УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ МЕХАНИЗМОМ ВЫТЯГИВАНИЯ ЗАГОТОВКИ МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ТИПА Российский патент 2009 года по МПК B22D11/20 

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, в частности к автоматизации управления машинами непрерывного литья заготовок горизонтального типа (ГМНЛЗ), и может использоваться на всех типах ГМНЛЗ.

Известно приводимое в качестве аналога устройство управления ГМНЛЗ (см. В.В.Решетов, В.Н.Костин, А.И.Трушин. Горизонтальные машины непрерывного литья стальных заготовок. / Металлургические процессы и оборудование. №2 (4) Июнь 2006 г. с.24-32, Донецк.), где описывается современная система управления ГМНЛЗ, в качестве привода механизма вытягивания заготовок которой используется сервопривод.

Недостатком данного устройства является то, что в процессе вытягивания заготовки вследствие влияния внешних причин, скачков питающего напряжения, температурного дрейфа исполнительных элементов системы управления, износа исполнительных элементов и т.п. действительное значение величины пути рывка и времени рывка будет существенно отличаться от его заданных значений, что может привести или к фатальному прорыву верхней корочки образовавшегося при вытягивании твердого металла и, следовательно, к аварии и вытеканию жидкого металла из образующейся заготовки или к недопустимому затвердеванию образовавшегося при вытягивании заготовки металла, что не позволит вести дальнейшую разливку жидкого металла на ГМНЛЗ.

Наиболее близким из существующих аналогов к предлагаемому изобретению (прототипом) является устройство управления механизма вытягивания заготовки машины непрерывного литья заготовок горизонтального типа (см. А.Б.Рысс, В.В.Решетов, В.Н.Костин, А.И.Трушин. Современные системы управления горизонтальными машинами непрерывного литья заготовок. / Техника и технология, №2, 2008 г., издательство Спутник, Москва), содержащее центральный блок управления, входы которого связаны с автоматизированной системой управления технологического процесса и задатчиком технологических параметров, а один из выходов соединен с входом блока управления приводом, выход которого соединен с приводом механизма вытягивания заготовки, выход которого, в свою очередь, соединен с двигателем привода механизма вытягивания заготовки, который механически связан с механизмом вытягивания заготовки и который механически связан с датчиком обратной связи по скорости и положению вытягивания заготовки, выходы которого соединены с соответствующими входами блока управления приводом и соответствующими входами центрального блока управления.

Недостаток известного устройства управления механизма вытягивания заготовки машины непрерывного литья заготовок горизонтального типа заключается в следующем. Технологические параметры разливки металла - путь рывка, время рывка, время паузы и время цикла вытягивающего механизма - должны выбираться и отрабатываться достаточно точно.

В противном случае, в процессе вытягивания заготовки вследствие влияния внешних причин - скачков питающего напряжения, температурного дрейфа исполнительных элементов системы управления, износа исполнительных элементов и т.п., действительные значения величины пути рывка и времени рывка, а вследствие этого и времени паузы механизма вытягивания будут существенно отличаться от его заданных значений, что может привести или к фатальному прорыву верхней корочки образовавшегося при вытягивании твердого металла и, следовательно, к аварии и вытеканию жидкого металла из образующейся заготовки металла или к недопустимому затвердеванию образовавшегося при вытягивании металла заготовки, что не позволит вести дальнейшую разливку жидкого металла на ГМНЛЗ.

Задачей предлагаемого изобретения является адаптивная настройка, несмотря на изменяющиеся внешние условия, описанные выше, скорости рывка и точки начала торможения двигателя привода механизма вытягивания заготовки при рывке, таким образом, чтобы, несмотря на меняющиеся внешние условия, фактические отработки пути рывка и времени рывка при вытягивании заготовки металла соответствовали заданным.

Достигаемый в этом случае технический результат выражается в значительном повышении надежности и безотказности работы ГМНЛЗ, даже при существенном износе оборудования и значительных изменениях внешних условий эксплуатации.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство управления механизма вытягивания заготовки машины непрерывного литья заготовок горизонтального типа, содержащее центральный блок управления, входы которого связаны с автоматизированной системой управления технологического процесса и задатчиком технологических параметров, а один из выходов соединен с входом блока управления приводом, выход которого соединен с приводом механизма вытягивания заготовки, выход которого, в свою очередь, соединен с двигателем привода механизма вытягивания заготовки, который механически связан с механизмом вытягивания заготовки и который механически связан с датчиком обратной связи по скорости и положению вытягивания заготовки, выходы которого соединены с соответствующими входами блока управления приводом и соответствующими входами центрального блока управления, дополнительно введен вычислительный блок, два входа которого соединены с соответствующими выходами датчика обратной связи по скорости и положению вытягивания заготовки, другие два входа вычислительного блока соединены с соответствующими выходами центрального блока управления, при этом еще один вход вычислительного блока соединен с выходом задатчика технологических параметров, причем два соответствующих выхода вычислительного блока соединены с соответствующими входами блока управления приводом.

На фиг.1 представлена схема устройства управления механизма вытягивания заготовки машины непрерывного литья заготовок горизонтального типа, решающего указанные задачи.

Устройство управления механизма вытягивания заготовки машины непрерывного литья заготовок горизонтального типа содержит центральный блок 1 управления, блок 2 управления приводом, привод 3 механизма вытягивания заготовок, управляющий двигателем 4 привода механизма вытягивания заготовки, который механически связан с датчиком 5 обратной связи по скорости и положению вытягивания заготовки и механизмом 6 вытягивания заготовки. Информация с задатчика 7 технологических параметров поступает на вход центрального блока управления, который также связан с автоматизированной системой управления 8 технологического процесса. Кроме этого, дополнительно применен вычислительный блок 9.

Предлагаемое устройство управления механизма вытягивания заготовки машины непрерывного литья заготовок горизонтального типа работает следующим образом.

Как видно из фиг.1, базовым элементом системы управления является центральный блок 1 управления. В центральный блок 1 управления от датчика 5 обратной связи по скорости и положению вытягивания заготовки поступает информация о текущей величине пути рывка и скорости рывка, а с задатчика 7 технологических параметров поступает информация об основных технологических параметрах, влияющих на цикл вытягивания - заданных скорости рывка, пути рывка, времени одного цикла разливки и времени рывка. Кроме этого, на блок 2 управления приводом также поступает (от датчика 5 обратной связи по скорости и положению механизма вытягивания) информация о текущем отработанном пути рывка и о текущей скорости рывка. С выхода центрального блока 1 управления на вход блока 2 управления приводом приходит также служебная информация - временные метки начала очередного цикла вытяжки, а «через» вычислительный блок 9 сигналы - пропорциональный задаваемой скорости рывка и сигнал начала торможения двигателя привода механизма вытяжки. Блок 2 управления приводом выдает в привод 3 механизма вытягивания заготовок сигнал, пропорциональный скорости рывка, который поступает на двигатель 4 привода механизма вытягивания заготовки.

Таким образом, двигатель 4 привода механизма вытягивания заготовки отрабатывает соответствующее перемещение - т.н. «рывок» в соответствии со схемой, представленной на фиг.2, представляющей собой идеальный вариант рывка без учета влияния внешних условий. На фиг.2 не показан т.н. «обратный ход» рывка, применяющийся для некоторых схем разливки и не влияющий на дальнейший анализ. Из чертежа видно, что сначала двигатель 4 привода механизма вытягивания заготовки разгоняется до установившейся скорости рывка Vp, а затем продолжает движение на установившейся скорости. После того как фактический отработанный путь станет больше заданного пути начала останова двигателя, задается команда на останов двигателя и он останавливается с требуемым замедлением. Далее следует заданная пауза, когда двигатель 4 привода механизма вытягивания заготовок стоит без движения, и затем цикл отработки вытягивания повторяется.

Указанная точка начала торможения соответствует точке А на фиг.2, при этом фактический путь, соответствующий т.А, определяется посредством информации с датчика 5 обратной связи по скорости и положению механизма вытягивания. Очевидно, что заданный путь рывка Sp соответствует площади, соответствующей трапеции по фиг.2, а фактический путь рывка Sрф (как и соответствующая фактическая скорость рывка) определяется посредством датчика 5 обратной связи по положению и скорости, при этом определение соответствующего пути и времени рывка осуществляется тогда, когда сигнал фактической скорости рывка становится приблизительно равным нулю. Следует отметить, что в начальный момент времени разливки информация о скорости рывка и о точке начала торможения приходит в блок 2 управления приводом «через» вычислительный блок 9, который в начальный момент времени передает в блок 2 управления приводом «номинальное» заданное значение этих двух параметров, поступающее к нему от задатчика 7 технологических параметров. На последующих циклах вытягивания заготовок эти параметры вычисляются и корректируются вычислительным блоком 9 и далее передаются в блок 2 управления приводом (см. ниже). Таким образом на фиг.2 (так же как на фиг.3 и фиг.4) приняты следующие условные обозначения:

- Vp - заданная скорость рывка;

- Tp - заданное время рывка;

- Тп - заданное время паузы;

- Тц - заданное время цикла;

- т.А - точка начала торможения - заданная;

В реальности, в процессе вытягивания заготовки вследствие влияния внешних причин - скачков питающего напряжения, температурного дрейфа исполнительных элементов системы управления, износа исполнительных элементов системы управления и т.п., действительные значения величины пути рывка и времени рывка, а вследствие этого и времени паузы механизма вытягивания будут существенно отличаться от его заданных значений, что может привести к аварии и (или) невозможности вытягивания металла.

При этом возможны два варианта отклонений заданных параметров рывка от фактических.

По первому варианту эти отклонения имеют одинаковый знак, т.е.

По второму варианту отклонения имеют разный знак, т.е.

Spф<Sp и Трф>Тр

В формулах (1) и (2) приняты следующие обозначения:

- Тр - заданное время рывка;

- Трф - фактическое время рывка;

- Sp - заданный путь рывка;

- Sрф - фактический путь рывка.

Нетрудно видеть, что по первому варианту, если вести адаптацию за счет изменения фактической точки начала торможения двигателя 4 привода механизма вытягивания заготовок, можно добиться, что заданное и фактическое значения пути и времени рывка совпадут. Действительно, если в соответствии с формулами (1) необходимо, например, уменьшить и путь и время рывка, то, начав торможение раньше, получим уменьшение как пути, так и времени рывка и, естественно, наоборот. Данная ситуация отображена на фиг.3, где приведен случай, когда Sрф>Sp и Трф>Тр. На данной фигуре приведены следующие условные обозначения:

- т.А - точка начала торможения - заданная;

- т.А1 - точка начала торможения - фактическая без адаптации;

- т.А2 - точка начала торможения - фактическая после адаптации;

- Двойной штрихпунктирной линией показан фактический график отработки рывка без адаптации;

- Одинарной штрихпунктирной линией показан фактический график отработки рывка с адаптацией.

Рассуждая аналогично, видно, что по второму варианту отклонений, если вести адаптацию за счет изменения скорости рывка, то через несколько шагов адаптации заданное и фактическое значения пути и времени рывка совпадут. Действительно, если в соответствии с формулами (2), например,

Sрф<Sp и Трф>Тр, то увеличивая скорость Vp, время Трф уменьшится, т.е. приблизится к Тр, а путь Sрф увеличится, т.е. приблизится к Sp.

Данная ситуация отображена на фиг.4, где приведен случай, когда Spф<Sp и Трф>Тр. На данной фигуре приведены следующие условные обозначения:

- т.А - точка начала торможения - заданная;

- т.А1 - точка начала торможения - фактическая без адаптации;

- т.А2 - точка начала торможения - фактическая после адаптации;

- Двойной штрихпунктирной линией показан фактический график отработки рывка без адаптации;

- Одинарной штрихпунктирной линией показан фактический график отработки рывка с адаптацией.

Таким образом, вычислительный блок 9, несмотря на изменение внешних условий, на основе учета соотношений (1) и (2) выполняет адаптацию по первому или второму вариантам (см. выше) и далее корректирует точки начала торможения двигателя 4 привода механизма вытягивания заготовок и корректирует заданное значение скорости рывка таким образом, чтобы фактические значения пути и времени рывка совпадали с заданными.

Коррекция ведется по формулам.

Для первого варианта отклонений:

где S t.A - заданный путь начала торможения двигателя 4 привода механизма вытягивания заготовок;

Шаг-пути - величина очередного шага изменения S t.A на очередном цикле адаптации.

Очевидно, что знак "+" берется тогда, когда значение S t.A необходимо увеличить, а знак "-" берется тогда, когда значение S t.A необходимо уменьшить.

Для второго варианта отклонений:

где Vp - заданная скорость рывка;

Шаг-скорости - величина очередного шага изменения Vp на очередном цикле адаптации.

Очевидно, что знак "+" берется тогда, когда значение Vp необходимо увеличить, а знак "-" берется тогда, когда значение Vp необходимо уменьшить.

Следует отметить, что для вычислительного блока 9 заданные значения соответствующих параметров первоначально, перед осуществлением общего цикла вытягивания, поступают от задатчика 7 технологических параметров, а фактические значения соответствующих параметров поступают от датчика 5 обратной связи по скорости и положению механизма вытягивания.

Кроме этого, вычисления по формулам (1)…(4) ведутся тогда, когда сигнал фактической скорости рывка становится приблизительно равным нулю, и используются для последующего цикла вытягивания.

Очевидно, что шаг-пути и шаг-скорости вычисляются таким образом, что, если отклонения фактических параметров рывка от его заданных значений велики, то значения соответствующих шагов также велики. И, наоборот, если отклонения фактических параметров рывка от его заданных значений малы, то и малы значения соответствующих шагов. Этим обеспечивается, во-первых, оптимальное быстродействие по достижению заданных значений пути и времени рывка при адаптации, а во-вторых, минимальное рыскание относительно заданных значений рывка при адаптации тогда, когда эти значения достигнуты.

Таким образом, решается поставленная задача предлагаемого изобретения - адаптивная настройка, несмотря на изменяющиеся внешние условия, описанные выше, скорости рывка и точки начала торможения двигателя привода механизма вытягивания заготовки при рывке таким образом, чтобы, несмотря на меняющиеся внешние условия, фактические отработки пути рывка и времени рывка при вытягивании заготовки металла соответствовали заданным.

Вследствие этого значительно повышается надежность и безотказность работы ГМНЛЗ, даже при существенном износе оборудования и значительных изменениях внешних условий эксплуатации.

Изобретение относится к области разливки жидкого металла в слитки и может использоваться на всех горизонтальных машинах непрерывного литья заготовок. Технический результат - повышение надежности процесса разливки. Задачей изобретения является адаптивная настройка, несмотря на изменяющиеся внешние условия, скорости рывка и точки начала торможения двигателя привода механизма вытягивания заготовки при рывке таким образом, чтобы, несмотря на меняющиеся внешние условия, фактические отработки пути рывка и времени рывка при вытягивании заготовки металла соответствовали заданным. В процессе непосредственной разливки заготовок непрерывно определяют фактические значения пути и времени рывка, сравнивают их с заданными значениями и на основе этого анализа изменяют точку начала торможения двигателя привода механизма вытягивания заготовки при окончании рывка или изменяют заданную установившуюся скорость рывка. Для этого дополнительно вводится вычислительный блок, выполняющий определенные действия и связанный с элементами устройства управления механизма вытягивания заготовки машины непрерывного литья заготовок горизонтального типа. 4 ил.

Устройство управления механизмом вытягивания заготовки машины непрерывного литья заготовок горизонтального типа, содержащее центральный блок управления, входы которого связаны с автоматизированной системой управления технологического процесса и задатчиком технологических параметров, а один из выходов соединен с входом блока управления приводом, выход которого соединен с приводом механизма вытягивания заготовки, выход которого соединен с двигателем привода механизма вытягивания заготовки, который механически связан с механизмом вытягивания заготовки и датчиком обратной связи по скорости и положению вытягивания заготовки, выходы которого соединены с соответствующими входами блока управления приводом и соответствующими входами центрального блока управления, отличающееся тем, что оно снабжено вычислительным блоком, два входа которого соединены с соответствующими выходами датчика обратной связи по скорости и положению вытягивания заготовки, другие два входа вычислительного блока соединены с соответствующими выходами центрального блока управления, при этом еще один вход вычислительного блока соединен с выходом задатчика технологических параметров, а два соответствующих выхода вычислительного блока соединены с соответствующими входами блока управления приводом.