Устройство автоматического регулирования толщины прокатываемой полосы Советский патент 1992 года по МПК B21B37/02 

Изобретение относится к прокатному производству, а именно к средствам автоматизации прокатного производства, и может быть использовано на станах холодной прокатки.

Известно устройство автоматического регулирования толщины прокатываемой полосы 1, содержащее датчик давления, за- датчик давления, элемент сравнения, гидроцилиндры распора подушек опорных валков, электрогидравлический преобразователь, блок управления нажимными винТа- ми. Для регулирования толщины полосы осуществляется одновременно воздействие сигналом разности заданного и фактического давлений на давление жидкости в гидроцилиндрах распора и на перемещение нажимных винтов.

Известно также устройство автоматического регулирования толщины полосы 2,

содержащее элемент зоны нечувствительности в канале воздействия на перемещение нажимных винтов, элемент сравнения и датчик положения нажимных винтов, образующие замкнутую систему регулирование положения нажимных винтов.

Недостатками таких устройств являются ограниченный по амплитуде и частоте диапазон компенсируемых отклонений толщины полосы и ограниченная область (сортамент проката) эффективной работы Известно, что распор подушек опорных валков имеет ограничение по создаваемому усилию, поэтому, например, при одновременном воздействии сигнала разности заданного и фактического давлений на давление жидкости в гидроцилиндрах распора и на перемещение нажимных винтов в случае значительного отклонения (амплитуды) тоащины полосы канал воздействия на

to

распор входит в насыщение, а нажимными винтами вследствие их малого быстродействия отрабатывается при этом лишь низкочастотная составляющая отклонения толщины полосы. В случае замкнутой системы регулирования положения нажимных винтов может компенсироваться также лишь низкочастотная составляющая отклонения толщины.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для автоматического регулирования толщины полосы на прокатном стане 3, содержащее толщиномеры, установленные на входе и выходе клети, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), вход которого соединен с выходом толщиномера, вычислитель расчетной длины полосы, стробирующий узел, узел задержки, сдвигающий регистр, вход первой ячейки которого соединен с выходом стро- бирующего узла, измерительные ролики на входе и выходе клети, первый и второй датчики импульсов, механически связанные с измерительными роликами соответственно на входе и выходе клети, счетчик, выход которого соединен с тактирующим входом сдвигающего регистра и через узел задержки с управляющим входом сгробирующего узла, регуляторы раствора валков и натяжения, реверсивный счетчик, регистр и задат- чикзаданной длины полосы, выход которого соединен с входом записи счетчика, счетный вход которого подсоединен к выходу второго датчика импульсов, при этом вход вычислителя расчетной длины полосы соединен с выходом АЦП, а выход - с информа- ционным входом стробирующего узла, выход последней ячейки сдвигающего регистра соединен с входом записи реверсивного счетчика, счетный вход которого подсоединен к выходу первого датчика импульсов, стробирующий вход - к выходу счетчика, а выход- к информационному входу регистра, тактирующий вход которого подсоединен к выходу счетчика, выход регистра соединен с регуляторами раствора валков и натяжения,

Недостатками данного устройства являются ограниченный по амплитуде и частоте диапазон компенсируемых отклонений толщины полосы, ограниченный сортамент полосы, при котором устройство работает эффективно.

Изменение натяжения полосы на одно- клетевых станах холодной прокатки ограничивается обычно величиной не более 20% от заданного натяжения. Электромеханические нажимные механизмы, которыми оснащены многие прокатные станы, используемые в качестве регулятора раствора валков, обладают низким быстродействием. При прокатке полосы из высокопрочного металла амплитуда высокочастотных составляющих отклонений толщины может достигать значений, при которых требуется большее изменение натяжения, чем может вызвать данное устройство. Регулятором раствора валков из-за ограниченного быст0 родействия при этом компенсируется лишь среднее значение указанных составляющих отклонения толщины или медленно изменяющаяся составляющая. При этом высокочастотные составляющие отклонения

5 толщины полосы компенсируются частично. Цель изобретения - повышение точности регулирования за счет расширения диапазона управляемых отклонений толщины полосы по амплитуде и частоте и расшире0 ние области (сортамента проката) эффективной работы устройства.

Цель достигается тем, что в устройство автоматического регулирования толщины прокатываемой полосы, содержащее элект5 ропривод нажимного механизма, регулятор натяжения, последовательно соединенные измеритель отклонения толщины на входе в клеть, АЦП, вычислитель расчетной длины полосы и стробирующий блок, блок задерж0 ки, сдвигающий регистр, вход первой ячейки которого соединен с выходом стробирующего блока, измерительные ролики на входе и выходе клети, два датчика импульсов, механически связанных с измери5 тельными роликами соответственно на входе и выходе клети, счетчик, вход которого соединен с выходом датчика импульсов на входе клети, а выход - с входом запуска АЦП, с тактирующим входом сдвигающего

0 регистра и через блок задержки с управляющим входом стробирующего блока, задат- чик заданной длины, выход которого соединен с входом записи счетчика, реверсивный счетчик, вход записи которого при5 соединен к выходу сдвигающего регистра, стробирующий вход - к выходу счетчика, а счетный вход- к выходу датчика импульсов на входе клети, регистр хранения с цифроа- налоговым преобразователем (ЦАП) на вы0 ходе, причем информационный вход регистра хранения подключен к выходу реверсивного счетчика, а тактирующий вход - к выходу счетчика, гидроцилиндры распора подушек опорных валиков, электрогидрав5 лический усилитель мощности, датчик давления, фильтр низких частот, блок с зоной нечувствительности, два блока сравнения, задатчик начального давления жидкости в гидроцилиндрах, причем выход регистра хранения через ЦАП соединен с первым

входом первого блока сранения и с выходом фильтра низких частот, выход первого блока сравнения соединен с входом электрогидравлического усилителя мощности, выход которого соединен с гидроцилиндрами распора подушек опорных-валков и с входом датчика давления, выход последнего соединен с первым входом второго блока сравнения, выход которого соединен с вторым входом первого блока сравнения, второй вход второго блока сравнения подсоединен к выходу задатчика начального давления жидкости в гидроцилиндрах, выход первого блока с зоной нечувствительности соединен с первым входом электропривода нажимного механизма, а - с выходом фильтра низких частот, введены интегратор, второй фильтр низких частот, масштабирующий усилитель, второй блок с зоной нечувствительности, сумматор, тахогенератор, механически связанный с электроприводом нажимного механизма, третий блок сравнения. Выход второго блока сравнения соединен с входом второго фильтра низких частот, выход которого соединен с входом масштабирующего усилителя,выход которого соединен с первым входом третьего блока сравнения, выход посл еднего соединен с вторым входом электропривода нажимного механизма, выход тахогенератора - с входом интегратора, выход которого соединен с вторым входом третьего блока сравнения, выход регистра хранения через ЦАП соединен с первым входом сумматора, а выход третьего фильтра низких частот соединен с его вторым входом, выход сумматора соединен с входом второго блока с зоной нечувствительности, выход последнего соединен с входом регулятора натяжения.

На чертеже представлена схема устройства автоматического регулирования толщины прокатываемой полосы.

Устройство содержи последовательно соединенные измеритель 1 отклонения толщины на входе в клеть, АЦП 2, вычислитель 3 расчетной длины полосы и стробирующий блок 4, блок 5 задержки, сдвигающий регистр 6, вход первой ячейки которого соединен с выходом стробирующего блока 4, реверсивный счетчик 7, регистр 8 хранения, измерительные ролики 9 и 10 соответственно на входе и выходе клети, частично охватываемые полосой 11, два датчика 12 и13 импульсов, механически связанных с роликами 9 и 10 соответственно, счетчик 14 числа импульсов, пропорционального заданной длине, вход которого соединен с выходом датчика 13 импульсов на выходе клети, а выход - с входом запуска АЦП 2, с тактирующим входом сдвигающего регистра 6 и через блок 5 задержки с управляющим входом стробирующего узла 4, задатчик 15 заданной длины, выход которого соединен с входом записи счетчика 14, электропривод

16 нажимного механизма, регулятор 17 натяжения, блок 18с зоной нечувствительности, выход которого соединен с первым входом электропривода 1 б нажимного механизма, разматывающий 19 и наматываю0 щий 20 механизмы, нажимной механизм 21, опорные 22 и рабочие23 валки, гидроцилиндры 24 распора подушек опорных валков, электрогидравлический усилитель 25 мощности, тахогенератор 26, механически свя5 занный с электроприводом 16 нажимного механизма, датчик 27 давления жидкости в гидроцилиндрах, фильтр 28 низких частот, масштабирующий усилитель 29, первый блок 30 сравнения, второй 31 и третий 32

0 блоки сравнения, подушки 33 опорных вал ков 22, интегратор 34, задатчик 35 начально го давления жидкости в гидроцилиндрах 24, ЦАП 36 на выходе регистра 8 хранения, сумматор 37, второй фильтр 38,низких час5 тот, второй блок 39 с зоной нечувствительности.

Вход записи реверсивного счетчика 7 присоединен к выходу сдвигающего регистра 6, стробирующий вход - к выходу счетчи0 ка 14, а счетный вход- к выходу датчика 12 импульсов на входе клети, Информационный вход регистра 8 хранения подключен к выходу реверсивного счетчика 7, тактирующий вход - к выходу счетчика 14, а выход

5 через ЦАП 36 соединен с первым входом первого блока 30 сравнения, с входом фильтра 28 низких частот и с первым входом сумматора 37. Выход первого блока 30 сравнения соединен с входом электрогидравли0 ческого усилителя 25 мощности, выход которого соединен с гидроцилиндрами 24 распора подушек опорных валков и с входом датчика 27 давления. Выход последнего соединен с первым входом второго блока 31

5 сравнения, выход которого соединен с вторым входом первого блока 30 сравнения и с входом второго фильтра 38. Второй вход второго блока 31 сравнения подсоединен к выходу задатчика 35 начального давления

0 жидкости в гидроцилиндрах. Выход второго фильтра 38 соединен с входом масштабирующего усилителя 29, выход которого соединен с первым входом третьего блока 32 сравнения, выход последнего соединен с

5 вторым входом электропривода 16 нажимного механизма. Выход тахогенератора 26 соединен с входом интегратора 34, выход которого соединен с вторым входом третьего блока 32 сравнения. Выход фильтра 28 соединен с входом первого блока 18с зоной

нечувствительности и с вторым входом сумматора 37, выход которого соединен с входом второго блока 39 с зоной нечувствительности, выход последнего соединен с входом регулятора 17 матяжения.

В предлагаемом устройстве в качестве электрогидравлического усилителя 25 мощности мо жет быть применен гидравлический дросселирующий распределитель УЭ85, в качесвте измерителя 1 отклонения толщины - радиоизотопный измеритель толщины Fmm24004, в качестве электропривода 16 нажимного механизма и регулятора 17 натяжения - вентильные электроприводы постоянного тока, в качестве датчика давления 27 жидкости - измерительный вибростержневой преобразователь давления ПДВ-320, в качестве АЦП 2 - щитовой цифровой вольтметр Ф207, в качестве датчиков 12, 13 импульсов - датчик ПДФЗ, вычислитель 3 расчетной длины, стробиру- ющий блок 4, блок 5 задержки, сдвигающий регистр 6, реверсивный счетчик 7, регистр 8 хранения, счетчик 14, задатчик 15 длины полосы реализуются на интегральных микросхемах серии К155, фильтры 28 и 38, масштабирующий усилитель 29, блоки 30, 31,32 сравнения, интегратор 34, задатчик 35 начального давления жидкости, сумматор 37, первый 18 и второй 39 блоки с зоной нечувствительности реализуются на интегральных микросхемах серии КР140 и КР544,

Устройство работает следующим образом.

Перед прокаткой задается начальное значение давления жидкости Ро в гидроцилиндрах 24 подачей от задатчика 35 соответствующего напряжения UPQ на второй вход блока 31 сравнения, с выхода которого сигнал начального давления передается на второй вход блока 30 сравнения, с выхода которого он передается на вход электрогидравлического усилителя 25 мощности. Последний вызывает изменение давления жидкости в гидроцилиндрах 24 до тех пор, пока выходное напряжение датчика 27 давления, поступающее на первый вход блока 31 сравнения, не сравняется с заданным напряжением UPQ на выходе задатчика 35 начального давления жидкости в гидроцилиндрах. Таким образом, создается начальное усилие распора подушек опорных валков, т.е. предварительное напряжение клети.

С помощью задатчика 15 заданной длины полосы на вход записи счетчика 14 вводится значение заданной длины.

С началом прокатки значения относительного отклонения толщины полосы на

входе в клеть, полученные через АЦП 2 от измерителя 1 отклонения толщины, поступают в вычислитель 3. Определенные вычис- лителем значения расчетной длины

передаются на информационный вход стро- бирующего блока 4. При этом счетчик 14 отсчитывает число поступающих от датчика 13 импульсов, соответствующее заданной длине, и формирует тактирующий импульс,

означающий окончание интервала измерения.

При поступлении этого импульса одновременно на тактирующие входы сдвигающего регистра 6, регистра 8 хранения с ЦАП

и на стробирующий вход реверсивного счетчика 7 происходят передача из последней ячейки сдвигающего регистра 6 значения расчетной длины, записанного в нее на предыдущем интервале измерения, на вход

записи реверсивного счетчика 7, на счетный вход которого поступают импульсы от датчика 12 импульсов, и перемещение значения расчетной длины в сдвигающем регистре на одну ячейку, передача с выхода

реверсивного счетчика 7 разности расчетной и измеренной длин на информационный вход регистра 8 хранения с ЦАП 36. С выхода последнего рассогласование в виде напряжения постоянного тока передается

на первый вход блока 30 сравнения, а также на первый вход сумматора 37 и на вход фильтра 28. Напряжение рассогласования, поступающее на первый вход блока 30 сравнения, является приращением по отношению к напряжению задания UPQ и вызывает срабатывание электрогидравлического усилителя 25 мощности, в результате чего давление жидкости в гидроцилиндрах 24 нарастает при отрицательном отклонении

толщины полосы или падает при положительном отклонении толщины до тех пор, пока сигнал обратной связи по давлению жидкости в гидроцилиндрах, получаемый от датчика 27 давления, не сравняется с суммой сигналов UPO и сигнала на первом входе блока 30 сравнения. Изменения давления жидкости в гидроцилиндрах 24, влияя на усилие прокатки, приводят кумень- шению отклонения толщины полосы в пределах, соответствующих максимально возможному давлению жидкости в гидроцилиндрах 24:

55

lAPs

Ро.

Напряжение, получаемое с выхода блока 31 сравнения усредняется в фильтре 38. Его усредненное значение передается через масштабирующий усилитель 29 и блок

33 сравнения на вход электропривода 16 нажимного механизма 21, чем вызывается перемещение нажимных винтов в направлении, соответствующем усредненному изменению давления Д РСр в гидроцилиндрах, а именно при повышении усредненного давления ЛРср электропривод 16 нажимного механизма 21 перемещает нажимные винты вверх, т.е. в направлении увеличения раствора валков, при понижении усредненного давления ЛРСр - вниз. Напряжение обратной связи по перемещению нажимного механизма, поступающее на второй вход третьего блока 32 сравнения, создается с помощью тахогенератора 26 и интегратора 34.

Перемещение нажимных винтов вызы- вавет тенденцию возникновения отклонения толщины полосы, которое вызывает соответствующее изменение давления жидкости в гидроцилиндрзх 24. а именно перемещение нажимных винтов вверх вызывает тенденцию возникновения положительного отклонения толщины полосы, вследствие чего электрогидравлический усилитель 25 мощности производит уменьшение давления жидкости в гидроцилиндра, 24. Так как скорость изменения давления жидкости в гидроцилиндрах на порядок больше скорости перемещения нажимных винтов, то практически отклонения толщины полосы не происходит, нажимные винты перемещаются, а вреднее значение давления жидкости в гидроцилиндрах 24 приближается к начальному значению Ро, благодаря чему возможность изменения давления жидкости в гидроцилиндрах в пределах 0...2 Ро используется при прокатке в основном для уменьшения высокочастотных составляющих отклонения толщины.

Наибольшее отклонение толщины полосы имеет место в начале прохода, на него реагирует цель быстродействующего гидравлического исполнительного органа. Эту цепь составляют регистр 8 хранения с ЦАП 36, блок 30 сравнения, электрогидравлический усилитель 25 мощности, гидроцилиндры 24. Реагирует также цепь звеньев, приводящих в действие нажимной механизм 21, обладающий меньшим быстродействием: регистр 8 хранения с ЦАП 36, фильтр 28, блок 18 с зоной нечувствительности и электропривод 16 нажимного механизма.

Цепь быстродействующего гидравлического исполнительного органа может достигать насыщения, обусловленного ограничением давления жидкости в гидроцилиндрах 24, Однако дополнительное

включение электропривода 16 нажимного механизма по цепи звеньев: выход блока 31 сравнения, фильтр 38, масштабирующий усилитель 29, блок 32 сравнения переводит

ее всегда в режим работы около начального давления жидкости в гидроцилиндрах, чем обеспечивается использование ее для уменьшения высокочастотных составляющих отклонения толщины полосы.

0 Фильтр 28, предназначенный для усреднения сигнала рассогласования, и олок 18 с зоной нечувствительности обеспечивают реагирование электропривода нажимного механизма на низкочастотную

5 составляющую отклонения толщины полосы.

Таким образом, сигналы на включение электропривода 16 нажимного механизма поступают по двум цепям звеньев: по цепи

0 отработки среднего значения отклонения толщины и по цепи отработки среднего приращения давления жидкости в гидроцилиндрах, причем обе цепи работают согласно. Например, при положительном среднем от5 клонении толщины полосы электропривод 16 нажимного механизма 21 перемещает нажимные винты вниз, пока усредненное значение сигнапа не войдет в зону нечувствительности при отрицательном среднем

0 приращении давления жидкости в гидроцг линдрах электропривод 16 нажимного меха- низма 21 дополнительно перемещает нажимные винты вниз. Работа нажпмного механизма 21 не исключает выход гидроци5 линдра 24 на ограничение по давлению (ка- сыщение), так как его быстродействие выше.

Пусть в среднем гидрораспор с учетом ограничения по давлению обеспечивает

0 прокатку с отклонением не более 2% от номинального значения. Достижение ограничения по давлению означает возможность выхода отклонения за пределы 2%, Однако усредненное значение изменения ДР

5 давления, полученное на выходе фильтра 38, приведенное масштабирующим усилителем 29 к заданию на перемещение нажимного механизма 21, требуемому для изменения давления распора в сторону

0 удаления его от граничного значения, поступает на вход блока 32 сравнения, формирующего задание на дополнительное перемещение нажимного механизма 21, отрабатываемое электроприводом 16.

5 Таким образом, цепи регулирования регистр 8 хранения с ЦАП 36, блок 30 сравнения, электрогидравлический усилитель 25 мощности и гидроцилиндры 24; датчик 27 давления, блок 31 сравнения, фильтр 38, масштабирующий усилитель 29, блок 32

сравнения, электропривод 16, нажимной механизм 21,тахогенератор 26, интегратор 34; регистр 8 хранения с ЦАП, фильтр 28, блок 18с зоной нечувствительности, электропривод 16, нажимной механизм 21 взаимодействуют так, что, начиная с заправочной скорости, уточняется раствор валков, установленный перед прокаткой оператором, устраняются низкочастотные составляющие отклонения толщины с точностью, определяемой зоной нечувствительности (блок 18), корректируется положение нажимного механизма 21 в пределах зоны нечувствительности так, что среднее давление рабочей жидкости в гидроцилиндрах всегда приближается к заданному начальному значению.

Однако виброчастотным составляющим напряжения рассогласования на выходе регистра 8 хранения с ЦАП могут соответствовать изменения давления рабочей жидкости в гидроцилиндрах, превышающие абсолютное значение ограничения по давлению. Поэтому из напряжения рассогласования, подаваемого QT регистра 8 хранения с ЦАП 36 на первый вход сумматора 37, вычитается усредненное напряжение рассогласования, получаемое на выходе фильтра 28. Получается напряжение, пропорциональное высокочастотным составляющим отклонения толщины. Оно передается с выхода сумматора 37 на вход второго блока 39 с зоной нечувствительности. Таким образом, регулятор 17 натяжения реагирует лишь на высокочастотные составляющие отклонения толщины, которые могут достигать насыщения цены, воздействующей на гидрораспор. Зона нечувствительности позволяет исключить также насыщение цепи, воздействующей на натяжение. Совместная работа цепей регулирования в предлагаемом устройстве обеспечивает повышение точности регулирования за счет расширения диапазона устраняемых отклонений толщины по амплитуде и частоте и расширения области (сортамента проката) эффективной работы устройства.

Технико-экономическое преимущество заявляемого устройства по сравнению с прототипом заключается в том, что оно обеспечивает для широкого сортамента проката (из малоуглеродистой, инструментальной, коррозионно-стойкой сталей и прецизионных сплавов) высокую точность изготовления полосы (ленты).

Формула изобретения

Устройство автоматического регулирования толщины прокатываемой полосы, содержащее электропривод нажимного механизма, регулятор натяжения, последовательно соединенные измеритель отклонения толщины на входе в клеть, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), вычислитель расчетной длины полосы и

стробирующий блок, блок задержки, сдвигающий регистр, вход первой ячейки которого соединен с выходом стробирующего блока, измерительные ролики на входе и выходе из клети, два датчика импульсов,

0 механически сочлененных с измерительными роликами соответственно на входе и выходе из клети, счетчик, вход которого соединен с выходом датчика импульсов на выходе из клети, а выход - с входом запуска

5 АЦП, с тактирующим входом сдвигающего регистра и через блок задержки с управляющим входом стробирующего блока, задат- чик длины, выход которого соединен с входом записи счетчика, реверсивный счет0 чик, вход записи которого присоединен к выходу сдвигающего регистра, стробирующий вход - к выходу счетчика, а счетный вход- к выходу датчика импульсов на входе клети, регистр хранения цифроаналоговым

5 преобразователем (ЦАП) на выходе, информационный вход которого подсоединен к выходу реверсивного счетчика, а тактирующий вход- к выходу счетчика, причем выход регистра хранения соединен с входом ЦАП,

0 гидроцилиндры распора подушек опорных валков, электрогидравлический усилитель мощности, датчик давления, фильтр низких частот, блок с зоной нечувствительности, два блока сравнения, задатчик начального

5 давления жидкости в гидроцилиндрах, причем выход ЦАП соединен с первым входом первого блока сравнения и с входом фильтра низких частот, выход первого блока сравнения соединен с входом электрогид0 равлического усилителя мощности, выход которого соединен с гидроцилиндрами распора подушек опорных валков и с входом датчика давления, выход которого соединен с первым входом второго блока сравнения,

5 выход которого соединен с вторым входом первого блока сравнения, второй вход второго блока сравнения подсоединен к выходу задатчика начального давления жидкости в гидроцилиндрах, выход первого блока с зо0 ной нечувствительности соединен с первым входом электропривода нажимного механизма, а вход- с выходом фильтра низких частот, отличающееся тем, что, с целью повышения точности регулирования, .оно

5 снабжено интегратором, вторым фильтром низких частот, масштабирующим усилителем, вторым блоком с зоной нечувствительности, сумматором, тахогенератором, механически связанным с электроприводом нажимного механизма, третьим блоком

сравнения, причем выход второго блока сравнения соединен с входом второго фильтра низких частот, выход которого соединен с входом масштабирующего усилителя, выход которого соединен с первым входом третьего блока сравнения, выход которого соединен с вторым входом электропривода нажимного механизма, выход тахогенерато- ра соединен с входом интегратора, выход

которого соединен со вторым входом третьего блока сравнения, выход регистра хранения через ЦАП соединен с первым входом сумматора, а выход первого фильтра низких частот соединен с вторым входом сумматора, выход сумматора соединен с входом второго блока с зоной нечувствительности, выход которого соединен с входом регулятора натяжения.

Изобретение относится к прокатному производству, а именно к средствам автоматизации прокатного производства, и может быть испочьзовано на одноклетьевых станах холодной прокатки. Цель изобретения - повышение точности регулирования. Устройство позволяет расширить диапазон устраняемых отклонений толщины полосы по амплитуде и частоте, а также область (сортамент проката) эффективной работь стана с высокой степенью точности прокатываемого металла. 1 ил.

1S