоматического регулирования геометрических параметров полос, прокатываемых на непрерывных прокатнь х станах, в частности на непрерывных широкополосных станах горячей прокатки. Цель изобретения - повышение устойчивости процесса прокатки и улучшение плоскостности полосы путем коррекции усилия принудительного изгиба валков в функции параметров изменения межвалкового зазора. При изгибе прокатных валков учитываются изменения зазора между рабочими валками клети в процессе прокатки, что позволяет стабилизировать вытяжку металла по ширине полосы и, как следствие этого, исключить возникновение волокнистости и коробоватости полосы. 1 ил,Из из лировани прокатке мому ре является равления ва с дат нажимно усилием датчиком тельного та дефо подключе напряжен катки, к д вестных систем совместного регуя толщины и профиля полосы при наиболее близкой к предлагаешению по технической сущности система, содержащая контур упположением нажимного устройстчиком и задатчиком положения го устройства, контур управления принудительного изгиба валков си задатчиком усилия принуди- изгиба валков, устройство расчермации клети, входы которого ны к датчику суммарногО усилия ия клети, задатчику усилия проатчику и задатчику усилия прину1731320 Лу= (Лд, - уз.дЛЬ), (3)1й д,;/Ь = д,; -В,где дь,Ь и дь - ,Ь- - поперечная разнотолщинность (поперечный профиль) и толщина полосы соответственно в -й и ( - 1)-й клетях.Из выражения (1) следует, что система совместного регулирования толщины и профиля должна обеспечить прокатку полос не только с заданными значениями толщины и профиля на выходе стана (и = йзад, дь = дьззд), но должна также обеспечить для -й клети равенство отношения у = дь /й заданному относительному профилю прокатываемой полосы узад, т,е. система должна обеспечить выполнение условия Лдь;д =- ЛУ;д Ь=-(Ьд - узад ЛЬ),для чего усилие принудительного изгиба валков должно быть изменено на величину у = узад, где узад = Аэад/Ьзад. (2) При независимом регулировании параметров дь и пь как это имеет место в известных системах, условие(2) не выполняется,за Л ), (4) Это связано, во-первых, с различиями в бы Уззд)стродействии систем регулирования попеСречного профиля и толщины полосы (в где М 8 - жесткость валков по усилию прирегуляторах поперечного про иля используются, как правило, гидравлические на- (4) соответствует использованию системыы, в то время как в дополнительного изгиба валков, а знак "-" - кимные механизмы, в то в емя как в дительного изгиба валков, с блоком расчета сигнала компенсации прогиба валков под действием усилия прокатки, контур коррекции положения нажимного устройства по показаниям толщиномера на выходе стана с задатчиком относительного поперечного профиля полосы, причем выход контура коррекции положения нажимного устройства и выход устройства расчета деформации клети подключены соответственно к первому и второму входам контура управления положением нажимного устройства, а выход блока расчета сигнала компенсации прогиба валков подключен к выходу контура управления усилием принудительного изгиба валков 3),Недостаток известной системы связан с тем, что при регулировании изгиба прокатных валков не учитываются фактические изменения в процессе прокатки зазора между рабочими валками клети, что приводит к нестабильности вытяжки металла по ширине полосы и, следовательно, к образованию волнистости и коробоватости полосы в межклетевых промежутках и на выходе стана.Известно, что устойчивость процесса и рокатки, характеризующаяся свойством проката сохранять свою форму при переменных внешних воздействиях, достигается выполнением условия регуляторах толщины - электромеханические), а также наличием на практике различных ограничений на работу регуляторовтолщины - ограничений на частоту включе 5 ния, на диапазон перемещения нажимногомеханизма и т.д. Кроме того, при прокаткенекоторых профилей регуляторы толщиныпо тем или иным причинам вообще выводятся из работы. Перечисленные факторы при 10 водят к более значительным колебаниямпри прокатке толщины полосы по сравнению с колебаниями ее поперечного профиля,Колебания толщины, в свою очередь,15 приводят к нарушению условия (2) и, следовательно, к неустойчивости процессапрокатки, образованию волнистости и коробоватости полосы,Влияние нестабильности параметра Ь20 на относительный поперечный профиль полосы у определяется выражением 25где Ьдц и Лй - изменения под действием возмущающих факторов поперечного профиля и толщины полосы в 1-й клети от заданных значений дь зд и пзадИз выражения (3) следует, что влияниенестабильности толщины полосы Л й на параметр у тем сильнее, чем больше значение уезд относительного поперечного профиля полосы и, следовательно, чем больше заданный поперечный профиль полосы дь 3 яд и меньше ее толщина йззд, и только при прямоугольном поперечном профиле (узад = О) изменения толщины полосы не влияют на 40 устойчивость процесса прокатки.Из выражения (3) также следует, что длясохранения заданного относительного поперечного профиля полосы прокатные валки должны быть принудительно изогнуты на величинусистемы принудительного противоизгиба валков),Следовательно, управляющий сигнал на изменение усилия принудительного изгиба валков -й клети должен формироваться как с учетом изменений поперечного профиля полосы Лдь, так и с учетом фактических изменений ее толщины ЛЬ в продольном направлении И только в частных случаях, при узад = 0 или Л Ь = О, управляющий сигнал на изменение усилия принудительного изгиба валков должен вырабатываться. ак и в известной системе, в соответствии с алгоритмом Л Озад =ЛдЦелью изобретения является повышение устойчивости процесса прокатки и улучшение плоскостности полосы путем коррекции усилия принудительного изгиба валков в функции параметров изменения межвалкового зазора,В предложенной системе фактические изменения толщины полосы в -й клети определяются путем суммирования сигнала о величине изменения деформации клети Л Я с сигналами Язад и Я заданным и фактическим положениями нажимного устройства и сигналом Л Я коррекции нажимного устройства по показаниям толщи- номера на выходе стана; так какЛЬ= ЛО/к+ ЛЯ,где ЛЬ = Язад+ ЛЯ - Я,то, следовательно,Л 1 = ЛЮ+ 3 зад+ ЛЯ - Б, (5)Умножение на параметр узад, сложение и масштабирование сигналов дц и ЛЬ в соответствии с алгоритмом (4) осуществляются соответственно множительным устройством и суммирующими усилителями с соответствующим выбором их коэффициентов передачи,Значения величин Лд 1 и ЛЯ рассчитываются, как и в известной системе, в соответствии с зависимостямиЛдь - 1/М Л РДВ/-1/М, (ДР,+М /МЛа), Р)где МВ - жесткость валков по усилию проРкатки;М, и М - жесткость клети соответственно по усилию прокатки и усилию принудительного изгиба валков;5 10 15 20 25 30 35 40 45 ,50 55 ЛР; и ЛО - соответственно отклонения усилия прокатки и усилия принудительного изгиба валков от заданных значений.В свою очередь значения Л Р и Л О, определяются по сигналам с датчиков суммарного усилия напряжения клети и усилия принудительного изгиба валков и сигналам с задатчиков.усилия прокатки и усилия принудительного изгиба валков:Л Р = Рзад (ЙГО) 8Л О = Озад - ОЬ где Рзад - заданное значение усилия прокатки;Озад и О - заданное и измеренное значения усилия принудительного изгиба валков;Я - суммарное усилие напряжения клети,На чертеже представлена структурная схема системы совместного регулирования толщины и профиля полосы при прокатке,Система содержит контур 1 управления положением нажимного устройства 2 клети , включающий регулятор 3 положения. да,- чик 4 и задатчик 5 положения нажимнога устройства, причем первый и второй вход,: регулятора 3 подключены соответственно к датчику 4 и задатчику 5, а выход регулятора 3 подключен к нажимному устройству 2, контур 6 управления усилием принудительного изгиба прокатных валков, включающий злектрогидравлический преобразователь 7, подключенный к гидроцилиндрам противо- изгиба рабочих валков -й клети, регулятор 8, датчик 9 и задатчик 10 усилия принудительного изгиба валков, причем первый и второй входы регулятора 8 подключены соответственно к датчику 9 и задатчику 10, а выход регулятора 8 подключен к злектрогидравлическому преобразователю 7, устройство 11 расчета деформации клети , включающее последовательно включенные задатчик 12 ширины, нелинейный элемент 13 и множительное устройство 14, входящие в блок 15 расчета сигнала компенсации прогиба валков под действием усилия прокатки, сумматоры 16, 17 и 18, масштабные преобразователи 19 и 20, причем выход сумматора 16 подключен к второму входу множительного устройства 14 и к первому входу сумматора 18, выход сумматора 17 подключен через масштабный преобразователь 19 к второму входу сумматора 18, выход которого, в свою очередь, подключен к масштабному преобразователю 20, контур 21 коррекции положения нажимного устройства по показаниям толщиномера 22 на выходе стана, включающий задатчик 23 толщины полосы на выходе стана, задатчик 24 относительного поперечного профиля полосы и вычислительное устройство 25, первый, второй и третий входы которого подключены соответственно к задатчикам 23, 24 и толщиномеру 22, четвертый, пятый и шестой входы используются для ввода в вычислительное устройство значений коэффициента коррекции 1 пь скоростей прокатки чп и чп 1 соответственно в -Й и )-Й (последней) клетях чистовой группы стана, последовательно соединенные первый суммирующий усилитель 26, множительное устройство 27, инвертор 28 и второй суммирующий усилитель 29, Первый и второй входы сумматора 16, являющиеся первым и вторым входами устройства 11 расчета деформации клети, подключены соответственно к датчику 30 суммарного усилия растяжения клети и к задатчику 31 усилия прокатки, третий вход сумматора 16, соединенный с первым входом сумматора 17, и второй вход сумматора 17, являющиеся одновременно третьим и четвертым входами устройства 11, подключены соответственно к датчику 9 и задатчику . 10 усилия принудительного изгиба валков. Выход масштабного преобразователя 20, являющийся одновременно выходом устройства 11, подключен через разъединительный контакт 32 схемы включения регулятора толщины к третьему входу регулятора 3 положения, являющемуся одновременно первым входам контура 1 управления положением нажимного устройства, Первый и второй выходы вычислительного устройства 25, являющиеся одновременно первым и вторым выходами контура 21 коррекции, подключены соответственно к четвертому входу регулятора 3 положения, являющемуся одновременно вторым входом контура 1 управления положением нажимного устройства, и к третьему входу регулятора 8 усилия, являющемуся одновременно первым входом контура буправления усилием принудительного изгиба валков. Первый, второй, третий и четвертый входы суммирующего усилителя 26 подключены соответственно к выходу устройства 11 расчета деформации клети, к первому выходу контура 21 коррекции положения нажимного устройства, к датчику 4 и задатчику 5 положения нажимного устройства. Второй вход множительного устройства 27 и второй вход суммирующего усилителя 29 подключены соответственно к задатчику 24 относительного поперечного профиля полосы и к выходу множительного устройства 14, являющемуся одновременно выходом блока 15 расчета сигнала компенсации прогиба валков под действием усилия прокатки. Выход суммирующего усилителя 29 подключен к четвертому входу регулятора 8 усилия, явля ющемуся одновременно вторым входомконтура 6 управления усилием принудительного изгиба валков.Система работает следующим образом, При настройке стана на прокатываемый 10 сортамент (полоса в клетях в это время отсутствует) устройство 11 расчета деформации клети и контур,21 коррекции положения нажимного устройства отключены от контуров 1 и 6 управления положением нажимно го устройства и усилием принудительногопротивоизгиба валков (коммутационные контакты, кроме контакта 32, на схеме не показаны), при этом положение нажимного устройства 2 и усилие противоизгиба вал ков, развиваемое гидроцилиндрами клети спомощью электрогидравлического преобразователя 7, определяются только выходными сигналами задатчиков 5 и 10. В зависимости от сортамента при настройке 25 стана в задатчики 5, 10 и 31 вводят заданные(настроечные) значения параметров и рокатки в -Й клети; положение нажимного устройства Язад, соответствующее заданному зазору между ненагруженными рабочими 30 валками, усилие противоизгиба валков 01 зади усилие прокатки Рзад, а в задатчики 12, 23 и 24 - заданные номинальные геометрические параметры готовой полосы: ширина Взад, тоЛЩИНа Пзад, ОтНОСИтЕЛЬНЫй ПОПЕРЕЧ ный профиль узад. Одновременно в вычислительное устройство 25 вводят значение коэффициента коррекции 1 пь определяющего величину М коррекции нажимного устройства -й клети в функции отклонения 40 толщины полосы на выходе стана Ьи; ЛЯк= Км ЛЬ, а также сигналы нм и чп с датчиков скорости прокатки соответственно в 1-й и)-й клетях (на схеме не показаны).ПОСЛЕ ВВОДа ПаРаМЕтРОВ Язад И Озад 45 нажимное устройство 2 устанавливается вПОЛОЖЕНИЕ 31 О= Язад, а УСИЛИЕ ПРОтИВОИЗГИ- ба валков принимает значение Ою = Озад, При этом сигналы на выходах датчика 4 и задатчика 5 (и соответственно на первом и 50 втором входах регулятора 3) равны междусобой, равны между собой и сигналы на выходах датчика 9 и задатчика 10, первом и втором входах регулятора 8. 55 Введенные параметры определяют задаННЫЕ ЗНаЧЕНИя Ьзад, тоЛщИНЫ И %задпоперечного профиля полосы на выходе 1-Йклети с учетом расчетного значения усилияпрокатки Р = Рзад.цзад = 3 зад+ Юзад4 зад = А 0+ Рзад/Ма Озад/МаР, а 1 М,где Якзад =(Рзад+ Озад) деМ Мформация -й клети, приведенная к зазору между рабочими валками;дую 0 - профиль зазора между ненагруженными валками, определяемый станочной и тепловой профилеровками валков.Однако в процессе прокатки усилие Р на остается постоянным, а изменяет свое значение под действием различных возмущающих факторв. Зто приводит к изменению деформации прокатных валков и всей клети и, как следствие, к продольной и поперечной разнотолщинности полосы и изменению ее относительного поперечного профиля.Продольная разнотолщинность определяется в этом случае непосредственно велИ 5 10 15 20 чиной изменения деформации клети ЬЬ = 25= ЛЯ, а поперечная разнотолщинность Ьдь и изменение относительного поперечного профиля Ьу - выражениями (6) и (3).С целью выработки сигналов для регулирования толщины и поперечного профиля 30 полосы в устройстве 11 сначала рассчитываются значения параметров Ь Р 1 и ЛО. Расчет выполняется с помощью сумматоров 16 и 17, которые осуществляют сложение и вычитание сигналов с датчиков 9 и 30 и задат чиков 10 и 31 в соответствии с алгоритмами, (8) и (9). С выхода сумматора 17 сигнал ЬО отклонения усилия противоизгиба валков поступает через масштабный преобразователь 19 с коэффициентом передачи. 40 Мк /Мк на второй вход сумматора 18, где в соответствии с алгоритмом (7) суммируется с сигналом Ь Р отклонения усилия прокатки, поступающего на его первый вход с выхода сумматора 16. Суммарный сигнал с 45 выхода сумматора 18 масштабируется в преобразователе 20 в соответствии с коэффициентом передачи 1/М и поступает наРвыход устройства 11 в. качестве сигнала Люк изменения деформации -й клети.Одновременно с выработкой .сигнала ак в блоке 15 устройства 11 вырабатывается сигнал ЛОзад компенсации изменения прогиба валков под действием усилия прокатки Л Р, Для этого сигнал Ь Р отклонения усилия прокатки с выхода сумматора 16 подается на второй вход множительного устройства 14, где он перемножается с величиной Ка, вводимой из элемента 13 в зависимости от заданной в задатчике 12 шиРины полосы Взад,Величина Ка определяется условием равенства приращений прогиба валков поддействием усилия прокатки Ь,Р и усилияпринудительного изгиба валков ЬО и численно равна отношению жесткости валковМС и М: к 0 = Мв /МВ,Таким образом, при отклонениях усилияпрокатки от заданной величины на выходеблока 15 формируется сигнал управленияпротивоизгибом валков ЬОзад = К 0 ЬР =Р= Мю /Мв Ь Р, При работе системы в режиме автоматического регулирования толщины полосы (контакт 32 схемы включениярегулятора толщины замкнут) сигнал в =Р(Ь Р+ - ЬО) с выхода устройст 1 МкМ Мва 11 расчета деформации клети поступаетна первый вход контура 1 управления положением нажимного устройства. Нажимноеустройство изменяет зазор между рабочимивалками относительно значения Ьзад на величину М = - Лак, стабилизируя тем самымтолщину полосы на выходе 1-й клети относительно заданного значения йзадПри несоответствии толщины полосы навыходе стана заданному значению Ьзад ввычислительном устройстве 25 вырабатывается сигнал Мк коррекции положения нажимного устройства -й клети;М = сп Ь,где Л- сигнал отклонения толщины полосы на выходе стана, равный разности сигналов с задатчика 23 толщины и толщиномера 22,Сигнал Мк с первого выхода контура 21 коррекции подается на второй вход контура 1, изменяя тем самым заданное, значение толщины полосы на выходе 1-й клети,Коррекция положения нажимного устройства по показаниям толщиномера на выходе стана изменяет относительный поперечный профиль полосы. Для сохранения устойчивости процесса прокатки необходимо одновременно с коррекцией толщины осуществлять и коррекцию усилия принудительного изгиба валков -й клети, Сигнал коррекции ЬО рассчитывается в вычислительном устройстве 25 из условия одинакового приращения относительного поперечного профиля полосы в клетях(Ьу= = сопзт) стана по алгоритмуЛО = -М (ЛЗ Ьп)узад0 Ьи псдае;ся через второй выход контура 21 на первый вход контура 6 управления усилием принудительного изгиба валков,Регулирование усилия принудительногс изглба валков в соответствии с алгоритмом 4) осуществляется в системе по сигналам, поступающим через суммирующий усилитель 29 на второй вход контура 6 управления с выхода блока 15 расчета сигнала компенсации изгиба валков поддействием усилия прокатки и с цепочки последовательно включенных суммирующего усилителя 26., множительного устройства 27 и инвертора 28, формирующей сигнал Озад В функции параметров измеЯненля межвалкового зазора и, следовательно, толщины полосы,В соответствии с выражением (5) сигнал на выходе суммирующего усилителя 26 равсн . й - отклонению толщины полосы от .адаого значения. Этот сигнал после переглксзкения в устройстве 27 с величиной уззд, поступающей на второй вход множительного устоойства 27 с задатчика 24 относительного поперечного профиля, инвертируется в инверторе 28 и подается на первый вход суммирующего усилителя 29, на второй вход которого подается сигнал с выхода блока 15.Если коэффициент передачи суммирующего усилителя 29 по первому входу выбрать равным Мз, а по второму - единице,Отс эегулраввине усилия изгиба валков осуществляв. ся по результирующему сигналуР л, Я ЛОзад = Ьлзад + сь Озад Мь .: с-- й Р - М 6 уззд Л Ь,Мробеспечивая устойчивость процесса прокатки без волнистости и коробковатости полосы,В частных случаях работы стана управляющий сигналЛОзад = ЛР при ЛЬ =ММ 6еАи/к Л Я = ОЬ Оззд = + Мв ( Л Р уззд Лщо)СМГпри ЛЗ=О,т.е. в случае вывода САРТ полосы из работыконтакт 32 разомкнут),Пс сравнению с лучшими действующими системами использование изобретенияобеспечивает снижение отсортировки ме 10 20 валков, контур коррекции положения нажимного устройства, содержащий толщи- номер, задатчики толщины полосы, отнсслтельного поперечного профиля полосы и вычислительное устройство, причем выходы контура коррекции положения нажимиого устройства и устройства расчета деформации клети подсоединены соответстьенно к первому и второму входам контура управления положением нажимного устройства, о тлича ющаяся тем,что,с целью повышения устойчивости процесса прокатки и улучшения плоскостности полосы путем коррекции усилия принудительного изгиба валков в функции параметров изменения межвалкового зазора, она снабжена последоватегьно соединенными первым суммирующим усилителем, множительным устройством, инвертором и вторым суммирующим усилителем при этом входы первого суммирующего усилителя подсоединены соответственно к выходам устройства расчета деформации клети, контура коррекции положения иажимного устройства, датчика и задатчика положения нажимного устройства, вторые входы множительного устройства и второго суммирующего усилителя подсоединены соответственно к задатчику относительного поперечного профиля полосы и выходу блока расчета сигнала компенсации прогиба валков устройства расчета деформации клети, а выход второго суммирующего усилителя подсоединен к. входу контура управления усилием принудительного изгиба валков,25 30 35 40 45 50 55 талла во второй сорт по дефектам формы в среднем на 0,020 за счет улучшения плоскостности прокатной полосы, а также сокращение брака по недокатам и дефектам формы в среднем иа 0,100 за счет повышения устойчивости процесса прокатки. Формула изобретения Система совместного регулированиятолщины и профиля полосы при прокатке,содержащая контур управления положением нажимного устройства с датчиком, задатчиком и регулятором положения нажимного устройства, контур управления усилием принудительного изгиба валков с датчиком, задатчиком, регулятором усилия принудительного изгиба валков и электрогидравлическим преобразователем, устройство расчета деформации клети с блоком расчета сигнала компенсации прогиба валков, входы которого подсоединены к датчику суммарного усилия напряжения клети, задатчику усилия прокатки, к датчику и задатчику усилия принудительного изгиба1731320 ставитель И.Бельчанскхред М.Моргентал Корректор Э.Лончакова Редакто чикова дственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 1533 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5