Система автоматизированного регулирования толщины ленты на стане холодной прокатки

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение

высшего профессионального образования

«Южно-Уральский  государственный университет»

(национальный  исследовательский университет)

ФГБОУ ВПО «ЮУрГУ» (НИУ)

 

 

 

Доклад по дисциплине: «Система автоматизированного управления процессами ОМД»

На тему : «Система автоматизированного  регулирования толщины ленты на стане холодной прокатки»

 

 

Руководитель: профессор

/________/В.Г.  Ильичев

«___»_____________2013г

 

Автор работы

студент группы ФМ-216м

/__________/А.А.  Вавилов

«___»____________2013г

 

Работа сдана

с оценкой

__________________

_____________2013г

 

 

 

Челябинск 2013

Оглавление

 

1. Введение…………………………………………………………...2

2. Технологическая схема производства биметаллической проволоки медь – алюминии……………………………………………………………..3

3. Система автоматического  регулирования толщины полосы….5

4. СAPT на основе измерения толщины металла в очаге деформации по положению опор прокатных валков……………………………….8

5. Заключение………………………………………………………..11

6. Литература………………………………………………………...12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Биметаллическая проволока, например из алюминия, плакированного медью, используется в промышленности для того, чтобы за счет сочетания свойств двух металлов получить технический или экономический эффект. Биметаллическая проволока медь – алюминий обладает высокой электропроводностью меди и малым удельным весом алюминия при сравнительно невысокой стоимости.

Современный рынок требует от производства всё большей производительности при минимальных издержках - это  возможно только при комплексном  подходе к автоматизации предприятия  и модернизации рабочих мест.

Повышение степени автоматизации  предприятия ведет к повышению  стабильности технологического процесса, уменьшению человеческого фактора, улучшению прозрачности производства, что в конечном итоге положительно сказывается на качестве готовой  продукции и ведет к снижению ее себестоимости. Автоматизированное производство делает технологический  процесс гибким, что позволяет  предприятию меняться и подстраиваться под рынок, а это актуально  в период экономической нестабильности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Технологическая схема производства биметаллической  проволоки медь - алюминии

 

Линия для производства биметаллической проволоки содержит станции очистки алюминивой и медной ленты, прокатный стан, устройство для формирования оболочки и волочильный стан, причем устройство для формирования оболочки состоит из расположенных последовательно дисковых ножниц для продольной резки, многорядной клети формирования Н-образного профиля и волок для подгибания кромок, а волочильный стан имеет клети формирования круглого профиля, компенсирующий накопитель, волоки для калибровки круглого профиля, а также многорядные наматывающие устройства. При этом волоки для калибровки круглого профиля расположены подвижно в поперечном направлении для обеспечения рядовой намотки проволоки. Между прокатным снаном и дисковыми ножницами расположен механизм сварки ленточного материала встык и дополнительный компенсирующий накопитель. Данная линия позволяет изготовлять биметаллическую проволоку из биметаллического ленточного материала, путем продольной резки его на большее число проволок прямоугольного сечения, на двух гранях которой имеется медное покрытие, и формирование из них круглых биметаллических проволок, что обуславливает высокую производительность данной линии[1].

Рисунок 1. Технологическая схема производства биметаллической проволоки медь - алюминии

 

В линии последовательно  размещены станция очистки медной и алюминиевой ленты 1, прокатная  клеть 2, механизм сварки встык 3, компенсирующий накопитель 4, многорядные дисковые ножницы для продольной резки 5, многорядные  устройства для формирования H- образного профиля 6, многорядные волоки для подгибания кромок 7, многорядные тянущие клети формирования круглого профиля 8, компенсирующие накопители 9, волоки для калибровки круглого профиля, установленные подвижно в поперечном направлении от привода (не показан) 10 и наматывающие устройства волочильные барабаны 11.

 

Работа  линии осуществляется следующим  образом, на станции очистки 1 подается медная и алюминиевая лента, после  чего они поступают в прокатную  клеть 2, где и происходит плакирование ленты. Переднею кромку ленты сваривают  в стык с задней кромкой предыдущего  рулона посредством механизма 3. Во время сварки лента в зоне сварки не подвижна, однако работа остальных  устройств линии не прекращается, в компенсирующем накопителе 4 имеется  достаточный запас ленты для  обеспечения непрерывности процесса.

Далее лента  разрезается вдоль многорядными дисковыми ножницами 5 на узкие полоски  проволоки прямоугольного сечения. На устройстве 6 каждая проволока подвергается фасонной прокатке, вследствие чего на двух ее гранях, не имеющих покрытия, образуются канавки. Полученная проволока Н – образного сечения проходит через волоку 7, при этом полки профиля подгибается навстречу друг другу, а затем из нее прокаткой в клети 8 формируется проволока круглого сечения, со всех сторон покрытая медью. Вследствие диффузионного сваривания стыков покрытие получается сплошным. На волоках 10 осуществляется калибровка проволоки до нужного диаметра. Относительно не большая степень деформации проволоки позволяет обойтись без отжига, что способствует свариванию материала покрытия в процессе обработки в клети 8 и волоке 10.

В процессе работы волоки 10 перемещаются возвратно - поступательно в поперечном направлении, вследствие чего обеспечивается рядовая  намотка проволоки на наматывающие устройства 11. Каждая проволока обрабатывается в линии отдельно. При этом скорости перемещения отдельных проволок могут колебаться относительно среднего значения[3].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Система автоматического  регулирования толщины полосы

 

В системе регулирования  толщины полосы стана холодной прокатки (рисунок 2)регулирующее воздействие реализуется нажимным устройством в функции компенсации ошибки, то ее структурная схема (рисунок 3)выглядит следующим образом.

 

Рисунок 2. Система регулирования  толщины на стане холодной прокатки:

1-измеритель толщины; 2-блок  сравнения; 3-усилитель; 4-нажимной механизм;5-узел  подвижного валка

 

Рисунок 3. Структурная схема  САРТ (к рисунку 2)

 

 

Номинальное значение выходной толщины  задается задатчиком в виде аналогового сигнала . Информация о текущем значении регулируемого параметра получается измерителем толщины (ИТ) и преобразуется в нем сигнал x(t), согласованный по виду с сигналом . В блоке сравнения производится сравнение заданного и истинного значений регулируемого параметра и формируется сигнал ошибки E(t)=- x(t). После преобразования, необходимо для получения сигнала, пригодного для отработки исполнительным механизмом (ИМ), последний реализует управляющее воздействие U(t) на управляемый объект (УО) в виде перемещения подвижного валка рабочей клети в соответствии с величиной и знаком ошибки E(t).

Применительно к рассматриваемой  задаче передаточные функции элементов  системы можно записать таким  образом.

Толщинометр, безусловно, обладает определенной инерционностью, однако, с учетом реального быстродействия современных толщиномеров, например разноизотопных, их быстродействие на несколько порядков выше, чем быстродействие электроприводов и элементов трансмиссии нажимного устройства. Следовательно, с достаточной для инженерной практики точностью инерционности измерителя толщины можно пренебречь и записать его уравнение в виде

 

,

 

где - коэффициент пропорциональности сигнала-аналога на выходе толщиномера геометрической величине .

Аналогично, в силу незначительности, можно пренебречь временем преобразования сигнала в преобразователе ПУ, в качестве которого используется усилитель  и описать его уравнением

 

 

 

Инерционность цепочки, включающей электродвигатель, элементы трансмиссии, червячный редуктор и нажимные винты, при известных конструктивных размерах может быть определена с использованием известных расчетных зависимостей электротехники и механики. В результате перемещение нажимных винтов в функции  управляющего сигнала  запишется следующим образом:

 

,

 

где коэффициент передачи и постоянная времени зависят от конкретных характеристик нажимного устройства.

Объект управления, по существу, узел подвижного валка клети, представляет инерционную массу, движение которой, пренебрегая трением в окне станины, связано с воздействием S(t) формулой

 

,

 

где постоянная времени  зависит от массы валкового узла и ускорения, которое сообщает ему нажимной винт. Таким образом, структурная схема (рисунок 3) позволяет установить количественные закономерности для оценки движения валка в функции сигнала о значении разнотолщинности полосы. При известной жесткости клети с использованием формул теории прокатки перемещение валка реализуется в деформацию полосы с целью устранения отклонения ее размера от задания.

Передаточные функции  элементов системы при этом следующие:

• измерителя толщины ;
• преобразователя (усилителя) ;
• нажимного устройства (исполнительного механизма) ;
• управляемого объекта (валкового узла) .

Конкретные значения коэффициентов  и постоянных времени при известных характеристиках оборудования можно определить без особого труда. Если разработка УО и АУУ осуществляется одновременно, а это позволяет добиться наилучшего сочетания их характеристик, то возможно внесение корректив в конструкцию объекта. К примеру, если предварительный расчет свидетельствует о недостаточном быстродействии, то возможен ряд вариантов решения такой задачи. Возможно использование электродвигателя с лучшими динамическими характеристиками, например двухъякорного, возможны изменения в конструкции механической части оборудования, направленные на улучшение динамических характеристик. Если комплекс таких мероприятий не позволяет получить удовлетворительный результат, решение возможно в виде принципиального изменения конструкции - перехода от электромеханического к гидравлическому нажимному устройству.

Если жене удовлетворительными  оказываются характеристики чувствительности, точности регулирования, то эти задачи могут быть решены за счет увеличения коэффициентов усиления в блоках измерения толщины и преобразования сигнала ошибки, введения в структуру  корректирующих звеньев[2].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СAPT на основе измерения толщины металла в очаге деформации по положению опор прокатных валков

 

В данной системе  измерение толщины полосы осуществляется на основе измерения  расстояния между подшипниковыми опорами  или непосредственно между шейками  рабочих валков. По сути, этот метод  — эквивалент прямого измерения  толщины металла в очаге деформации.

Для измерения  расстояния между опорами валков могут применяться различные  типы измерителей и методы измерения, например:

• индуктивные датчики или гидравлические щупы, измеряющие зазор между подушками рабочих валков. Такие измерители размешаются непосредственно в подушках и при смене (перевалке) валков демонтируются вместе с подушками;
• датчики давления в гидравлической системе распора рабочих валков. Изменение расстояния между подушками в этом случае измеряется косвенным методом по колебаниям давления в замкнутом объеме жидкости в гидросистеме. Использование подобного метода измерения существенно упрощает эксплуатацию информационного канала САРТ, так как датчик давления располагается вне клети;
• индуктивные или оптические датчики положения подушек валков, стационарно смонтированные на станине рабочей клети. При перевалке валков такие датчики не требуют демонтажа. Наиболее точные результаты в этом случае, очевидно, дает измерение расстояния непосредственно между шейками рабочих валков (если конструкция клети допускает возможность такого измерения), либо измерение расстояния между их подушками. Вариант конструкции подобного измерительного устройства представлен на рисунке 4.

 

Рисунок 4. Фотоэлектрический  измеритель расстояния между шейками  рабочих валков

Схема САРТ, в  которой использован метод измерения зазора между валками по расстоянию между шейками рабочих валков, приведена на рисунке 5. Расстояние между шейками валков определяется по величине просвета, через который на фотодатчики измерителя (рисунок 4) проходят параллельные пучки света от специального осветителя.

 

Рисунок 5. Схема  измерения толщины полосы по расстоянию между шейками рабочих валков

 

Осветители и фотодатчики располагаются  непосредственно на стойках станины, как со стороны обслуживания, так  и со стороны привода, обеспечивая  измерение зазора с обеих сторон рабочих валков по их длине (рисунок 5). Очевидно, что простого измерения зазоров между шейками валков еще не достаточно для определения величины зазора между самими валками, поскольку она зависит еще и от величины прогиба валков и их профилировки.