Устройство для измерения межклетевых натяжений проката

, вховертвто СР СО УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ НИЕ ИЗОБ МУ СВИДЕТЕПЬСТ(46) 07.09.83. Вюл. Р 33 (72) В.Л, Савченко, А.П.,Петров, О.Н. Сосковец и В.Д. Демин (71) Особое проектно-конструкторское бюро Научно-производственного объединения Черметавтоматикаф (53) 621.771.58-531(088.8) (56) 1. Заявки Японии Р 55-1131, клф. В 21 В 37/06, 1980.2. (чайпеРН. М(п 1 во 11 цЯгее 1 цпЕ Уцг Иагшча 1 гв 1 гафеп. Рея ЖЕМ-Е 0 еп 1 го -Ап 1 аяепЬап. ВИ. 15, 1979, Р 4, 8. 163-167.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МЕЖКЛЕТЕВЫХ НАТЯЖЕНИЙ ПРОКАТА в непрерывных.прокатных станах, содержащее датчик тока якоря электродвигателя предыдущей клети, датчик скорости вращения вала электродвигателя., датчик ЭДС этого же электродвигателя датчик наличия металлав предыдущей клети, датчик давления металла на валки этой же клети, шесть сумматоров, три блока усиления, три блока умножения, четыре блока интегрирования, два ключа и элемент НЕ причем выход датчика тока якоря электро-двигателя соединен с первым входом первого сумматора, первый выход датчика скорости соединен с первым входом второго сумматора, выход которого соединен с входом первого блока усиления, первый выход кбторого соединен с вторым входом первого сум" матора, выход датчика ЭДС соединен с первым входом третьего сумматора, выход которого. соединен с входом второго блока интегрирования, первый выход которого соединен с первым входом первого блока умножения, а второй выход - с первым входом второго блока умножения, второй вход .последнего, соединен с вторым выходом ,датчика скооости, а выход второго 801039600А а умножения соединен с вторымдом третьего сумматора, выход четого сумматора соединен с входомрого блока усиления, выход которого соединен с первым входом первого ключа, а второй вход последнего соединен с первым выходом элемента НЕ, вход которого подсоединен к первому выходу первого датчика наличия металла, выход первого ключа соединен с входом третьего блока. интегрирования, первый выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора, а второй выход третьего блока интегрирования соединен с пер вым входом пятого сумматора, выход третьего блока умножения соединен с первым входом шестого сумматора, выход которого соединен с входом третьего блока усиления, а первый выход последнего соединен с первым входом второго ключа, второй вход которого соединен с вторым выходом первого датчика наличия металла, вы.ход второго ключа соединен с первым входом четвертого блока интегрирования, второй вход которого соединен с вторым выходом элемента НЕ, а выход четвертого блока интегрирования соединен с первым входом третьего блока. умножения, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что с целью повышения точности измерения межклетевых натя-, жений и повышения качества проката, в него дополнительно введены четвертый блок умножения, четвертый блок усиления, третий ключ и второй датчик наличия металла ъ последующей клети, причем первый вход четвертого блока умножения соединен с вторым выходом первого блока усиления, второй вход четвертого блока умножения соединен с третьим выходом второго блока интегрирования, первый выход четвертого блока умножения соединен с вторым входом пятого сумматора, а второй выход - с вторым входом1039600 ОЗ -3 йД четвертого сумматора, треий входкоторого соединен с выходом четвер"того блока усиления, а вход последнего - с первым выходом датчика давления, нторой выход датчика давления соединен с вторым нходом третьего блока умножения, выход пятогосумматора соединен с вторым нходомшестого сумматора, а выход первогосумматора соединен с входом первого1 1Изобретение относится к контроль,ным и регулирующим .устройствам прокатных станов, реагирующим на изменение натяжения проката, например на станах горячей прокатки, и может 5 быть испольэовано.в черной металлургии, в прокатном производстве.Известно устройство для измерения натяжения проката н непрерывном прокатном стане, содержащее датчик напрякения на якоре электродвигателя предыдущей клети, датчик тока якоряэлектродвигателя предыдущей клети, датчик скорости вращения вала электродвигателя предыдущей клети, датчикг 15 наличия металла в двух смежных для межклетевого промежутка клетях, датчик давления металла на валки предыдущей клети и ряд логических блоков 1 ). Для вычисления момента прокатки Мрр используют зависимость 20 25 где О - напряжение на якоре днигателя, В;Э) - ток якоря двигателя, А;Ю- скорость вращения валаэлектродвигателя, 1/с.Натяжения проката определяют из зависимоститг=")-мицар, (2) где аМ - изменение момента прокат- .пРки в,предыдущей клети З 5после входа металла н последующую клеть:(по отношению к свободной прокатки) уа - плечо равнодействующей 40контактных. сил;йР - приращение давления металла на валки предыдущейклети.Недостатком этого устройства яв ляется невысокая точность измерения натяжения, которая обуславливается следующими причинами. Измеряется блока интегрирования, выход последнего соединен с вторым входом первого блока умножения, а выход первого блока умножения соединен с вторымвходом второго сумматора, второй выход третьего блока усиления соединен с первым входом третьего ключа, второй входкоторого соединен с выходом второго датчика наличия металла, а выход третьего ключа является выходом устройства,2полный ток якоря двигателя, иэ которого необхоцимо вычесть динамический ток дЬигателя, ток пропорциональный моменту трения, т.е. момент натяжения должен вычисляться из зависимостиАМ,от дМп -2 сЫР-АIМ йМ (Ъ)гр дингде йМ - приращения момента трения;тр,аМ - приращения динамическогоАмомента.В устройстве необходимо вычислять плечо равнодействующей контактных сил, однако не указан путь его определения. Приращение давления Р должно вычисляться в абсолютных величинах, т.е. измеренное значение давления Р .м должно соответствовать фактичесиъмкому РФ,Рр = Кр Р,и коэффициент К должен быть известен, В реальных условиях пропорциональность соблюдается, но коэффициент К может со временем изменяться, что вызывает увеличение ошибки в определении момента натягения.Наиболее близким к предложенному является устройство для измерения мЕжклетевых натяжений проката, содержащее, в частности, датчик тока якоря электродвигателя предыдущей клети, датчик скорости вращения вала, датчик ЭДС этого же электродвигателя, датчик наличия металла в предыдущей клети, датчик давления металла на валки этой же клети и ряд логических схем. Устройство работает следующйм образом. От измеренного датчиком значения якорного тока Э) электродвигателя прокатной клети отнимается определенный с помощью мо, делирования динамическийток 34 двигателя и ток Эх холостого хода. Предпосылкой для однозначного измерения величины натяжения и исключения помех является точный учет и компенсация динамической составляющей 3 тока якоря двигателя или, что то МИГ самое, точное определение статического тока 3 якоря двигателя. В устройстве с помощью. моделирования оп20 рактерно для главных принодов совре-менных прокатных станов) должен со" ответственно корректироваться. Следовательно, при изменении магнитного потока двигателя (в 1,5-2,5 раза) вносится существенная ошибка. 5Таким образом, недостатки устроЯ- ства (прототипа), следующие. Низкая точность, датчика динамического тока. построенного на принципе дифференцирования сигнала тахогенератора 10 , (сигнала скорости вращения вала двигателя). При определении тока холостого хода отсутстнует корректирующий сигнал пропорциональный давлению, ,создаваемому н клети эа счет отрицательного зазора между рабочими валками, что вносит дополнительную погрешность. Отсутствие корректировки тока холостого хода при ослабле.нии магнитного потока электродвигателя не позволяет применить устройство на станах, где скорость электро двигателей рабочих валков клетей н пределах прокатки одной полосы регулируется как изменением якорного напряжения, так и ослаблением магнитного потока двигателя, Для расчета величины заданного значения натяжения необходимо определить плечо равнодействующей контактных сил. КоэфФициент пропорциональности между давлением металла на валки и током определяется при начальном значечии магнитного потока электродвигателя, но н связи с тем, что величина тока зависит от величины магнитного пото- З 5 ка, при изменении последнего необходимо пропорционально изменять и величину коэффициента. Такая конструкция н устройстве отсутствует.Цель изобретения - повышение точ-. 40 ности измерения межклетевых натяжений и повышение качества проката.Поставленная цель достигается темчто в устройство,. содержащее. датчик тока якоря электродвигателя предыдущей клети, датчик скорости вращения вала электродвигателя, датчик ЭДС этого же электродвигателя, датчик наличия металла в предыдущей клети, датчик давления металла на валки этой же клети, шесть сумматоров, три блока усиления, три блока умножения, четыре блока интегрирования, два ключа и элемент НЕ, причем выход датчика тока якоря электродвигателя соединен с первым входом первого сумматора, перный вход датчика скорости соединен с первым входом второго сумматора, выход которого соединен с нходом первого блока усиления, первый выход которого соеди нен с вторым входом первого сумма. - тора выход датчика ЭДС соединен с первым входом третьего сумматора, выход которого соединен с входом второго блока интегрирования, первьЯ 65 выход которого соединен с первым входом перного блока умножения, а нторой выход - с первым входом второго блока умножения, нторой вход последнего соединен с вторым выходом датчика скорости, а выход второгоблока умножения соединен с вторым входом третьего сумматора, выход четвертого сумматора соединен с входом второго блока усиления, выходкоторого соединен с первым входом первого ключа, а второй вход последнего соединен с первым выходом элемента НЕ,:вход которого подключен к первому выходу перного датчика наличия металла, выход перного ключа соединен с входом третьего блока интегрирования, первый выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора, а второй выход третьего блока интегрирования соединен с первым входом пятого сумматора, выход третьего блока умножения соединен с первым входом шестого сумматора, выход которого соединен с входом третьего блока усиления, а первый выход последнего соединен с первым входом второго ключа, второй вход которого соединен с вторым выходом первого датчика наличия металла, выход второго ключа соединен с первым входом четвертого блока интегрирования, второй вход которого соединен с вторым выходом элемента НЕ, а выход четвертого блока интегрирования .соединен с первым входом третьего блока умножения, дополнительно введены четвертый блок умножения, четвертый блок усиления, третий ключ и второй датчик наличия .металла н последующей клети, причемпервый вход четвертого блока умножения соединен с вторым .выходом первого блока усиления, второй вход четвертого блока умножения соединенс третьим выходом второго блока интегрирования, перный выход четвертого блока умножения соединен с вторым входом пятого сумматора, а второй выход - с вторым входом четвертого блока усиления, а вход последнего с первым выходом датчика давления, второй ныход датчика давления соединен с вторым входом третьего блока умноженйя, выход пятого сумматорасоединен с вторым входом шестого сумматора, а выход первого сумматора соединен с входом первого блокаинтегрирования, ныход последнегосоединен с вторым входом первого блокаумножения, а выход первого блока умножения соединен с вторым входом второго сумматора, второй выход третьего блока усиления соегрнен с первым входом третьего ключа, второй вход которого соединен с выходом второ го датчика наличия металла, а выход тре"тьего ключа является выходом устройств,устройства; на фиг.2 - структурнаясхема электропринода и узла определения статического тока якоря электродвигателя,Устройство для измерения межкле- ,5тевых натяжений проката (фиг.1) содержит датчик 1 тока якоря электро-.двигателя предыдущей клети, датчик2 скорости вращения вала, датчик 3ЭДС этого же электродвигателя, датчик 104 наличия металла в предыдущей клети, датчик 5 давления металлана валки этой же клети, сумма-торы б и 7, блок 8 усиления,блок 9 умножения, блок 10 интегриро" цнания, сумматор 11, блок 12 интегрирования, блок 13 умножения, сумматор 14, блок 15 усиления, ключ 16,элемент 17 НЕ, блок 18 интегрирования, сумматор 19, блок 20 умножения,блок 21 интегриронания, ключ 22,сумматор 23, блок 24 усиления, блок25 умножения, блок 26 усиления, датчик 27 наличия металла н последующейклети, ключ 28,Выход датчика 1 тока электродвигателя соединен с первым входом первого сумматора б, первый выход датчика 2 скорости соединен с первымвходом второго сумматора 7, выходкоторого соединен с входом первого 30блока 8 усиления, первый выход которогосоединен с нторым входом перного сумматора б, выход датчика 3ЭДС соединен с первым входом третьего сумматора 11, выход которого соединен с входом второго блока 12 интегрирования, первый выход которогосоединен с первым входом первогоблока 9 умножения, а второй выход -с первым входом, второго блока 13 40умножения, второй вход последнегосоединен с вторым ныходом датчика 2скорости, а выход второго блока 13умножения соединен с вторым входомтретьего сумматора 11, выход четвертого сумматора 14 соединен с входомвторого блока 15 усиления, выход ко"торого соединен с первым входом пер"ного ключа 16, а второй вход последнего соединен с первым выходом элемента НЕ 17, вход которого подключен к первому выходу первого датчика4 наличия металла, ныход первогоключа 16 соединен с входом третьегоблока 18 интегрирования, первый вы-ход которого соединен с одним (первым) входом четвертого сумматора 14,:а второй выход третьего блока 18интегриронания соединен с первымвходом пятого сумматора 19, выходтретьего блока 20 умножения соеди" 60нен с первым входом шестого сумматора 23, ныход которого соединен свходом третьего блока 24 усиления,а первый выход последнего соединен,с первым входом второго ключа 22,второй вход которого соединен с вторым выходом -первого датчика 4 наличия металла, выход второго ключа 22соединен с первым входом четвертогоблока 21 интегрирования, второйвход которого соединен с вторым выходом элемента НЕ 17, а выход четнертого блока 21 интегрирования соединен с первым входом третьего блока20 умножения, второй вход которогосоединен с вторым ныходом датчика5 давления, первый. выход последнегосоединен с входом четвертого блока26 усиления, первый вход четвертогоблока 25 умножения соединен с вторымвыходом первого блока 8 усиления,второй вход четвертого блока 25умножения соединен с третьим выходомвторого блока 12 интегрирования;первый выход четвертого блока 25,пятого, сумматора 19, а второй выход - с вторым входом четвертогосумматора 14, третий вход которогосоединен с выходом четвертого блока26 усиления, выход пятого сумматора19 соединен с вторым входом шестогосумматора 23, а выход первого сумматора 6 соединен с входом первогоблока 10 интегрирования, выход которого соединен с вторым входом первого блока 9 умножения, а выходпоследнего с вторым входом второгосумматора 7, третий. выход третьегоблока 24 усиления соединен с первымвходом третьего ключа 28, второйвход которого соединен с выходомвторого датчика 27 наличия металла.Выход третьего ключа 28 является выВ состав структурной схемы электропривода и узла определения статического тока якоря электродвигателя(модели) (фиг.2) входят .сумматоры29 - 32, блок 33 с передаточнойФункцией %(Р), блок 34 с передаточной функцией %2(Р), блок 35, передаточная функция которого Сф, блок36 с передаточной функцией%2(Р),и блок 37, передаточная функциякоторого КН. На фиг.2 приняты следующие обозначения: Е- напряжениена якоре электродвигателя; 3 - полный ток якоря электродвигателя;)3 (Р)3( Р) - соответственно статический и динамический токи якоряэлектродвигателя; 3 (Р)3 ( Р)соответственно статическйй и динамический токи модели; Ф.(9) Ф(Р)соответственно угловые скорости вращения якоря электродвигателя и модели.Устройство для измерения межклетевых натяжений проката работает следующим образом,С датчика 1 тока электродвигателя на первый (прямой) вход первогосумматора б поступает сигнал про10 25 30 62(Р)=% (р), (из ю)1 40 где порциональный току якоря электродви-гателя, на второй вход (инверсный)сумматора б поступает сигнал обратной связи с первого выхода первогоблока 8 усиления. Алгебраическаясумма этих сигналов поступает на 5. вход первого блока 10 интегрирования,являющегося совместно с первым блоком 9 умножения моделью блока 36электропривода с передаточной функцией. ,С Фр2. РТсф Р РТм е ум ммгде Р - активное сопротивлениеякорной цели электродвигателя; 45Т, - электромеханическая постоян-.ная времени электропривода;СВ - коэффициент ЭДС двигателя;С, - коэффициент момента двигателя:20ф - магнитный поток одного по-,люса электродвигателя;- момент инерции привода,при-,веденный к валу двигателя;37 мм=С фпричем первый блок интегрирования(0, ф/ (Р)=(12умножая которую на величину магнитного потока Ф двигателя в первомблоке .9 умножения, получаем указанную передаточйую функцию (11). Сигнал пропорциональный величине магнитного потокар формируется в узлеопределения магнитного потока ипоступает на вход первого блок 9умножения с вто);ого блока 12 интегрирования.С выхода первого блока 9 умножения на прямой второй вход второгосумматора 7 поступает сигнал ым,имеющий размерность угловой скорости,.который алгебраически складывается 45с сигналом Мтпропорциональным угловой скорости двигателя и поступающим с датчика 2 скорости на инверсный (первый) вход второго сумматора7. Сигнал с выхода второго сумматора 507 поступает на вход первого блока8 усиления и на выходе последнегоФормирудтся сигнал пропорциональный .величине статического тока Э якоряэлектродвигателятея."йр"передаточная) : Функция блока 33 элект-ропривода;С фпередаточная щ% (Р)=В (Р=р ф= Р функция блом зка 34 элект-,ропривода иблоков 10,9на Фиг.1Из структурной схемы (Фиг.2)имеем,определяемст( )стм( ) Т Т Р+1 ст(ммр, дме- ммАмИз послецнего выражения (19) замечаем, что контур определения статического тока устойчив и при достаточной большой величине коэффициента,обратной связи К,ет ( .) ст(Р) (20)В контуре отсутствует операциядифФеренцирования, что повышает точность и надежность определения статического тока 3 Э электродвист стмгателя.Величина. магнитного потока ф двигателя определяется так же, как и впрототипе, с помощью датчика 3 ЭДС,третьего сумматора 11, второго блока12 интегрирования, второго блока 13умножения и датчика 2 скорости(Фиг.1),Сигнал с датчика 3 ЭДС поступает на первый вход третьего сумматора11, на второй вход которого поступает сигнал обратной связи с выходаФвторого блока 13 умножения, С выходатретьего сумматора 11 сигнал поступает на вход второго блока 12 интегрирования, а с выхода блока 12 интегрирования - на один из входов вто-рого блока 13 умножения, на второй 5вход последнего поступает сигнал свторого выхода датчика 2 скорости.Интегрирование разности сигналовс датчика 3 ЭДС и с .выхода второгоблока 13 умножения, поступающей свыхода третьего сумматора на входвторого блока 12 интегрирования,происходит до тех пор, пока на выходе сумматора 11 не установится ну- .левое значения,15В состояние равновесия имеемСЕф = Е и с выхода второго блока12 интегрирования на входы первогоблока 9 умножения второго блока 13умножения и четвертого блока 25 умфножения поступает сигнал пропорциональный магнитному потоку ф двигателя.В отличие от прототипа в предлагаемом устройстве предусмотрен узелопределения и запоминания не тока 25холостого хода Эх, а момента холостого хода М, который остается неизменным прй изменении магнитногопотока двигателя.1Как указывалось, на входы четвер- ЗОтого блока 25 умножения поступаютсигналы пропорциональные статическому току Эт и магнитному потоку фдвигателя, а на выходе этого блокаформируется сигнал пропорциональный 35статическому моменту двигателя. 10 Определение и запоминание моментахолостого хода происходит следующим 40образом,При отсутствии металла в валкахпрокатной клети с выхода четвертогоблока 25 умножения на второй входчетвертого сумматора 14 поступаетсигнал пропорциональный статическому45моменту Мст Мхх+.(К 1+ К 2) Рххгде К., и К - см. Формулу (17);Рх- давление в клети приотсутствии металла иотрицательном зазоремежду, валками, при положительном зазореРхх= 0Момент холостого хода находится из выражения (21)(22) М) = М -(К, + К) РххСигнал пропорциональный давлений щ в клети при отсутствии металла и отрицательном зазоре Рх с выхода дат 1 чика 5 давления поступает на вход четвертого блока 26 усиления с коэфЯициентом усиления,(К+К ), а с выхода последнего - на третий вход четвертого сумматора 14, на первый вход которого поступает сигнал с выхода третьего блока интегрирования 18. Сигнал с выхода четвертого сумматора 14 .поступает на вход второго блока 15 усиления, усиливается и через первый ключ 16, который открыт при отсутствии металла в клети, поступает на вход третьего блока 18 интегрирования. Интегрирование происходит до тех пор, пока не установится равновесие, т.е.М -) +К =ыхгде зь,- сигнал на выходе третьего блока 18 интегрирования. В этом случае О ,х=МхХ.В выражении (23) коэффициенты Ки К 2 определяются экспериментально.После входа металла в валки клети сигналом с первого датчика 4 наличия металла (через элемент 17 НЕ) первый ключ 16 закрывается и в третьем блоке 18 интегрирования запоми.нается величина сигнала пропорциональная моменту холостого хода Мхх.Этот сигнал поступает на первый вход пятого сумматора, где алгебраически складывается с сигналом, поступающим с выхода четвертого блока 25 умножения на второй вход пятого сумматора 19. На выходе пятого сумматора 19 образуется сигнал пропарциональный разности М -М х, который поступает .на второй вход шестого сумматора 23В это время (до входа головной части в последующую .клеть) натяжение полосы в межклетевом промежутке отсутствуетиф й м 2 рк)Р:(Р+К,+к 2) Р, (24) т,е. на выходе пятого сумматора 19 Формируется сигнал пропорциональный сумме моментов прокатки М р и тренияВ шестом сумматоре 23 сигнал с выхода пятого сумматора 19 алгебраически складывается с сигналом, поступающим с выхода третьего блока 20 умножения, суммарный сигнал усиливается третьим блоком 24 усиления и выходной сигнал последнего через второй ключ 22 который открыт в промежутке времени от входа металла в клеть до входа металла в последующую клеть, поступает на вход четвертого блока 21 интегрирования. Интегрирование ведется до тех.пор, пока произведение сигнала с выхода четвертого блока 21 интегрирования Я с выхода датчика 5 давления (т.е. сигнала на выходе третьего блока 20 умножения) не будет равно выходному сигналу с пятого сумматора 19, т.е./я М М +М.р КГст хх яргде К - величина выходного игнала четвертого блока интегрирования.УчитываЯ, что Мяр = 2 аР, Д Мтр(К.)+К 2)Р, получим К"-2 а+К+К. 5После входа металла в йоследующую клеть сигналом с датчика 4 наличия металла второй ключ 22 закрывается и значение К=2 а+К+Кзапоминается в четвертом блоке 21 интег рирования. С выхода третьего блока 20 умножения на вход шестого сумма,тора 23 поступает сигнал пропорциональный текущему значению суммы моментов прокатки и трения М +М ф (2 а+К +К 2) Р, а на второй вход шестого сумматора 23 с выхода пятого сумматора поступает сигнал пропорцно .нальный текущему значению разности моментов Мст Мхх причем Мс ж Мор+ + М + М + М . С выхода шестого сумматора 23 на вход третьего блока 24 усиления поступает сигнал пропорциональный разности моментов М -щ -КР=М +М +М -М -Мст ххпр тр- и хх хх-М:+ Мтркоторый усиливается третьим блоком24 усиления и через третий ключ 28поступает в систему регулированиянатяжения полосы.Выходной сигнал с второго датчика 27 наличия металла открывает третий ключ 28 после входа металла в последующую клеть, т,е. после возникновения натяжения (подпора) в межклетевом промежутке. После выхода металла иэ этой клети сигнал с второго датчика 27 наличия металла исчезает и третий ключ 28 закрывается. После выхода металла иэ предыдущей клети выходной сигнал с первого датчика 4 наличия металла также исчезает и сигналом с элемента НЕ 17 происходит сброс на нуль сигнала с выхода четвертого блока 21 интегрирования.Затем начинается новый цикл 11039600Гяжлюрилр ВНИИПИ Заказ 6789/6. Тираж 816 Подписное Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,