Система управления нажимным механизмом прокатного стана

Союз СоветскикСоциалистическиеРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 908443В 21 В 37/00 но делам нзобретеннй н открытий.01(088.8) В.С. КостенкоКиевский институт автоматики им.с 1 езда КПСС(54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ НАЖНМНЬМ МЕХАНИЗМОМПРОКАТНОГО СТАНА Изобретение относится к контрольным и регулирующим устройствам прокатных станов и предназначено для автоматизированного управления нажим- ными механизмами прокатных станов, в частности обжимных и балочных,По основному авт.св. Р 747547 известна система управления нажимным механизмом прокатного стана.Для обеспечения надежности в известной системе запрещается прохождение очередного задания на перемещение нажимного винта до окончания отработки предыдущего задания.Однако отказы и сбои устройства формирования задания, заключающиеся в несвоевременной выдаче задания на отработку очередного перемещения после окончания отработки предыдуще гоперемещейия нажимного механизма,но до окончания прокатки слитка с установленным раствором валков, неконтролируемы и для многих типов станов,в частности обжимных и балочных, могут привести к прекращению автоматического управления, возникновениюаварийных ситуаций или к выпускубракованной продукции.Цель изобретения - повышение надежности системы,Для достижения поставленной целисистема дополнительно снабжена преобразователем код-временной интервал,регистром, схемой ИЛИ, схемой запрета, формирователем, схемой совпадения, триггером и схемой блокировки,причем первый выход регистра соединен с первым входом дополнительногопреобразователя код-временной интервал,.второй выход регистра соединенс первым входом схемы ИЛИ, второйвход которой соединен с выходом дополнительного греобразователя кодвременной интервал, выход схемы ИЛИсоединен со вторым входом дополнительной схемы запрета и с входомдополнительного формирователя, выходдополнительной схемы запрета сое90844 20 динен с управляющим входом схемы блокировки, информационный вход схемы блокировки соединен с первым выходом блока позиционного регулировани я, второй вход дополнительного преобразователя код-временной интервал.соединен с выходом схемы запрета и с первым входом триггера, выход дополнительного формирователя саединен с первым входом дополни тельной схемы совпадения, второй вход которой соединен с первым входом дополнительной схемы запрета,выход дополнительной схемы совпадения соединен с вторым входом триггера,выход триггера соединен с третьим входом устройства формирования задания,С помощью схемы блокировки запрещается прохождение в электропривод сигнала управления перемещением нажимного механизма при наличии на выходе дополнительной схемы запрета сигнала, формируемого при поступлении на первый вход дополнительной схемы запрета сигнала наличия усилия прокатки металла в валках и отсутствии сигнала на втором входе дополнительной схемы запрета, причем сигнал на второй вход дополнительной схемы запрета поступает через схему ИЛИ в случае наличия сигнала на втором выходе регистра либо при наличии на выходе дополнительного преобразователя код-временной интервал импульса, передний фронт которого формируетсяЭ 5 по сигналу с выхода схемы запрета, а длительность пропорциональна коду, поступающему с первого выхода регистра на первый вход дополнительного преобразователя код-временной интервал,На дополнительный вход устройства формирования задания принимается запоминаемый в триггере признак нарушения ограничений выдачи задания на отработку перемещений нажимного меха 45 низма при наличии усилия прокатки, для чего триггер сбрасывается в начальное состояние при каждом занесении уставки в блок позиционного регулирования импульсом с выхода схе 50 мы запрета и устанавливается в состояние, соответствующее нарушению названного ограничения, в случае наличия усилия прокатки и прохождения через дополнительную схемы совпадения на второй вход триггера импульса, 55 формируемого дополнительным формирователем по заднему фронту импульса на выходе схемы ИЛИ. Тем самым после ис 3 4течения с момента выдачи команды наначало перемещения нажимного механиз.ма фиксированного временного интервала запрещается отработка перемещения нажимного механизма при наличииусилия прокатки металла в валках,инициируется оперативное восстановление работоспособности, повышаетсянадежность (безотказность) системыуправления нажимным механизмом эасчет блокировки недопустимых защемлений металла в валках и за счетустранения без существенных отклонений процесса автоматического управления последствий нарушений работоспособности данного вида, вызванных сбоями устройства формированиязадания, сбоями датчиков и статистической неопределенностью информации,используемой при определении моментавыдачи задания на перемещение нажимного механизма,На чертеже изображена структурнаясхема системы управления нажимныммеханизмом прокатного стана.Система управления содержит устройство 1 формирования задания,блок2 позиционного регулирования, ключ 3,первый вход которого соединен с выходом устройства 1 формирования задания, а выход - со входом блока 2позиционного регулирования, формирователь 4, схему 5 совпадения, схему 6 запрета, преобразователь 7 кодвременной интервал, дополнительныйпреобразователь 8 код-временной интервал, регистр 9, схему ИЛИ 10,дополнительную схему 11 запрета, дополнительный формирователь 12, дополнительную схему 13 совпадения,триггер 14 и схему 15 блокировки,причем выход устройства 1 формирования задания соединен с входомформирователя 4, выход которого соединен с вторым входом схемы 5 совпадения и с первым входом схемы 6 запрета, выход схемы б запрета соединен с вторым входом преобразователя 7 код-временной интервал, первый вход которого соединен с вторымвыходом блока 2 позиционного регулирования, выход преобразователя 7код-временной интервал соединен свторым входом схемы б запрета, свторым входом ключа 3 и с первымвходом схемы 5 совпадения, выходкоторой соединен с входом устройства1 формирования задания, первый выходрегистра 9 соединен с первым входом5 9084 дополнительного преобразователя 8 код-временной интервал, а второй выход - с первым входом схемы ИЛИ 10, второй вход которой соединен с выходом дополнительного преобразователя 8 код-временной интервал,выход схемы ИЛИ 1 О соединен с вторым входом дополнительной схемы 11 запрета и с входом дополнительного формирователя 12, выход дополнитель О ной схемы 11 запрета соединен с управляющим входом схемы 15 блокировки, информационный вход которой соединен с первым выходом блока 2 позиционного регулирования, второй 15 вход дополнительного преобразователя 8 код-временной интервал соединен с выходом схемы 6 запрета и с первым входом триггера 14, выход дополнительного формирователя 12 сое динен с первым входом дополнительной схемы 13 совпадения, второй вход которой соединен с первым входом дополнительной схемы 11 запрета, выход дополнительной схемы 13 совпа дения соединен со вторым входом триггера 14, выход которого соединен с дополнительным входом устройства 1 Формирования задания.Система управления нажимным ме- Зо ханизмом прокатного стана работает следующим образом.В устройстве 1 формирования задания на основании информации от обслуживающего персонала, датчиков и других устройств формируется задание на отработку очередного перемещения и определяется момент выдачи этого задания через ключ 3 в блок 2 позиционного регулирования. 40 43 6 В блоке 2 позиционного регулирования в соответствии со значением полученной от устройства 1 Формирования задания уставки и значением кода текущего положения нажимного45 механизма, поступающего в блок 2 позиционного регулирования от датчика положения, формируется аналоговый сигнал управления, выдаваемый из него в электропривод нажимного механизма через схему 15 блокировки.Аналоговый сигнал управления Формируется как функция вычисленного и поданного на дополнительный выход блока 2 позиционного регулирования кода рассогласования между требуемым согласно задания и текущим положением нажимного механизма,Для реализации функции блока 2позиционного регулирования могутбыть использованы как специалиэиро"ванные устройства, так и стандартныеУВИ, микропроцессоры и система наих базе.В преобразователе 7 код-временнойинтервал, запускаемом по заднемуфронту импульса, сформированногов Формирователе 4 при завершении выдачи задания на отработку, формируется импульс, длительность которогоопределяет линейно зависимый от вычисленного в блоке 2 позиционногорегулирования кода рассогласованиявременной интервал,В течение данного временного интервала запрещается передача в блок2 позиционного регулирования черезключ 3 задания на отработку следующего перемещения, с помощью схемы 6запрета запрещается повторный запускпреобразователя 7 код-временной интервал на отработку временного интервала, определяемого отличным от ранеепринятого для преобразования кодомрассогласования,При. поступлении в течение данноговременного интервала нового заданияна отработку импульс, сформированныйв Формирователе 4, через схему 5 совпадения поступает в устройство 1формирования задания в качествепризнака нарушения работоспособностиданного вида, а отработка такого задания не начинается, так как уставка не проходит в блок 2 позиционногорегулирования.Задание на отработку, поступившее не во время действия импульса,формируемого преобразователем 7 кодвременной интервал, проходит в блок2 позиционного регулирования, а позаднему фронту импульса, сформированного в Формирователе 4, запускаетсяпреобразователь 7 код-временной интервал,Благодаря применению перечисленных схем и устройств, запрещаетсяФормирование на выходе блока 2 позиционного регулирования аналоговогосигнала управления при поступлениииз устройства 1 задания на отработкуочередного перемещения до окончания отработки предыдущего.В предлагаемой системе отработкаперемещения нажимного механизма в соответствии с сформированным в блоке 2 позиционного регулирования анало55 7 908443говым сигналом управления имеет место только при отсутствии сигнала науправляющем входе схемы 15 блокировки. Этот запрешающий отработкусигнал поступает с выхода дополнительной схемы 11 запрета, в том случае, когда на ее первом входе имеется сигнал наличия усилия прокатки металла в валках, а на второй еевход не поступает через схему ИЛИ 10 1 осигнал со второго выхода регистра9 или формируемый дополнительнымпреобразователем 8 код-временной интервал импульс, Длительность данного импульса пропорциональна значению 15 , кода на первом выходе регистра 9,передний фронт совпадает с моментом начала формирования аналоговогосигнала управления в блоке 2 позиционного регулирования. гоПри каждом занесении уставки вблок 2 позиционного регулированиятриггер 14 устанавливается в исходное состояние импульсом с выхода схемы б запрета, В состояние, соответствующее нарушению ограничений выдачи задания на отработку перемещений при наличии условия прокатки металла в валках, триггер 14 устанавливается в том случае, если 30после истечения с момента очередногозанесения уставки в блок 2 позиционного регулирования фиксированного временного интервала, задаваемого с помощью регистра 9 и дополнительного преобразователя 8 код-временной интервал, импульс, сформированный дополнительным формирователем 12 по заднему фронту названного временногоинтервала, совпадает по времени ссигналом наличия усилия прокатки металла в валках и на второй входтриггера 14 поступает импульс с выхода дополнительной схемы 13 совпадения.Признак нарушения ограничений выдачи задания на отработку перемещений при наличии усилия прокатки металла в валках с выхода триггера14 поступает на дополнительный вход50 устройства 1 формирования задания, Внутренняя структура и алгоритмы функционирования предлагаемого устройства 1 формирования задания и , известного идентичны в части всех функций, решаемых известным устройством формирования задания. Отличие состоит только н том, что предлагаемое устройс 1 во Ф рмнрг яания задания имеет дополнительный вход, наличиекоторого обеспечивает прием в негосигнала с выхода триггера 14 и инициализацию оперативного восстановления его работоспособности и системыв целом при гоступлении этого сигнала,Конкретная реализация приема сигнала на дополнительный вход устройства 1 формирования задания и инициализация оперативного восстановлениясистемы может быть выполнена какрешение известной технической задачис помощью известных техническихсредств.Для этого в составе предлагаемогоустройства 1 формирования заданияможет быть дополнительно использованузел ввода, абсолютно идентичный соответствующему узлу ввода, применяемому в известном устройстве формирования задания для приема сигнала свыхода схемы 5 совпадения. Действияпо оперативному восстановлению системы в случае поступления признаканарушения работоспособности с выходатриггера 14 аналогичньг приведеннымв описании известной системы операциям восстаНовления, инициируемымпри поступлении признака нарушенияработоспособности с выхода схемы 5совпадения. Например, при использовании в качестве устройства 1 формирования задания УВМ типа М 6000,м 7000 АСВТ-М таким узлом ввода в еесоставе является стандартный модульввода инициативных сигналов МВ вИГ, А622-4, а оперативное восстановлениеработоспособности системы заключается в запуске программы с контрольной точки, тестировании и программном переключении отказавших датчиков,Технические решения дополнительных преобразователя 8 код временнойинтервал, формирователя 12, схемы 3совпадения и схемы 11 запрета могутбыть идентичными соответствуюшим поназванию устройствам известной системы, В качестве схемы 15 блокировки может быть использовано электромагнитное реле, с управляющейобмоткой которого соединен выходдополнительной схемы 11 запрета,В качестве сигнала наличия усилияпрокатки металла в валках можетбыть использована информация датчиков-месдоэ, датчиков деформациистанины клети, датчика-измерителя30 Оперативное разрешение или запрещение блокировки отработки перемещения нажимного механизма по сигналу наличия усилия при прокатке металла в валках, а также оперативное изменение длительности формируемого пре 9 90844 статического момента на валу главного привода. Информация такого вида повсеместно используется в АСУ ТП прокатки при решении различных функциональных задач. 5Регистр 9 представляет собой схему для запоминания и оперативного изменения кода на первом выходе и. значения сигнала на втором выходе, например клавишное наборное поле, 1 О тумблерный регистр и др.Для того, чтобы реализуемые в системе блокировки перемещения нажим- ного механизма не приводили к уменьшению производительности стана при 15 использовании алгоритмов формирования команды на начало перемещения нажимного механизма с упреждением, учитывающим инерционность основного электромеханооборудования (порядка 20 нескольких датчиков миллисекунд для современных приводов) и допустимое время обжатия концов заготовки (до нескольких сотен миллисекунд), на время такого упреждения, определяе мое импульсом на выходе дополнительного преобразователя 8 код-временной интервал, блокировка выдаваемого в электропривод аналогового сигнала управления запрещается.Для отдельных прокатных станов, в частности обжимных и балочных, в зависимости от настройки системы управления электроприводом и параметров механооборудования клети35 Формирование сигналов управления на отработку перемещений нажимного механизма при наличии металла в валках может не являться нарушением работоспособности. Например, в зависимости от соотношения допустимой и Фактической величины отдачи нажимных винтов может возникнуть необходимость компенсации такой отдачи за счет перемещения нажимного механизма после захвата металла валками. Причем целесообразность или нерациональность такого режима может устанавливаться в процессе работы системы, например после профилактических ремонтов электромеханооборудования клети. 3 1 Ообраэователем 8 код-временной интервал импульса за счет установленияв регистре 9 соответствующего значения сигнала на втором выходе икода на первом выходе позволяет использовать предлагаемые схемы контроля и блокировки при различныхрежимах работы системы и алгоритмахформирования команды на начало перемешения нажимного механизма,Таким образом, с помощью предлагаемых схем фиксируются нарушенияработоспособности системы управления нажимным механизмом прокатногостана, заключающиеся в формированиисигнала управления перемещением нажимного механизма при наличии усилия прокатки металла в валках,блокируется отработка таких перемещенийи инициируется оперативное восстановление системы управления нажимныммеханизмом,Огеративное восстановление системыуправления нажимным механизмом прокатного стана позволяет ликвидироватьпоследствия обнаруженных нарушенийработоспособности без прерыьанияи существенных нарушений процессаавтоматического управления, если такие нарушения вызваны сбоями устройства формирования задания, сбоями,устранимыми отказами датчиков и статистической неопределенностью информации, используемой при определениимомента выдачи задания на перемещение,Таким образом, повышение надежности системы управления нажимныммеханизмом прокатного стана достигается за счет расширения области контролируемых нарушений работоспособности (дополнительное ограничение навременное положение уставок, посту-,пающих из устройства 1 формированиязадания) и устранения последствийбольшей части выявленных нарушений,происходящих вследствие сбоев устройства 1 формирования задания,сбоев, устранимых отказов датчиков истатистической неопределенностиинформации, используемой гри определении момента выдачи в блок 2 позиционного регулирования уставки наотработку очередного перемещения. В случае использования устройстви алгоритмов формирован я заданияи позиционного регулирования, системуправления электроприводом, при рабо908443 те которых нарушения работоспособности рассмотренного вида принадлежатмножеству наиболее опасных отказов(например, при автоматическом выборе момента начала отработки количество нарушений работоспособности данного типа соизмеримо с общим числомнарушений работоспособности), наработка на отказ, приводящий к прекращению автоматического управления 36или к возникновению аварийных ситуаций, может быть увеличена в несколь.ко раз по сравнению с известнойсистемой. Расчетное значение экономическойэффективности, достигаемой за счеттакого повышения надежности прииспользовании предлагаемой системыуправления нажимным механизмом прокатного стана в составе АСУ режимами обжатий высопопроизводительногоблюминга с годовой экономическойэффективностью 500 тыс.руб., составляет не менее 12 тыс.руб. в год сучетом только одной из составляющихзкономии - уменьшения суммарноговремени отключения системы из режимаавтоматического управления после отказов наиболее опасного вида, приводящих к возможности возникновенияаварийных ситуаций или выпуска бра.ка.Зкономическая эффективность,связанная с повышением надежностисистемы управления нажимным механиз 35мом прокатного стана, возрастает принедопустимости ручного управленияи длительных отключений АСУ,12Формула изобретенияСистема управления нажимным механизмом прокатного стана по авт.св, 1 У 747547, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности системы, она дополнительно содержит преобразователь код-временной интервал, регистр, схему ИЛИ, схему запрета, формирователь, схему совпадения, триггер и схему блокировки, причем первый выход регистра соединен с первым входом дополнительного преобразователя код-временной интервал, второй выход регистра соединен с первым входом схемы ИЛИ,второй вход которой соединен с выходом дополнительного преобразователя код-временной интервал, выход схемы ИЛИ соединен с вторым входом дополнительной схемы запрета и с входом дополнительного формирователя, выход дополнительной схемы запрета соединен с управляющим входом схемы блокировки, информационный вход схемы блокировки соединенс первым выходом блока позиционного регулирования, второй вход дополнительного преобразователя код-временной интервал соединен с выходом схемы запрета и с первым входом триггера, выход дополнительного формирователя соединен с первым входом дополнительной схемы совпадения, второй вход которой соединен с первым входом дополнительной схемы запрета, выход дополнительной схемы совпадения соединен с вторым входом триггера, выход триггера соединен с третьим входом устройства формирования задания.908443 ваков орректор А. взят аака ком и л ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 Составитель В,Редактор А. Лежнина Техре; Р.Олиян2/10Тираж 842 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Иосква, К, Раущ