Устройство управления охлаждением горячекатаной полосы Советский патент 1982 года по МПК B21B37/76 

(54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ОХЛАЖДЕНИЕМ ГОРЯЧЕКАТАНОЙ ПОЛОСЫ

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, предназ начено для использования в автоматизированных системах управления техно логическими процессами прокатных ста нов, в частности в автономных локаль ных системах управления охлаждением металла. Известно устройство, содержащее информационные датчики, распылители воды с индивидуальным управлением и цифровые автоматы или управляющую ЭВМ 1. Однако они не обеспечивают заданный режим охлаждения и обеспечивают низкую точность- регулирования, или заданная точность регулирования дост гается путем изменения расхода жидкости через распылители, что, вследствие падения давления воды в магист ралях, наличия примесей в воде, высокой инерционности органов управления расходом, также не обеспечивает высокой точности регулирования скорости охлаждения полосы. Известно также устройство для регулирования температуры металла . на отводящем рольганге прокатного ст на, где требуемая скорость охлаждеимя полосы обеспечивается включением и корректипованием числа распылителей воды 2. Однако это приводит к существенным погрешностям дискретности, особенно ощутимым в Начальный период прокатки перед разгонами стана. Наиболее близким к описываемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является устройство управления охлаждением . горячекатанной полосы. Устройство управления охлаждением горячекатанной полосы содержит информационные датчики, распылители воды с индивидуальным управлением, регуляторы расхода воды в секциях охлаждения, цифровой автомат, состоящий из блока компараторов, исполнительного регистра, блока компенсации начальной установки, суммирующего усилителя, устройства коррекции, и канала синхронизации, в который входят регистр памяти, синхронизатор, распределитель и схема срыва. Устройство производит пропуск неохлаждаемого участка полосы в начале и в конце полосы, последовательно г включение выбранных для охлаждения полосы секций по мере продвижения полосы под секциями путем записи кода ,включения (логической единицы) .Из регист ра памяти в исполнительный регистр, нагрузкой которого являются исполнительные optaHH секций; периодические коррекции числа включенных секций согласно изменяющимся условиям прокатки; поочередное отключение включенных секций по мере прохождения под ними начала неохлаждаемого участка в конце полосы путем сброса регистра п мяти и перезаписи кода выключения секций (логического нуля) в опредвг ленные моменты времени из разрядов регистра памяти в исполнительный регистр. Все секции охлаждения разби ты на основные и дополнительные, при чем основными секциями реализуется начальный режим охлаждения, а дополнительными осуществляется коррекция. Погрешность дискретности уменьшает- , ся путем изменения расхода через сек ции, выполняемого блоком компенсации начальной установки и суммирующим усилителем СЗ J. Однако данное устройство готово начать управление охлаждением полосы только после выхода предыдущей из-под последней из включаемых секций и необходимый интервал между секциями мо жет достигать 150-200 метров, тем самым снижается возможный темп прокатки полос, а значит и производительность устройства и прокатного стана в целом. Целью изобретения является повыше ние производительности устройства путем уменьшения необходимых интерва дов между поступлениями полос металла на охлаждение. Поставленная цель достигается тем что в устройство, содержащее информационные датчики, распылители воды с индивидуальным управлением, регуля торы расхода воды в секциях, цифрово автомат, состоящий из блока компараторов, исполнительного регистра, бло ка компенсации начальной уставки, суммирующего усилителя, блока коррек ции и канала синхронизации, содержащего регистр памяти, синхронизатор, распределитель и схему срыва, причем синхронизатор соединен своими выходами с распределителем и регистром памяти, который информационными входами соединен с выходами блока компа раторов, выходами - с информационными входами исполнительного регистра, который входами синхронизации соединен с выходами распределителя канала синхронизации, а выходами соединен с исполнительными органами основных секций и входами схемы срыва, другими входами соединенной соответственно с выходами распределителя и регистра памяти, своим выходом - с вхо дом синхронизатора, другими входами соединенного с соответствующим выходом распределителя и входами устройства, другая часть которых соединена с входами устройства коррекции, выходами соединенного с исполнительными органами дополнительных секций, входы устройства связаны с также со блока компараторов и входом суммирхтощего усилителя, другим входом соединенного с выходом блока компенсации начальной уставки,. цифровыми иходами соединенного с выходами регистра памяти аналоговым входом с се:1ответственным входом устройства, а выход суммирующего усилителя со едилен с регуляторами расхода, дополнительно введен еще один идентичный канал синхронизации, аналогично соединенный с входами и другими блоками устройства, входы информации и синхронизации исполнительного регистра и цифровые входы блока компенсации начальной уставки выполнены с входной логикой, позволяющей независимое управление этими блоками со стороны обоих каналов синхронизации, а также введен коммутатор, через выходы которого синхронизаторы каналов соединены с выходом датчика наличия металла, а коммутатор входами ответов соединен с соответствующими выходами синхронизаторов .каналов. На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства управления охлаждением горячекатанной полосы; на фиг. 2 - схема срыва на фиг. 3 схема блока компенсации начальной уставки; на фиг. 4 - схема коммутатора, на фиг. 5 - схема синхронизатора; на фиг. 6 - схема блока коррекции. Устройство содержит коммутатор 1, на вход которого поступает сигнал датчика наличия металла (ДНМ), два идентичные каналы 2 и 3 синхронизации, состоящие, например канал 2, из регистра 4 памяти, синхронизатора 5, распределителя б, схемы 7 срыва, причем синхронизатор 5 выходами соединен со входами ответа коммутатора 1, другими выходами управляют регистром 4 памяти и распределителем 6, своими выходами соединенным с соответствующими входами схемы 7 срыва, другими входами соединенной с выходами регистра 4 памяти, а выход схемы 7 срыва и соответствующий выход распределителя 6 поступает на входы синхронизатора 5, на другие входы которого подаются напряжения , j, Uj, сигнал сброса и соответствующие выходы коммутатора 1, аналогичные связи имеет и канал 3 синхронизации . Напряжение поступает на вход блока 8 компараторов, с его выходов каналы 2 и 3 заносят информацию в регистры памяти (канал 2 в регистр 4) и переписывают в исполнительный регистр 9 по сигналам с распределителей (канал 3-е распределителя б). Выходы исполнительного регистра 9 соединены с исполнительными органами 10 основных секций и соответствующими входами схем срыва (Каналов. Выходы регистров памяти каналов соединены с соответствующими цифровыми входами блока 11 компенсации начальной . уставки на аналогово входе которого напряжение U его выходное напряжение суммируется с напряжением Ug в суммирующем усилителе 12 и поступает на регуляторы 13 расхода основных секций. Сигнал датчика наличия металла ДНИ поступает также на блок 14 коррекции, на других входах которого - напряжения U , U-, Ug сигналы ДНМ-2 и скорости V, а выход соединён с исполнительными органами 15 дополнительных секций. Устройство работает следующим образом. Исходной информацией о начале работы есть сигнал датчика наличия металла в последней чистовой клети ДНМ. При этом коммутатор 1, в памяти которого-помещена информация о занятости каналов синхронизации в данный момент, вырабатывает сигнал запуска, и направляет его в свободный канал, а при двух свободных - в канал 2, на примере которого рассматри вается дальнейшая работа устройства. Пусть сигнал поступает в синхронизатор 5, он сигнализирует коммутатору 1 о своей занятости и превращает напряжение и вычислительного устройства во временной интервал -tr прохож дения неохлажденного участка в начале полосы под датчиком температуры конца прокатки (сухая голова). По окончанию временного интервала U синхронизатор выдает сигнал разре шения записи числа выбранных для включения секций в унитарном коде из блока 8 компараторов, на входе которого напряжение пропорциональное количеству включаемых секций охлажде ния, соответствующее начальной устав ке, в регистр 4 памяти, представляющ собой параллельный W-разрядный регистр (где W - количество секций), информационными входами соединенный с блоком 8 компараторов, входами син хронизации и сброса - с распределителем б. Одновременно на вход блока 14 коррекции подается напряжение U, соответствующее включению наперед заданного числа включаемых секций (дополнительных), при этом из вычисленного числа основных секций вычитается соответствующее число включаемых основных секций. Это распределение секций необходимо для возможности отключения дополнительных секций в случае отрицательной коррекции Затем синхронизатор 5 через рассчитанную задержку времени Тз. / необ :ходимую для прохождения начала охлаж даемого участка под первой секцией (задается напряжением U2.), выдает импульс на распределитель б, представляющий собой двоичный счетчик, счетный вход и вход сброса которого соединен с соответствующими выходами синхронизатора 5, и линейный дешифратор на К + 1 число состояний счетчика. При этом на первом выходе распределителя появляется логическая 1 и разрешается перезапись из первого разряда регистра 4 памяти в исполнительный регистр 9, нагрузкой которого есть исполнительные органы 10 основных секций. В дальнейшем синхронизатор 5 выдает серию импульсов с периодом с , определяемым напряжением U, пропopциoнaльны 1 времени прохождения полосой расстояния между секциями, а распределитель б разрешает перезапись кода включения секции (логической 1) из регистра 4 памяти в соответствующие разряды исполнительного регистра 9, представляющего собой параллельный регистр с входной логикой по входам записи и входам синхронизации каждого разряда, позволяющей независимую запись в разряды со стороны двух входов синхронизации и соответствующего ему одному из двух входов инфо1 ации. Процесс продолжается до включения всех выбранных секций, после чего схема 7 срыва выдает сигнал в синхронизатор 5 об окончании цикла работы для основных секций. В случае включения всех секций импульс останова в синхронизатор 5 поступает из W + 1-выхода распределителя б. Схема срыва 7 (фиг. 2) состоит из схем И, входами соединенных с соответствующими инверсными выходами разрядов регистра памяти (РП), исполнительного регистра (РИ), а также с соответствующими выходами распределителя (РР). При включении п секций п -i- 1 импульс из распределителя б поступит на схему ИЛИ поскольку ва двух других входах п + 1-й схемы И будут высокие потенциалы, что соответствует невключению секции. 1-1мпульс поступит в синхронизатор 5 и произведет останов цикла работы. В дальнейшем производится периодическая коррекция числа основных секций в зависимости от параметров прокатки: опрос датчиков и запись нового значения числа п секций в регистр памяти коррекция числа секций в регистре 9 в соответствии с прохождением нового участка полосы под соответствующими секциями; срыв цикла работы и начало следующего. После достижения началом.охлаждаемого участка полосы первой дополнительной секции, вступает в работу блок 14 коррекции, осуществляющей управление дополнительными секциями. Процесс продолжается до выхода полосы из последней чистовой клети, о чем сигнализирует отрицательный пе репад напряжения от ДНМ. Коммутатрр выдает импульс останова, поступающий на синхронизатор канала, который осу ществляет управление данной полосой. При этом срывается цикл регулировани сбрасывается регистр 4 памяти, распределитель 6, и через временной интервал Ci начинается перезгпись кода включения секций (логический О) из регистра 4 памяти в исполнительный регистр 9 импульсами с периодом Vиз распределителя 6. Процесс продолжается до выключения всех секций, ка нал приходит в исходное состояние и сигнализирует коммутатору 1 о своем освобождении. При небольших интервалах между полосами следующий сигнал от датчика ДНМ придет раньше осзвобождения работающего канала. Тогда коммутатор 1 в даст импульс запуска вовторой канал синхронизации, работа которого анало гична описанному. Поскольку работа устройства последовательна (сначала выходит из-под секций предыдущая полоса и секции выключаются, а потом входит следующая, в работе узлов исключены гоночные ситуации. Такая схема устройства позволяет ппускать очень малые промежутки меж ду полосами и повышает производитель ность устройства. Блок 11 компенсации начальной уставки совместно с суммирующим усилителем 12 снижает погрешность дискретноАти .устройства. Блок 11 (фиг. 3) состоит из аналогового сумматора 1G, вычитателя 17, электронны ключей , с диодной логикой ИЛИ на управляющих входах, ключи управля ющих входов,- ключи управляются одноименными разрядами регистров памяти каналов. После записи информации работающего канала в п разрядов регист ра памяти, срабатывают cJв яJaнныe с ним ключи и на выхрде сугчматора 16 появляется инвертированное напряжение, равное Ugj , где U - уровень дискретизации одной секции, Напряжение поступает .на вычитатель 17, друг входом связанный с напряжением, пропорциональным количеству включенных секций U4 . Полученная разность пост пает на суммирующий усилитель 12, другим входом связанный с напряжением и, пропорциональным расходу воды через секцию и однозначно овязанным с количеством включаемых секций, а выходом - с регуляторами расхода в секциях, при этом изменяется расход через секции, компенсируя погрешност дискретности. Коммутатор 1 (фиг. 4) состоит из формирователя 18.импульса по переднему фронту и формирователя 19 по заднему фронту, триггеров 20 и 21 каналов, схем 22-25 И. При свободных каналах синхронизации триггеры 20 и 21 в нулях. С выходом начала полосы изпод последней чистовой клети на выходе датчика наличия металла ДНМ образуется положительный перепад напряжения, при этом срабатывает формирователь 18, импульс которого проходит через схему 22 И на запуск синхрониза,тора канала 2, начинающего работу с полосой и устанавливающего триггер 20 в единицу по входу 26, .27 - второй вход триггера 20. При выходе полосы из последней чистовой клети на выходе ДНМ образуется отрицательный перепад напряжения, от которого срабатывает формирователь 19. Его импульс через схему 23 И пройдет в синхронизатор 2 канала и канал начнет -поочередное отключение секций в нужные моменты времени. По окончанию работы канал 2 сбрасывает триггер 20 в нуль. Если на ДНМ образуется новый положительный перепад напряжения еще при занятом канале 2, то импульс формирователя 18 через схему 24 И поступит на запуск канала 3, устанавливающего триггер 21 в единицу по входу 28 и аналогично выполняющему такие же операции и сбрасыЬающему триггер 22 в нуль по входу 29 после окончания работы. Синхронизатор канала (фиг. 5) включает в себя аналоговые ключи 30-32, управляемые триггерами 33-36 формирователи 37-43 импульсов по положительному и отрицательному перепаду, ждущий мультивибратор 44, формирующий импульс дцительностью, зависящей от управляющего напряжения, формирователь 45 схемы 46 И, 47-51 И и 52-55 ИЛИ. Импульс Запуск коммутатора 1 устанавливает триггер 33 в единицу, при этом открывается ключ 30 и срабатывает формирователь 37, импульс которого поступает на вход 26 (или 27), устанавливая свой триггер канала коммутатора в единицу, а через схему 51 ИЛИ.запускает ждущий мультивибратор 44, на управляющем входе которого напряжение U, поступающее через ключ 30, и мультивибратор 44 формирует импульс, длительностью t/i, по заднему фронту которого формирователь 45 формирует короткий импульс, проходящий через открытую схему 48 И на вход синхронизации регистра памяти канала, производя запись информации из блока компараторов, а также срабатывает триггер 33 и ключ 30 закрывается. При этом срабатывает формирователь 38, и задним фронтом своего импульса

устанавливает триггер 34 в единицу. Длительность импульсов формирователей 37-42 выбраны больше времени закрытия (открытия) ключей 30-32 с целью устранения гоночных ситуаций. Триггер 34 открывает ключ 31,

Срабатывает формирователь 39 и запускает ждущий мультивибратор 44, на управляющем входе которого напряение и , поступающее через ключ 317 и мультивибратор формирует импульс длительностью С, по заднему фронту которого срабатывает формирователь 45 , импульс . которо -о поступает в распределительканала через схему 46 И, а также сбрасывает задним фронтом триггер 34 через открытую схему 47 И, ключ 31 размыкается. При этом срабатывает формирователь 40, задний фронт импульса которого устанавливает триггер 35 в единицу. Ключ 32 замыкается и срабатывает формирователь 41, запус кающий мультивибратор 44, на управляющий выход которого поступает напряжение U через ключ 32, и мультивибра тор формирует импульс,длительностью Гз, , по заднему фронту которого срабатывает формирователь 45, импульс которого через схему 46 И поступает на счетчик распределителя канала, а через открытую схему 51 И - опять на запуск мультивибратора 44. Таким образом генерируется серия импульсов

с периодом повторения Т. Процесс продолжается до поступления импульса срыва от схемы срыва (СС), или от распределителя (РР), который сбрасывает триггер 35. Генерация импульсов при этом срывается, вследствие закрытия схемы 51 И и снятия напряжения U.J , а также срабатывает формирователь 42, импульс которого сбрасывает через схему 53 ИЛИ счетчик распределителя, а через открытую схему 49 И и схему 55 ИЛИ поступает на вход синхронизации регистра памяти, производя запись нового количества секций в регйстр памяти, и также устанавливает триггер 34 в единицу. Начинается новый циклработы синхронизатора, аналогичный описанному, но без формирования интервала Т . Циклы продолжаются до выхода полосы из последней клети, коммутатор 1 выдает импульс завершения работы Конец, который сбрасывает триггер 34 или 35, через схемы 53 и 54 ИЛИ сбрасывает соответственно распределитель и регистр памяти канала и устанавливает триггер 36 в единицу. При этом срабатывает формирователь 43, устанавливая задним фронтом своего импульса триггер 34 в единицу. Начинается обычный цикл работы, продолжающийся до поступления импульсов срыва от схемы срыва или распределителя. Триггер 35 брасывается, срабатывает формироваель 42 и через открытую схему 50 и

сбрасывает триггер Jb и по выходу 28 (или 29} свой триггер канала в ком гутаторе 1.

Устройство коррекции 14 (фиг. 6) состоит из аналоговых суг1маторов 56 и 57, блока 58 коммутаторов, блоков 59-62, регистров предварительной 63 и основной 64 памяти и блока управления, состоящего из триггеров 65 и 66, аналоговых ключей 67-69, ждущего

0 мультивибратора 70, формирующего им;.пульс, длительность которого зависит от управляющего напряжения, формирователей импульсов 71-74 положительному перепаду по отрицательному схем 75-77 и 78-80иЛИ.

5

Схема работает следующим образом.

В исходном положении регистры 63 и 64, триггеры 65 и 66-в нулевом положении. При этом U О, Иф О, на выходе су 4атора 56 напряжение U-,, соответств тощее количеству заведомо включаемых дополнительных секций, поступающее на вход сумматора 56 через открытий ключ 67. По положительному перепаду напряжения от

5 датчика наличия металла после последней чистовой клети ДИМ срабатывает формирователь 71, импульс которого через схему 75 -И, 78 ИЛИ открывает ключи блока 59, записывая на0чальное дискретное число включаемых секций в регистр предварительной памяти 63 и через cxeN 80 ИЛИ задним фронтом запускает ждущий мультивибратор 70, на управляющий вход кото5рого через открытый ключ 68 поступает напряжение Ug и мультивибратор формирует импульс длительностью

L + U

где L - длина рольганТГ-

V

га от последней клети до дополнительных секций; L. длина неохлажденного участка в начале полосы; V скорость движения полосы. По задне фронту этого импульса формирователь

5 74 ВЕДдаст импульс, устанавливаюю1 й триггеры 65 и 66 в состояние 1, при этом ключи 67 и 68 закрываются и открываетсяблок 61 ключей через схему 76 И и начальное кoлIiчecтвo

0 включаемых секций перепишется в основной регистр 64 из регистра 63. Нагрузкой разрядов регистра 64 являются исполнительные органы 15 дополнительных секций и ключи блока

5 62, при этом на выходе cyNMaTopa 57

U9 UD

появится напряжение

э

где UQ - напряжение порога срабатывания одной секции, и поступит на сумматор 56. Триггер 65 находится

0 в-состоянии 1 на протяжении прокатки полос данного сортамента. При достижении полосой сечения металки сработает датчик ДНИ 2, гюложктельнь№1 перепадам напряжения запускающий формирователь 72.-На выходе сум «то5pa 56 будет напряжение U и U , пропорциональное числу -секций, необходимых для включения (выключения), чтобы скомпенсировать рассогласовани фактической скорости охлаждения от заданной. Полученная первая коррекци по импульсу формирователя 72, поступающему на блоки ключей 59 и 60 через схемы 78 и 79 ИЛИ из блока компа раторов 58, записывается в регистр 63предварительной памяти с целью переноса этой коррекции на последу- юшую полосу данного сортамента, и восновной регистр 64. Этот же импульс формирователя 72 запускает мультивиб ратор 70, на управляющий вход которо го поступает напряжение, пропорциональное скорости движения полосы V через открытый ключ 69, а по з.аднему фронту мультивибратора 70 срабатывает формирователь 74, импульс которого открывает ключ 60 через схему 79 ИЛИ и производится запись текущей коррекции в регистр 64 Процесс носи периодический характер поскольку импульс формирователя 74 поступает на вход запуска мультивибратора 70 чере открытую схему 77 И, 80 ИЛИ. При осту плёнии полосы в моталку отрицател ный перепад ДНМ-2 запускает формирователь 73, импульс которого сбрасыва ет регистр 64 и триггер 66, при этом генерирование импульсов срывается, так как схема 77 И закрывается. Полу ченный при этом еще один импульс не откроет ключ 61, так как схема 76 И будет закрыта нулевым потенциалом ДН При прокатке последующих полос данно го сортамента алгоритм работы не меняется, только по положительному перепаду ДНМ не производится запись информации в регистр 63 (схема 75 И закрыта, спустя время t в регистр 64переписывается первая коррекция предыдущей полосы из регистра 63. Использование предлагаемого устро ства управления охлаждением горячекатанной полосы на широкополосных станах горячей прокатки позволяет получить высокую точность регулирова ния температуры смотки и скорости ох лаждения полосы перед смоткой в руло без снижения возможного производител ности стана, тем самым увеличивая вы ход высококачественного проката. Формула изобретения Устройство управления охлаждением горячекатаной полосы, содерждцее информационные датчики, распылители во ды с индивидуальным управлением, регуляторы расхода воды в секциях, блок компараторов, исполнительный регистр, блок компенсации начальной уставки, суммирующий усилитель, блок коррекции и первый канал синхронизации, содержащий регистр памяти, синхронизатор, распределитель и схему срыва, причем синхронизатор соединен своими выходами с распределителем и регистром памяти, который информационными входами соединен с выходами блока компараторов , а выходами - с информационными входами исполнительного регистра, который входами синхронизации соединен с Каналом синхронизации, соединенным с выходами распределителя, а прямыми выходами соединен с исполнительными.органами основных секций, инверсными - с входами схеьчы срыва, другими входами соединенной с выходами распределителя и инверснЕЛми выходами регистра памяти, своим выходом с входом синхронизатора, другими входами соединенного с соответствующим выходом распределителя и входами устройства, другая часть которых связана с входами устройства коррекции, выхода ми соединенного с исполнительными органами дополнительных секций, входы устройства соединены также с входом блока компараторов и входом суммирующего усилителя, другим входом соединенного с выходом блока Ь компенсации начальной уставки, цифровыми входами соединенного с выходами регистра памяти, аналоговым входом с соответствующим входом устройства, а выход суммирующего усилителя соединен с регуляторами расхода, отличающееся тем, что, с целью повышения произво цительности устройства путем уменьшения необходимых интервалов между поступлениями полос на охлаждение, в устройство дополнительно введен второй канал синхронизации, соединенный с теми же блоками устройства, что и первый канал синхронизации, а также введен кo Iмyтaтор, через выходы которого синхронизаторы каналов соединены с выходом датчика наличия металла, а коммутатор входами ответов соединен с соответствующими выходами синхронизаторов каналов . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. and Steel Ehg 1970, № 9. 2.Патент США № 3604234, кл. В 21 В 37/10, 1975. 3.Авторское свидетельство СССР Но заявке 2879832/22-02, кл. В 21 В 37/10, 1980.

Скема сры$а 7 Н

Ч

РПШ

. Ч

oiX

РЛШ

o-W

i/40.

Of,

вп Длок лв пенсоит/ начальной уста9киП

Синхронизатор 5

А

памйти

--

преЗел.

гшэ)

CSpoc гистра птгяти

Фиг. 5