Регулятор относительного обжатия прокатываемой полосы

 

О П И С А Н И Е (944696 изовеитения

К AB ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсник

Социапистичесиик

Республии (63) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 09. О1. 81 (21) 3234218/22-02 (51) M. Кл. с присоединением заявки М

В 21 В 37/00

3Ъеударстеенвй кемнтет

СССР е делен . нзоеретеккй н откнытнЯ (23) Приоритет

Опубликовано 23. 07.82. Бюллетень № 27

Дата опубликования описания 23.07.82 (53) УДК621.771.

23-503 ° 51 (088.8) (72) Авторы изобретения

A.A.Áåäåðñîí, А.О. Гофенберг, О.Б.Калганов и О.Н.ельников ст

I 1

Опытное производственно-техническое предприятие

"Уралчерметавтоматика" (7l) Заявитель (54) РЕГУЛЯТОР ОТНОСИТЕЛЬНОГО ОБЖАТИЯ

ПРОКАТЫВАЕМОЙ ПОЛОСЫ

Изобретение относится к автоматизации прокатного производства, в частности к автоматизации дрессировочных станов листопрокатных цехов.

Известен регулятор относительного обжатия, выполненный по структуре релейно-непрерывной системы,состоящий из измерителя относительного обжатия, фильтра, узла сравнения, репейного усилителя с зоной нечувствительности и узла обратной связи по скорости нажимных винтов (1) ., Основным недостатком этого регулятора является наличие фильтра, необходимого для защиты регулятора от воздействия высокочастотной составляющей обжатия, что приводит к noseгению запаздываний при сравнении те-. кущего сигнала измерителя обжатия с заданием. 20

Другим недостатком данного регулятора является отсутствие узла компенсации изменения передаточного коэф:фициента стана, который может сущест"

2 венно изменяться (в несколько раз).

При этом для сохранения устойчивости регулятора при заданной зоне нечувствительности необходимо уменйавть скорость перемещения нажимных винтов, что приводит к снижению быстродейст-. вия.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является регулятор относительного обжатия прокатываемой полосы, выполненный по структуре релейно-импульсной системы и содержащий импульсные датчики скорости полосы, измеритель относительного обжатия,. устройство сравнения и среднения, узел сравнения, два ключа, репейный усилитель с зоной нечувствительности,. выход которого соединен с входом системы управления нажимными винтами, формирователь сброса и интегратор пути нажимных винтов 21.

Сигнал с измерителя усредняется фильтром с постоянным путевым запаз944696 дыванием и сравнивается с заданием в устройстве сравнения и усреднения.

Сигнал рассогласования через узел сравнения с сигналом обратной связи по положению нажимных винтов и через ключ поступает на вход релейного усилителя с зоной нечувствительности.

При достижении заданного пути усреднения замыкается ключ на входе репейного усилителя с зоной нечувст- fQ вительности. При рассогласовании,превышающем зону нечувствительности,срабатывает репейный усилитель, и привод нажимных винтов отрабатывает возникшее рассогласование. После оконча- ния отработки открывается ключ, через который управляющий сигнал из устройства сравнения и усреднения поступает на вход формирователя сброса (триггер сброса). Формирователь сбро) са сбрасывает интегратор пути нажимных винтов и устанавливает устройство сравнения и усреднения в состояние,. соответствующее началу пути усреднения.

Таким образом, в известном устройстве усреднение измеренного обжатия производится за постоянный путь полосы, а отработка рассогласования производится в разомкнутой системе с максимальной скоростью нажимных винтов.

Длительность выходного импульса регулятора (длительность команды на перемещение нажимных винтов) пропорциональна рассогласованию между измеренным и заданным обжатием (2).

Недостатком известного регулятора является то, что коэффициент пропор4О циональности между рассогласованием по обжатию и длительностью выходного импульса принят постоянным. Однако для точной отработки рассогласования за одну команду коэффициент пропорциональности должен быть равен переда45 точному коэффициенту стана перемещение нажимных винтов - обжатие. к (t), дскб где gd — перемещение нажимных винтов; В ду - изменение обжатия, вызванное этим перемещением.

Коэффициент пропорциональности к определяется жесткостью клети и сортаментом дрессируемого металла и для реального сортамента цехов холодной прокатки изменяется в 4-8 раз.

Для обеспечения устойчивости работы регулятора при,любом сортаменте коэффициент пропорциональности между рассогласованием по обжатию и длительностью выходного импульса выбирается равным максимальному коэффициенту стана,. что при другом сортаменте приводит к отработке рассогласования за несколько команд, а следовательно, к снижению быстродействия и увеличению динамической ошибки.

Целью изобретения является повышение качества за счет повышения быстродействия и точности регулирования.

Поставленная цель достигается тем, что в регулятор относительного обжатия прокатываемой полосы, содержащий два датчика скорости полосы, соединенных выходами с входами измерителя относительного обжатия полосы, выход которого подсоединен к первому входу устройства сравнения и усреднения, второй вход последнего соединен с вторым датчиком скорости полосы, выход формирователя сброса подсоединен к входу сброса интегратора и к третьему входу устройства сравнения и усредне ния, первый выход которого через элемент сравнения подсоединен к информационному входу первого ключа, второй выход - к управляющему входу первого и информационному входу второго ключей, выходы первого и второго ключей подсоединены соответственно к входам релейного усилителя и формирователя сброса, выход релейного усилителя подключен к системе управления приводом нажимных устройств и управляющему входу второго ключа,интегратор, дополнительно введены нелинейный преобразователь, два сумматора, два узла деления и датчик давления в клети, причем вход нелинейного преобразователя, соединенный с входом интегратора, подключен к первому входу регулятора, выход нелинейного преобразователя соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом интегратора, а выход - с входом делимого первого узла деления, выход которого соединен с входом узла сравне.ния, а вход делителя - с выходом второго сумматора, первый вход которого подключен к второму exoqy регулятора, второй вход - к выходу второго узла деления, вход делимого которого соединен с выходом датчика давления, а вход делителя блока деления и четвертый вход устройства сравнения и

944696 усреднения подключены к третьему входу регулятора.

На чертеже приведена структурная схема регулятора относительного обжатия прокатываемой полосы с механизмами автоматизируемого стана.

Регулятор содержит импульсные датчики 1 и 2 скорости полосы, измеритель 3 относительного обжатия, устройство 4 сравнения и усреднения, iв узел 5 сравнения, ключи 6 и 7, релейный усилитель 8 с зоной нечув=. ствительности, формирователь 9 сброса, интегратор 10, нелинейный преобразователь 11, сумматоры 12 и 13, 15 узлы 14 и 15 деления, датчик 1.6 давления в клети, систему 17 управления приводом нажимных устройств.

Импульсные датчики 1 и 2 скорости полосы механически завязаны с из- 2в мерительными роликами, установленными соответственно до и после клети. Выходы датчиков 1 и 2 скорости полосы подключены к входам измерителя 3 относительного обжатия полосы, . 2s выход которого соединен с первым входом устройства 4 сравнения и усреднения, к второму входу которого подключен выход датчика 2 скорости полосы. 30

Первый выход устройства 4 сравнения и усреднения соединен с первым входом узла 5 сравнения, выход которого подключен к информационному входу ключа 6, второй выход уст3S ройства 4 соединен с управляющим входом ключа.6 .и информационным входом ключа 7, выход ключа 6 подключен к входу релейного усилителя 8 с зоной нечувствительности, выход которо- 4в

ro соединен с входом системы управления нажимными устройствами и управляющим входом ключа 7, выход которо-. го соединен,с входом формирователя

9 сброса,, подключенного выходом к

45 входам сброса интегратора 10 и устройства 4 сравнения и усреднения.

Входы интегратора 10 и нелинейного преобразователя 11 соединены между собой и подключены к первому входу регулятора, на который подается сигнал, пропорциональный скорости нажимных винтов. Таким сигналом может быть выходной сигнал задания на скорость нажимных устройств с ре- лейного усилителя 8 с зоной нечувствительности или сигнал с датчика скорости нажимных устройств.

Выходы интегратора 10 и нелинейного преобразователя 11 подключены к соответствующим входам сумматора

12, выход которого соединен с входом делимого узла 14 деления, выход последнего соединен с вторым входом узла 5 сравнения, а вход делителя — с выходом сумматора 13, первый вход которого подключен к второму входу регулятора, на который подается сигнал, пропорциональный толщине прокатываемой полосы, снймаемый с измерителя или задатчика толщины полосы, а второй вход — к выходу деления 15, вход делимого этого узла подключен к выходу датчика давления в клети,а вход делителя — к четвертому входу устройства 4 сравнения и усреднения и к третьему входу регулятора, на который подается сигнал задания относительного обжатия.

Импульсные датчики 1 и 2 скорости полосы и система 17 управления нажимными устройствами могут быть выполнены, например, как в известном устройстве.

Измеритель 3 относительного обжатия .может быть реализован, например, по принципу измерения относительной разности частот, получаемых с импульсных датчиков. Устройство 4 сравнения и усреднения может быть выполнено, как в известном устройстве,где в качестве этого устройства использованы ключи, интеграторы обжатия и пути полосы, множительный блок 1, триггер пути и узел сравнения задан,ного и измеренного относительного обжатия, причем входы ключей соответствуют первому и второму входу уст ройства 4 сравнения и усреднения, входы сброса интеграторов обжатия и пути соответствуют третьему входу сброса устройства 4 сравнения и усреднения, выходы сигнала рассогласования в узле сравнения и триггера пути соответствуют первому и второму выходам устройства узла 4 сравнения и усреднения. Третий вход регулятора соответствует входу "Задание" известного устройства, так как сравнение заданного и измеренного обжатия происходит в устройстве сравнения и усреднения. В качестве ключей могут быть использованы, например, микросхемы типа К284 КН1. При реализации узла 5 сравнения, релейного усилите- ля 8 с зоной нечувствительности; интегратора 10, сумматоров 12 и !3, 944696 узлов 14 и 15 использованы операционные усилители с соответствующими обратными связями. Формирователь 9 сброса может быть реализован на триггере, как в известном устройстве,или на одновибраторе. Нелинейный преобразователь 11 может быть реализован на основе кусочно-линейной аппроксимации.

1О

Устройство работает следующим образом.

Сигналы импульсных датчиков 1 и 2 скорости полосы поступают на вход измерителя 3 относительного обжатия, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный относительному обжатию полосы. В устройстве 4 сравнения и усреднения сигнал с выхода измерителя 3 относительного обжатия сравнивается с заданием относительного обжатия и усредняется за постоянный путь, вычисляемый по сигналу с датчика 2 скорости полосы. При достижении пути, равного пути усреднения, сигнал с второго выхода устройства

4 сравнения и усреднения замыкает ключ 6 и сигнал рассогласования с пер вого выхода устройства 4 поступает через узел 5 сравнения и ключ 6 на зо вход релейного усилителя 8 с зоной нечувствительности. Если величина рассогласования превышает зону нечувствительности, то регулятор отрабатывает возникшее рассогласование воздействием через систему 17 управления нажимными устройствами. Ключ

7 удерживается в закрытом состоянии и запрещает работу формирователя 9 сброса на время отработки. Сигнал о с первого входа регулятора или с выхода релейного усилителя 8 с зоной нечувствительности поступает в цепь обратной связи по положению нажимных устройств. На преобразователе 11 и сумматоре 12 собран узел, компенсиру„45 ющий выбег нажимных устройств. Компенсация выбега достигается добавлением к сигналу, пропорционалбному пути нажимных устройств, что приводит к

50 уменьшению длительности регулирующего импульса на время, необходимое для прохождения нажимными устройствами пути, равнрго пути торможения.

Интегратор 10 преобразует сигнал, пропорциональный скорости нажимных устройств, в сигнал, пропорциональный пройденному пути. S сумматоре

12 суммируются выходные сигналы интегратора 10 пути и нелинейного преобразователя 11, реализующего зависимость пути торможения от скорости нажимных устройств.

Сигнал с выхода сумматора 12, пропорциональный пути нажимных устройств с учетом выбега, подается на вход узла 14, компенсирующего изменение коэффициента стана путем деления сигнала пути нажимных устройств на коэффициент, обратно пропорциональный коэффициенту стана в узле 14 деления.

Сигнал с выхода узла 14 деления сравнивается с сигналом рассогласования по обжатию в узле сравнения.

В случае, если разность этих сигналов становится меньше эоны нечувствительности релейного усилителя 8, последний отключается, открывается ключ

7 и формирователь 9 сброса возвращает схему в исходное состояние, сбрасывая интегратор 10 и интеграторы в устройстве 4 сравнения и усреднения.

Сигнал, обратно пропорциональный коэффициенту стана, вычисляется по сигналам обжатия, давления в клети и толщины полосы.

Коэффициент пропорциональности между перемещением нажимного устройства и изменением выходной толщины определяется выражением зн

Р)

dd ЗР

ВН где Н - толщина прокатываемой полосы;

К„ — жесткость клети, не зависящая от параметров полосы;

P — давление в клети.

Учитывая, что аР „ ap „ a » Й ат "ан " ат = аи7й получаем коэффициент "обжатие — перемещение", обратно пропорциональный коэффициенту стана = — — +Н- (+) аа aP/аУ. НК,-» 1 аР

Зф К, К. Д

Как следует из теории прокатки и экспериментальных данных, связь между давлением в клети P и величиной относительного обжатия у достаточно хорошо аппроксимируется зависимостью

Р= f (4) 96 — 10 датчика. скорости полосы, соединенных выходами с входами измерителя относительного обжатия полосы, выход которого подсоединен к первому входу устройства сравнения и усреднения, Вто- . рой вход последнего соединен с вторым датчиком скорости полосы, выход формирователя сброса подсоединен к входу сброса интегратора и к третьему ,входу устройства сравнения и усредне.ния, первый выход которого через элемент сравнения подсоединен к информационному входу первого ключа, второй выход - к управляющему входу первого и информационному входу второго ключей, выходы первого и второго ключей подсоединены"соответствен но к входам релейного усилителя и

Формирователя сброса, выход релейного усилителя подключен к системе управления приводом нажимных устройств . и управляющему входу второго ключа, интегратор, отличающийся тем, что, с целью повышенйя качества за счет повышения быстродействия и точности регулирования, в него дополнительно введены нелинейный преобра-. зователь, два сумматора, два бЛока деления- и датчик давления в клети, причем вход нелинейного преобразователя, соединенный с входом интегратора, подсоединен к первому входу .регулятора, выход нелинейного преобразователя соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом интегра— тора, а выход — с входом делимого первого блока деления, выход которого соединен с входом узла Уравнения, а .вход делителя - с выходом второго сумматора, первый вход которого подсоединен к второму входу регулятора, второй вход - к выходу второго блока деления, вход делимого которого сое- динен с выходом датчика давления, а вход делителя блока деления и четвертый вход устройства сравнения и усреднения подключены к третьему входу регулятора.

:Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Соломайченко Н.Н. Промышленная эксплуатация системы регулирования относительного обжатия на дресировочном стане 1700. Сборник "Автоматизация металлургического производства", M., "Металлургия", 1973, с. 17.

2, Авторское свидетельство СССР

lt 531576, кл. В 21 В 37/00, 1975.

9 . 9446 где а .— переменный коэффициент, не . зависящий от " и определяемый сортаментом проката; и — показатель степени, где

0,5(n < 1..

Для дрессировки (проката малых толщин без смазки и при малых обжатиях) значение и близко к 1 и может рассматриваться как константа, тогда

ДР 1,„P . 1O ау " 3 = " ®

У

Подставляя в формулу (3) значение производной из формулы (5), получаем величину, обратно пропорциональную коэффициенту стана, . !5

dd Pn — — +н. (ь)

17

Сигнал, обратно пропорциональный коэффициенту стана, вычисляется в со-, ответствии с формулой (6) на сумматоре !3, узле 15 деления, датчике 16 . давления.

В узле 15 деления по сигналу с датчика !6 давления и сигналу за ания обжатия вычисляется сигнал—

2$ у l которыи в сумматоре 13 суммируется. с сигналом толщины полосы. Таким об-:, . разом, введение в регулятор элементов

11 и !" и 16 позволяет скомпенсировать из- менение коэффициента стана и путь выбега нажимных устройств.

Следовательно, предлагаемый регуля- . тор обеспечивает точную отработку рассогласования за один регулирующий им- 35 пульс, что обеспечивает более высокую динамическую точность быстродействие регулировани ь по сравнению с известным.

Изобретение может быть использова-но в системах автоматического регулирования относительного обжатия прокатываемой полосы на металлургических предприятиях, выпускающих холоднокатанный полосовой материал. Использование предлагаемого регулятора в составе таких систем позволит осуществлять дроессировку прокатываемой полосы в жестком поле допусков за счет поддержания уровня заданного относительного обжатия по длинне рулона, что способствует увеличению выхода холоднокатной полосы повышеноого качества с заданными механическими свойствами.

Эффек от внедрения одной системы регулирования относительного обжатия составит 103 тыс. руб. в год.

Формула изобретения

Регулятор относительного обжатия прокатываемой полосы, содержащий два

944696

Составитель Ю. Рыбьев

Редактор Р. Цицика Техред М. Надь Корректор Г.Решетник

Заказ 5207/10 Тираж 845 Подписное .ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул. Проектная, 4