Регулятор относительного обжатия прокатываемой полосы Советский патент 1982 года по МПК B21B37/58 

(5) РЕГУЛЯТОР ОТНОСИТЕЛЬНОГО ОБЖАТИЯ ПРОКАТЫВАЕМОЙ ПОЛОСЫ

Изобретение относится к автоматизации прокатного производства, в частности к автометизации дрессировочных станов листопрокатных цехов. Из&естен регулятор относительного обжатия, выполненный по структуре релейно-непрерывной системы,состоящий из измерителя относительного обжатия, фильтра, узла сравнения, релейного усилителя с зоной нечувствительности и узла обратной связи по скорости нажимных винтов 1. , Основным недостатком этого регуля тора является наличие фильтра, необходимого для защиты регулятора от воздействия высокочастотной составляющей обжатия, что приводит к появлению запаздываний при сравнении текущего сигнала измерителя обжатия с заданием. Другим недостатком данного регуля .тора является отсутствие узла компен сации изменения передаточного коэф.фициента стана, который может сущест венно изменяться (в несколько раз). При этом для сохранения устойчивости регулятора при заданной зоне нечувствительности необходимо скоростЬ перемещения нажимных винтов, что приводит к снижению быстродействия. 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 усреднения, узел сравнения, два ключа, релейный усилитель с зоной нечувствительности, выход которого соединен с входом системы управления нажимными винтами, формирователь сброса и интегратор пути нажимных винтов С23. Сигнал с измерителя усредняется фильтром с постоянным путевым запаздыванием и сравнивается с заданием в устройстве сравнения и усреднения. Сигнал рассогласования через узел cpaвнe ия с сигналом обратной связи по положению нажимных винтов и через ключ поступает на вход релейного уси лителя с зоной нечувствительности. При достижении заданного пути усреднения замыкается ключ на входе релейного усилителя с зоной нечувствительности. При рассогласовании,пре вышающем зону нечувствительности,ера батывает релейный усилитель, и привод нажимных винтов отрабатывает воз никшее рассогласование. После оконча ния отработки открывается ключ, чере который управляющий сигнал из устройства сравнения и усреднения посту пает на вход формирователя сброса (триггер сброса). Формирователь сбро са сбрасывает интегратор путинажимных винтов и устанавливает устройств сравнения и усреднения в состояние,, соответствующее началу пути усреднения. Таким образом, в известном устрой стве усреднение измеренного обжатия производится за постоянный путь полосы, а отработка рассогласования пр изводится 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 ZJ. Недостатком известного регулятора является то, что коэффициент пропорциональности между рассогласованием по обжатию и длительностью выходного импульса принят постоянным. Однако для точной отработки рассогласования за одну команду коэффициент пропорци нальности должен быть равен передаточному коэффициенту стана перемещение нажимных винтов - обжатие. .Id к где ad - перемещение нажимных винтов ду - изменение обжатия, вызванное этим перемещением. Коэффициент пропорциональности к определяется жесткостью клети и сортаментом дрессируемого металла и для реального сортамента цехов холод ной прокатки изменяется в А-8 раз. Для обеспечения устойчивости работы регулятора при .любом сортаменте коэффициент пропорциональности между рассоглас.ованием 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 повышёние 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 усредне1ния, 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 сравнения, а вход делителя - с выходом второго сумматора, первый вход которого подключен к второму вхо;ру 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

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 Ц сравнения и усреднения, 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 узлы 1 и 15 деления, датчик 16 давления в клети, систему 17 управле- ния приводом нажимных устройств.

Импульсные датчики 1 и 2 скорости полосы механически связаны с измерительными роликами, установленными соответственно до и после клети. Выходы датчиков 1 и 2 скорости полосы подключены к входам измерителя 3 относительного обжатия полосы, выход которого соединен с первым входом устройства k сравнения и усреднения, к второму входу которого подключен выход датчика 2 скорости полосы.

Первый выход устройства k сравнения и усреднения соединен с первым входом узла 5 сравнения, выход которого подключен к информационному входу ключа 6, второй выход устройства Ц соединен с управляющим входом ключа.6 .и информационным входом ключа 7. выход ключа 6 подключен к входу релейного усилителя 8 с зоной нечувствительности, выход которого соединен с входом системы управления нажимными устройствами и управляющим входом ключа 7, выход которот го соединен с входом формирователя 9 сброса,, подключенного выходом к входам сброса интегратора 10 и устройства Ц 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 релейного усилителя 8 с зоной нечув-. ствительности кли 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 1 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 си|- нал, пропорциональный толщине прокатываемой полосы, снимаемый 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 k 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 k сравнения и усреднения может быть выполнено, как в известном устройст.ве,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 устройства сравнения и усреднения, входы сброса интеграторов обжатия и пути соответствуют третьему входу сброса устройства сравнения и усреднения, выходы сигнала рассогласования в узле сравнения и Триггера пути соответствуют первому и второму выходам устройства узла Ц сравнения и усреднения. Третий вход регулятору 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 усилителя 8 с зонойнечувствительности, интегратора 10, сумматоров 12 и 13. узлов 1 i и 15 использованы операцион ные усилители с соответствующими обратными связями. Формирователь 9 сброса может быть реализован на триг гере, как в известном устройстве,или на одновибраторе. Нелинейный преобра зователь 11 может быть реализован на основе кусочно-линейной аппроксимации . I Устройство работает следующим об разом. Сигналы импульсных датчиков 1 и 2 скорости полосы поступают на вход измерителя 3 относительного обжатия на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный относительному обжатию полосы. 8 устройстве 4 сравнения и усреднения сигнал с выхода измерителя 3 относительного обжатия сравнивается с заданием относительно го обжатия и усредняется за постоянный путь, вычисляемый по сигналу с датчика 2 скорости полосы. При дости жении пути, равного пути усреднения сигнал с второго выхода устройства сравнения и усреднения замыкает ключ 6 и сигнал рассогласования с пе вого выхода устройства k поступает через узел 5 сравнения и ключ 6 на 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 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 ющий выбег нажимных устройств. Компе сация выбега достигается добавлением к сигналу, пропорциоиал&ному пути на жимных устройств, что приводит к 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. 3 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 пропорциональ.ный коэффициенту стана в узле 14 деления. Сигнал с выхода узла 14 деления сравнивается с сигналом рассогласЬвания по обжатию в узле 5 сравнения. В случае, если разность этих сигналов становится меньше зоны 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 ан к. lETT д де Н - толщина прокатываемой полосы; жесткость клети, не зависящая от параметров полосы; Р - давление в клети. Учитывая, что U - Н э7 ан агЖЩ получаем коэффициент обжатие - перемещение, обратно пропорциональный коэффициенту стана , dd ар/ау нк f ар .+н. t) Как следует из теории прокатки и экспериментальных данных, связь между давлением в клети Р и величиной относительного обжатия jr достаточно хорошо аппроксимируется зависимостью . , , (4) где а - переменный коэффициент, не зависящий от У и определяемый сортаментом проката; п - показатель степени, где 0,5 п 1 . . Для дрессировки (проката малых толщин без смазки и при малых обжатиях) значение п близко к 1 и может рассматриваться как константа, тогда ЭР и., р пазг .-п. (5) Подставляя в формулу (З) значение производной из формулы (5),получаем величину, обратно пропорциональную коэффициенту стана, - +н fc. г Сигнал, обратно пропорциональный коэффициенту стана, вычисляется в со ответствии с формулой (6) на суммато ре 13, узле 15 деления, датчике 1бдавления. В узле 15 деления, по сигналу с датчика 1б давления и сигналу задания обжатия вычисляется сигнал который в сумматоре 13 суммируется с сигналом толщины полосы. Таким образом, введение в регулятор элементо 11 и 16 позволяет скомпенсировать из менение коэффициента стана и путь выбега нажимных устройств. Следовательно, предлагаемый регуля тор обеспечивает точную отработку рас согласования за один регулирующий импульс, что обеспечивает более высокую динамическую точность (быстродействие регулирования, по сравнению с известны Изобретение может быть использова но в системах автоматического регули рования относительного обжатия прока тываемой полосы на металлургических предприятиях, выпускающих холоднокатанный полосовой материал. Использование предлагаемого.регулятора в сос таве таких систем позволит осуществлять дроессировку прокатываемой поло сы 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 датчика скорости полосы, соединенных выходами с входами измерителя относительного обжатия полосы, выход которого подсоединён к первому входу устройства сравнения и усреднения, еторой вход последнего соединен с вторым датчиком скорости полосы, выход фор- . мирователя c6pota подсоединен к входу сброса интегратора и к третьему входу устройства сравнения -и усреднения, первый выход которого через элемент сравнения подсоединен к информационному входу первого ключа, второй выход - к управляющему в.ходу первого и информационному входу втарого ключей, выходы первого и второго ключей подсоединены соответственно к входам релейного усилителя и формиррвателя сброса, выход релейного усилителя подключен к системе управления приводом нажимных устройств и управляющему входу второго ключа, интегратор, отличающийся тем, что, с целью повышения качества за счет повышения быстродействия и точности регулирования, в него дополнительно введены нелинейный преобра-зоаатель, 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 интегратора, а выход - с входом делимого первого блока деления, выход которого соединен с входом узла (Сравнения, 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 соединен с выходом датчика давления, а вход делителя блока деления и четвер-тый вход устройства сравнения и усреднения подключены к третьему входу регулятора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Соломайченко Н.Н. Промышленная эксплуатация системы регулирования относительного обжатия на дресировочном стане 1700. Сборник Автоматизация металлургического производства, М., Металлургия, 1973, с. 17. 2.Авторское свидетельство СССР ff 531576, кл. В 21 В 37/00, 1975.