Регулирование толщины и натяжения полосы во входной зоне стана

В составе МПУ3 не используется система обжима концов рулона (СОКР).

В остальном структура системы РН23 совпадает с РН12.

Система автоматического регулирования толщины полосы за второй клетью (РТ4) и системы автоматического регулирования натяжения полосы между третьей и четвёртой клетями стана (РН34) реализованы в МПУ4.

По сигналу измерителя толщины, позиция 13а, который установлен за четвёртой клетью стана, в системе измерения толщины, позиция 13б, формируется сигнал отклонения толщины полосы «H₄» от её заданного значения «H₄₀». Сигналы «H₄» и «H₄₀» подаются на входы МПУ4 /РТ1-РН34/, где по отклонению толщины «H₄», толщине полосы «H₄₀» и скорости прокатки «V₄» производится расчет двух управляющих воздействий:

первое управляющее воздействие направлено на изменение скорости вращения рабочих валков первой, второй и третьей клетей и с противоположным знаком четвёртой клети (канал по отклонению), отклонение толщины отрабатывается в валках четвёртой клети (V_1-3);

второе управляющее воздействие направлено на изменение скорости вращения рабочих валков первой и второй клетей и с противоположным знаком третьей и четвёртой клетей (канал «перевода»), отклонение толщины отрабатывается в валках третей клети (V₁₂).

Если сигнал «H₄» показывает, что толщина полосы больше (меньше) задания «H₄₀», то управляющий сигнал канала по отклонению, изменяющий скорость вращения рабочих валков, направлен на замедление (разгон) первой, второй, третьей клети и на разгон (замедление) четвёртой клети, управляющий сигнал канала «перевода» также изменяющий скорость вращения рабочих валков направлен на замедление (разгон) рабочих первой и второй клети и разгон (замедление) третьей и четвёртой клети.

Ниже даны основные особенности формирования управляющих сигналов в каналах по отклонению и «перевода» системы автоматического регулирования толщины полосы.

Алгоритм управления в канале по отклонению выполнен так, чтобы обеспечить компенсацию влияния транспортного запаздывания на устойчивость процесса управления. В зависимости от величины отклонения толщины «H₄», устанавливается большой или малый коэффициент усиления канала, кроме этого коэффициент усиления пропорционален относительному отклонению толщины «H₄». Канал по отклонению формирует управляющее воздействие по интегральному закону.

Канал «перевода» обеспечивает разгрузку четвёртой клети за счет переноса отработки отклонения толщины из валков четвёртой в валки третьей клети. Для формирования управляющего воздействия канала «перевода» используются сигнал «H₄» с ограничением по величине и сигнал управляющего воздействия канала по отклонению, если он превышает 0,5 максимальной величины. Канал «перевода» также формирует управляющее воздействие по интегральному закону.

Циклический запуск программ канала по отклонению и канала «перевода» осуществляется после прихода определённого количества импульсов сигнала fV4 в счетчики МПУ4, импульсы поступают от датчика ДИ, позиция 11а, что обеспечивает привязку очередного запуска программ каналов регулирования к перемещению полосы на определенную её длину.

Для того чтобы каналы регулирования толщины вступили в работу, на входах МПУ4 необходимо сформировать следующие сигналы:

с пульта управления РТ4 вальцовщиком с помощью тумблера подан сигнал включения регулятора в работу- «вкл. РТ4»;

из СВР поступил сигнал разрешения работы - «РРП», который в свою очередь формируется, если переключатель «работа-проверка» СВР находится в положении «работа» и эталон скорости стана больше нуля - «Vэ=0»;

из системы измерения натяжения (СИН) поступил сигнал наличия натяжения полосы в третьем межклетевом промежутке - «Т34=0»;

скорость прокатки должна быть больше 1м/с.

На пульт управления РТ4 выводятся следующие сигналы индикации - «инд.»:

отклонение толщины полосы от задания - «H4»;

управляющее воздействие канала по отклонению - «V1-3»;

светодиод - «включение РТ4»;

светодиод - «блокировка РТ4».

Структура регулятора натяжения РН34 в МПУ4 совпадает со структурой регуляторов натяжения РН12 и РН23.

После сравнения сигналов «Т₃₄» и «Т_34о» в РН34 формируются три управляющих воздействия:

основным управляющим воздействием является изменение положения НМ четвёртой клети;

дополнительным воздействием для поддержания межклетевого натяжения является канал «медленного» изменения скорости вращения рабочих валков третьей клети, (V₃);

при существенных изменениях межклетевого натяжения в работу вступает быстродействующий канал «отсечки», который воздействует на изменение скорости вращения рабочих валков первой, второй и третьей клетей и с противоположным знаком четвёртой клети стана (V_1-3).

Если межклетевое натяжение «Т₃₄» больше (меньше) заданного значения «Т_34о», то управляющей сигнал основного канала регулирования натяжения направлен на перемещение НМ4 вниз (вверх), управляющий сигнал канала «медленного» изменения скорости вращения рабочих валков третьей клети направлен на разгон (замедление) этой клети, управляющий сигнал канала «отсечки», изменяющий скорости вращения рабочих валков, направлен на разгон (замедление) первой, второй и третьей клети и на замедление (разгон) четвёртой клети.

Далее описание структурной схемы системы РН34 совпадает с РН12.

1.5.2 Компоновка оборудования САРТиН

Оборудование комплекса САРТиН располагается в трех шкафах.

Ввод напряжения питания - однофазная сеть переменного тока: 220 В, 50 Гц - в каждый шкаф осуществляется с помощью устройства УВП207, затем это напряжение поступает в блок питания и контроля (БПК135), который установлен на месте А1 каждого шкафа. В БПК135 размещены два комплекта по три преобразователя напряжения (ПН146), предназначенные для питания напряжением постоянного тока (24 В, 4,5 А) стабилизаторы напряжения в МПУ.

В составе оборудования комплекса САРТиН предусмотрен шкаф, который предназначен для оперативного переключения каждого из МПУ в режиме технологической отладки регуляторов комплекса и на первом этапе эксплуатации, когда регуляторы аналогового комплекса используются в качестве резервного оборудования.

Кроме этого в МПУ устанавливается блок вентиляторов кассетный (БВК006-02).

1.5.3 Назначение блоков и субблоков МПУ

Блок БРГ124 выполняет следующие функции:

- преобразование аналоговых сигналов в цифровой код;

- прием логических и импульсных сигналов;

- обработка этих сигналов в соответствии с алгоритмами управления;

- формирование управляющих воздействий на исполнительные механизмы стана;

- преобразование цифровых сигналов в аналоговые, а также ряд вспомогательных функций, которые будут видны из назначения используемых субблоков.

Для выполнения перечисленных выше функций в блоке используются:

- Стабилизаторы напряжения СН076-5/5 (2 шт.) - 5В, 5А и СН065-2-15/1 - 15В, 1А, которые предназначены для питания БРГ124 и гальванически развязаны от остальной части МПУ;

- Устройство вычислительное (процессор) УВ059 - работает в комплекте с запоминающими устройствами (ЗУ) и устройствами ввода-вывода (УВВ), имеющими трехшинную организацию обмена данными (шина адреса, шина данных и шина управления), см. черт. ДЭ 2102 021 0 98 00 00 ВО 03:

- разрядность шины данных, бит -- 8;

- разрядность шины адреса, бит -- 16;

- тактовая частота, МГц -- 2;

- система команд фиксированная,

- количество команд -- 78;

- емкость внутреннего ОЗУ, Кбайт -- 4;

- емкость внутреннего ПЗУ, Кбайт -- 4;

- емкость внешнего ПЗУ, Кбайт -- 24.

Стековая память располагается в любой зоне ОЗУ.

Разрядность указателя стека, бит -- 16.

Адресация УВВ одно или двухбайтными адресами.

Число внешних УВВ при использовании однобайтных адресов -- 112.

Число 16-разрядных программируемых таймеров -- 3.

Количество входов внешних прерываний -- 8. Вход ЗПР0 используется внутри УВ058 для прерываний от системного таймера.

Память энергонезависимая ПЭ117 используется для записи считывания и хранения программ, реализующих систему регулирования толщины и натяжения полосы в МПУ. Информационная емкость, Кбайт -- 32.

Субблок контроля СК106 предназначен:

- для передачи цифровой информации через двунаправленную шину данных процессора на восемь гальванически развязанных выхода;

- контроля питающих напряжений;

- формирования сигнала аппаратного "сброса" и "запроса на прерывание" по истечении трех периодов с частотой сети переменного напряжения, либо внутреннего генератора.

Контроллер клавиатуры и индикации КИ024 представляет собой интерфейсное устройство, предназначенное для связи процессора с БИ102.

Преобразователь информации ПИ068 служит для преобразования аналоговых сигналов, поступающих в систему регулирования, в цифровой код. Параметры аналого-цифрового преобразователя (АЦП):

- входное напряжение, В -- -10 - + 10,

- количество каналов АЦП -- 8,

- количество разрядов кода -- 10 и один знаковый разряд,

- основная погрешность, приведенная к максимальному выходному сигналу, % -- 0,2,

- время преобразования, мс -- 1,0.

При завершении преобразования аналогового сигнала в код формируется сигнал конца преобразования КП АЦП. Имеется возможность формировать запросы на прерывание по фронтам или спадам для четырех входных логических сигналов, выполнять цифро-аналоговое преобразование (ЦАП) по нереверсивному и реверсивному каналам. Параметры для нереверсивного канала:

- количество разрядов преобразуемого кода -- 8,

- выходное напряжение, В -- +10,

- основная погрешность, приведенная к максимальному выходному сигналу, % -- 0,2.

Параметры для реверсивного канала:

- количество разрядов кода -- 10 и один знаковый разряд,

- выходное напряжение, В -- -10 - + 10,

- основная погрешность, приведенная к максимальному выходному сигналу, % -- 0,2.

Развязка логическая РЛ069 предназначена для гальванического разделения логических и импульсных сигналов от цифровой части МПУ:

- количество каналов -- 20,

- диапазон частот входных сигналов, Кгц -- до 50,

В МПУ используется модификация субблока с параметрами по входам:

- лог. "1", В -- от 8 до 27,

- лог. "0", В -- от 0 до 2,5,

- входной втекающий ток, мА, не более -- 12.

Преобразователь информации ПИ067 предназначен для преобразования последовательности импульсов во временной интервал, который определяется числом периодов входной частоты, задаваемым программным путем:

- количество каналов -- 2,

- диапазон частот входных сигналов, Кгц -- до 50,

- коэффициенты деления входной частоты -- 1 - 2.

В ПИ067 имеются формирователи сигналов прерываний, которые подаются на входы контроллера прерываний УВ059 и запускает соответствующие подпрограммы системы регулирования.

Преобразователь информации ПИ063 предназначен для преобразования цифровой кода в аналоговый сигнал управления (ЦАП), имеется два канала ЦАП:

- количество разрядов кода -- 10 и один знаковый разряд,

- выходное напряжение, В -- -10 - + 10,

- ток нагрузки, мА, не более -- 5,

- основная погрешность, приведенная к максимальному выходному сигналу, % -- 0,2,

- время установления показаний, мкс -- 20.

Преобразователь информации ПИ078 предназначен для вывода логической информации и ее гальванического разделения от цифровой части МПУ:

- количество выходов -- 24 (ключ с открытым коллектором),

- напряжение, В -- 50,

- ток, мА, не более -- 100.

Интерфейсный преобразователь ИП426 предназначен для связи МПУ по двум каналам ИРПС с УВМ верхнего уровня АСУ ТП и УВМ для подготовки программного обеспечения.

В составе блока предусмотрена установка контроллера ДМ045, предназначенного для его сопряжения с телевизионным монитором, клавиатурой и магнитофоном в режиме автономной тестовой проверки.

2. Регулирование толщины полосы во входной зоне стана

2.1 Синтез структуры системы регулирования толщины полосы

2.1.1 Основные принципы регулирования толщины

В настоящее время на практике используется принцип «грубого и точного» управления толщиной полосы. В контуре грубого регулирования изменение толщины полосы компенсируется перемещением нажимных винтов предшествующей датчику клети (регулирование по отклонению). В контуре точного регулирования отклонение толщины от задания компенсируется изменением натяжения полосы в межклетевом промежутке. На деформацию металла в валках в основном влияет заднее натяжение, поэтому регулирование изменением натяжения образует ветвь управления по возмущению. Ниже рассмотрены различные структуры контуров регулирования толщины полосы за первой клетью. Для выбора той или иной структуры контура регулирования (структурной оптимизации) а также для поиска оптимальных параметров настройки данных контуров необходима адекватная математическая модель. Данная проблема рассмотрена в этом разделе и предложено её решение.

2.1.2 Реализация контура регулирования по отклонению

В работе [10] предложена компенсация отклонения толщины полосы изменением усилия прокатки (канал «грубого» регулирования) согласно формуле:

,

где -- тангенс угла наклона кривой пластической деформации полосы.

В данной системе не учитывается скорость полосы которая в свою очередь влияет на время транспортного запаздывания. Для улучшения качества регулирования необходима компенсация транспортного запаздывания. Одним из методов компенсации транспортного запаздывания является метод введения упреждающей обратной связи. Обратной связью охватывают типовой регулятор или обратную функцию модели объекта. Передаточная функция звена обратной связи представляет собой (регулятор Ресквика) или с положительной обратной связью (учредитель Смитта), где -- передаточная функция модели объекта без учёта транспортного запаздывания. В ходе теоретического исследования наилучшие результаты получились при использовании ПИД - регулятора охваченного отрицательной обратной связью . Однако на практике в связи со значительной инерционностью нажимных винтов и относительно малой скоростью они не «успевают» за изменением регулирующего параметра. Применение гидравлических нажимных устройств позволяет значительно увеличить быстродействие этих систем. Кроме того, реализовать блок регулируемого запаздывания достаточно трудно с технической точки зрения.

Во ВНИИметмаше были разработаны более простые системы регулирования толщины полосы по отклонению с использованием принципа линейного предсказания, но не требующие блока регулируемого запаздывания [11]. В этих системах упреждающая обратная связь формируется дополнительным интегратором с последующим его «гашением» по определённому закону.

,

где -- технологический коэффициент, определяемый жесткостью клети и свойствами прокатываемого металла.

Поскольку на вход интегратора И подан сигнал с датчика скорости перемещения нажимного устройства (), сигнал на выходе интегратора пропорционален величине ; ниже для упрощения выкладок пологаем, что величины и численно равны.

Для понимания принципа действия системы можно пренебречь инерционностями привода нажимных винтов и микрометра. На рис. 2.2 показан процесс отработки регулятором скачкообразного возмущения толщины (подразумевается отклонение толщины от границы зоны нечувствительности трехпозиционного реле) для случая, когда время отработки . Как видно из диаграммы, отключение приводов нажимных винтов происходит при полной отработке возмущения в момент времени , когда микрометр еще выдаёт сигнал полного отклонения .

Временная диаграмма отработки скачкообразного возмущения при t_рв< (а) и t_рв= (б)

Рис. 2.1

Временная диаграмма отработки скачкообразного возмущения при t_рв>

Рис. 2.2

Для системы регулирования толщины полосы изменением положения нажимных винтов (см рис. 2.1) ВНИИметмашем разработан закон изменения сигнала упреждающей обратной связи, обеспечивающей полную отработку возмущения за одно включение привода нажимного механизма при t_рв >.

Величина рассогласования определится следующим образом:

(2.1)

Следовательно, для полной отработки возмущения за одно включение привода нажимного устройства необходимо чтобы сигнал на участке t>2 был ограничен величиной, равной величине отработки разнотолщинности за время транспортного запаздывания. На рис 2.4 дана временная диаграмма отработки возмущения с законом изменения сигнала упреждающей обратной связи согласно выражению.Временная диаграмма отработки скачкообразного возмущения за одно включение привода нажимного устройства при t_рв >

Рис. 2.3

В рассматриваемом контуре приняты нулевые начальные условия (для величины обратной связи и рассогласования). Однако при данной структуре контура величина обратной связи не возвращается к нулю после останова привода нажимных устройств и компенсации рассогласования. В связи с этим в схеме необходимо дополнительно предусмотреть «гашение» сигнала обратной связи после компенсации рассогласования заданного и текущего значения толщины (когда ). Скорость этого «гашения» должна быть равна скорости перемещения нажимных винтов.

Позднее также ВНИИМетмаш предложил систему регулирования толщины и натяжения, адаптированную к цифровым системам регулирования. Согласно этой системе участок полосы от валков первой клети до измерителя толщины последовательно разбивается на участки измерения и участки ожидания результата [8]. Более подробное описание этой структуры приведено в описании программного обеспечения микропроцессорного комплекта.

Основными критериями оптимизации канала по отклонению могут являться время переходного процесса и статическая ошибка, полученные из анализа переходной характеристики. Так как канал по отклонению является каналом грубого регулирования, то ошибка должна не превосходить зону нечувствительности канала. Минимальное время регулирования обеспечивается лишь в том случае, когда отклонение толщины от задания компенсируется за одно включение привода нажимных винтов. Это объясняется практически отсутствием инерционности очага деформации и основную инерционность привносят сами нажимные механизмы. Если вышеперечисленные требования выполняются, то оптимальной можно считать ту структуру, которая требует меньшую вычислительную мощьность.

2.1.3 Реализация контура регулирования толщины по возмущению

Возможны варианты воздействия на скорость последней клети в функции отклонения толщины за первой клетью. Однако, при этом не удаётся обеспечить автоматическую коррекцию величины запаздывания и коэффициента усиления с достаточной точностью: применение же автоматических оптимизаторов чрезмерно усложняет систему даже с поиском по одному из упомянутых параметров. Поэтому такие системы не получили промышленного применения.

В работе [10] предложено корректировать остаточное отклонение системы регулирования по каналу отклонения воздействием на скорость клети, за которой измеряется толщина. При этом необходимое транспортное запаздывание формируется программой сопровождения полосы. Программа реализует транспортное запаздывание путём перезаписи значений из ячейки в ячейку по мере продвижения сегмента по стану.

Недостатком этой, также как и предложенной в работе [12] схемы регулирования является то, что управляющее воздействие направлено на предшествующую измерителю толщины клеть. При изменении скорости вращения одной клети изменится момент на последующей и вследствие не идеальной механической характеристики (жесткости механической характеристики) системы приводов изменится скорость этой клети. Это приведет к распостронению возмущения в последующие клети.

Более простым является метод регулирования по возмущению, при котором осуществляют компенсацию отклонения толщины в валках клети, непосредственно следующим за микроамперметром. В этом случае запаздывание, необходимое для задержки управляющего сигнала, зависит только от скорости прокатки, но не от распределения обжатий по клетям, в связи с чем упрощается техническая реализация схемы.

Идея метода состоит в том, что если обеспечить инвариантность относительно измеряемого возмущения двух переменных: толщины полосы на выходе клети, следующей за микрометром, и натяжения полосы между этой и последующей клетью, то возмущение не проходит в последующие клети стана.

На рис. 2.4 в общем виде изображена структура рассматриваемой системы. Задача состоит в определении передаточных функций компенсирущих звеньев и , формирующих управляющее воздействие соответственно на согласованное изменение скорости всех k первых клетей и на изменение скорости (k + 1)-й клети.

Общий вид структуры регулирования толщины полосы по возмущению

Рис. 2.4

Для синтеза структуры системы регулирования толщины полосы по отклонению необходимо определить передаточные функции W_k1(p) и W_k2(p), см рис. 2.4. В работе [11] определены передаточные функции и исходя из условия полной компенсации возмущения, при которой отклонение толщины полосы в валках (k + 1)-й клети натяжения равны нулю.

(2.2)

, (2.3)

где -- передаточная функция измерителя толщины с выходным сигналом, пропорциональным относительному значению отклонения толщины от номинала ();

K_a,k(p) -- передаточная функция, связывающая изменение скорости привода k-той клети с изменением общего для первых клетей эталонного напряжения ;

-- коэффициент, характеризующий зависимость опережения от натяжения полосы;

S₀ -- опережение металла при прокатке без натяжения.

Если приближенно принять, что динамические свойства приводов k-той и k+1-й клети идентичны, т. е. , а также, что , то выражения (2.2) и (2.3) могут быть записаны в виде:

,

.

;

.

Из полученных выражений следует структура канала по возмущению, блок-схема которого изображена на рис. 2.5.

Блок-схема канала регулирования толщины по возмущению; умножители в цепях воздействия на скорость валков не показаны

Рис. 2.5

Приближенно приняв передаточные функции привода клети соответственно равными:

,

,

найдём выражение для передаточной функции компенсирующего звена:

, (2.4)

где и ;

T_п и T_и -- эквивалентные постоянные времени;

_п и _м -- «чистое» запаздывание;

k_п, k_и -- коэффициенты передачи.

Однако, привод большинства современных станов, в том числе стана 2500 холодной прокатки, работает с системой регулирования скоростного режима. В данной системе компенсируется инерционность привода введением обратных связей по току якоря, по напряжению и по скорости вращения. В силу этого компенсация инерционности привода на среднем уровне не имеет смысла. Кроме того полная компенсация инерционности не возможна так, как это приведет к возникновению автоколебаний в системе.

Компенсация инерционности измерителя толщины также не эффективна: данная инерционность фильтрует высокочастотные колебания, возникающие как в самом стане тик и связанные с случайным характером уровня излучения в изотопном измерителе толщины.

В уравнение 2.4 входят коэффициенты, которые вычисляются на основе информации, которая не всегда известна априорно. ВНИИМетмашем позже был разработан контур регулирования толщины полосы по возмущению, лишенный этих недостатков [9]. Метод основывается на законе постоянства секундного объёма металла. Как следствие из этого закона -- относительное изменение толщины полосы на входе в клеть равно относительному изменению скорости полосы на выходе из клети. Если пренебречь изменением опережения металла в клети, то можно приблизительно считать, что относительное изменение толщины полосы на входе в клеть равно относительному изменению скорости клети. Отсюда можно вычислить управляющее воздействие на скорость клети. Более подробное описание контура приведено в подразделе описания алгоритмической структуры.

В качестве критериев оптимальности контура регулирования толщины полосы по возмущению, также, как и для контура регулирования толщины по отклонению, приняты время переходного процесса и статическая ошибка.

2.2 Взаимосвязь МПУ1 с оборудованием стана

На чертеже ДЭ 2102 021 0 98 00 00 ЭО приведена схема принципиальная электрическая внешних соединений МПУ1.

Для МПУ1 на чертёж вынесены клемные колодки первого шкафа. От измерителя толщины в МПУ1 заводится сигнал задания толщины полосы за первой клетью стана в виде напряжения 0..10В и отклонение толщины полосы от задания напряжением -10..0..10В. Для работы регуляторов толщины за первой клетью необходим сигнал наличия натяжения в межклетевом промежутке. Данный логический сигнал формируется в системе измерения натяжения.

Из системы синхронизации положения нажимных винтов СНВ-3 сигнал в виде импульсов поступает в МПУ1. Один импульс соответствует одному обороту приводного двигателя.

В качестве сигнала скорости клети можно использовать сигнал, формируемый в СУРС стана или сигнал от датчика импульсов ДИФ-7М. Последний вариант, приведённый в проекте, более точен, так как исключена погрешность преобразовательной цепи от датчика импульсов до аналогового входа.

С выхода МПУ сигнал на изменение скорости первой клети приходит в СВР. Там он суммируется с сигналами от остальных МПУ и умножается аналоговым перемножителем на скорость клети. С выходов СВР сигнал поступает в СУРС стана.

2.3 Алгоритмическое обеспечение микропроцессорного комплекса САРТиН

Программное обеспечение микропроцессорного комплекса САРТиН реализовано с использованием языка Ассемблер80. Для подготовки программного обеспечения был применен Cross Assembler 8085, который устанавливается в ПЭВМ [9].

При включении питания или при нажатии на субблоке УВ059 кнопки "СБРОС" управление МПУ передается (аппаратно) по адресу 4000Н, с которого начинается программа "Монитор УВ059". Эта программа после начальной инициализациии внутренних устройств субблока УВ059 проверяет возможность записи информации в ячейку BF субблока внешней памяти ПЭ117, если запись невозможна (т.к. тумблер "ЗАПИСЬ" ПЭ выключен), то "Монитор УВ059" передает управление в субблок внешней памяти по адресу 00С0Н на начало фоновой программы, которая с помощью субблоков БИ102 и КИ024 выполняет: чтение ячеек памяти (информация выводится на индикаторы субблока БИ102 с использованием его кнопок), запись в ячейки памяти, периодическое чтение ячеек, запуск программ и останов их по заданному адресу (при этом используется субблок ДМ0456 к которому подключены монитор и клавиатура), подсчет контрольной суммы.

Алгоритм запуска МПУ представлен на черт. ДЭ 2102 021 0 98 00 00 ВО 04. Здесь необходимо отметить, что при выполнении запуска осуществляется анализ сигналов включения в работу каналов регулирования толщины (РТ) и натяжения (РН) полосы. Если этих сигналов нет, т.е. оба канала выключены, то подпрограмма подготовки каналов регулирования к работе не запускается и в этом случае работает только фоновая программа. Такой режим необходим для того чтобы иметь возможность осуществить загрузку скорректированного рабочего файла системы регулирования.

После выполнения подпрограмм подготовки к работе МПУ находится в режиме ожидания прерываний, которые поступают от датчика импульсов (первый и второй уровни), формирования управления НУ (четвёртый уровень), таймера формирующего интервал по времени для опроса внешних сигналов и выдачи управляющих воздействий ( пятый уровень), а также от ИРПС, обеспечивающего связь с УВМ ВУ АСУТП (шестой уровень).

Начальный адрес рабочего файла системы регулирования находится по адресу 0800Н. С этого адреса начинается подпрограмма переходов (ОР).

При появлении какого-либо прерывания аппаратно формируется адрес перехода в область памяти по адресам 80Н-В8Н, а оттуда в область подпрограммы ОР, где установлен переход на соответствующую подпрограмму обработки поступившего прерывания.

Алгоритм обработки прерываний первого и второго уровней, которые формируются по сигналам от датчика импульсов рабочих валков клетей, представлен листе 5 (подпрограммы ZAP1 и ZAP2). По данному алгоритму обеспечивается сопровождение полосы при регулировании толщины каналами по отклонению и возмущению. Прерывания первого уровня используются для запуска цикла регулирования толщины полосы каналом по отклонению (подпрограмма KAOT) а второго уровня - для запуска цикла регулирования толщины полосы каналом по возмущению (подпрограмма KAVO). В подпрограммах ZAP1 и ZAP2 выполняется установка флагов запуска соответствующих канала регулирования, которые используются в подпрограмма формирования управления (подпрограмма PFU). Кроме этого в подпрограмме ZAP1 устанавливаются метка полосы и индикации диапазона скорости прокатки.

При выполнении подпрограмм обработки прерываний первого и второго уровней разрешается обмен с УВМ ВУ АСУТП и работа подпрограммы управления НУ клетей как более приоритетных задач, т.е. разрешаются прерывания четвёртого и шестого уровней.

На черт. ДЭ 2102 021 0 98 00 00 ВО 05 дан алгоритм подпрограммы регулятора толщины (подпрограмма KAVO) - канала по возмущению с воздействием на изменение скорости вращения рабочих валков первой клети. При этом разнотолщинность отрабатывается в валках последующей клети. Данный канал обеспечивает сопровождение сигнала отклонения толщины от измерителя до последующей клети (его задержку на время перемещения полосы) и формирование величины управляющих воздействий.

На входе в подпрограмму KAVO осуществляется анализ разрешения работы канала, а на каждом его управляющем выходе может выполняться блокировка (обнуление управляющего воздействия). Сигналы разрешения работы канала и блокировки его выходов устанавливаются в подпрограмме ASPTH.

В подпрограмме KAVO при формировании управляющего воздействия на скорость валков задержанный сигнал отклонения толщины корректируется в зависимости от задания толщины, что необходимо для получения сигнала относительного отклонения. Это выполняется путем умножения отклонения толщины на величину обратную ее заданию, последняя вычисляется в подпрограмме PPOP0. Далее в схеме выхода регуляторов (СВР) комплекса осуществляется умножение этого сигнала на величину скорости вращения валков клетей, на которые выдается воздействие, что необходимо в соответствии с законом постоянства секундного объема металла для получения величины изменения скорости валков. В подпрограмме KAVO сформированное управление после анализа блокирования канала воздействия на скорость вращения валков загружается в оперативную память (ячейка KAVOV).

Так как реализация МПУ выполнена на процессорах К580 серии, то существует проблема времени цикла регулирования. Программы, которые запускаются по сигналам от датчиков импульсов, были написаны таким образом, чтобы ограничить верхнюю частоту циклов регулирования. Для этого, как уже отмечалось ранее, длина полосы от измерителя толщины до клети делится на 16, 8 и 4 части в зависимости от скорости прокатки. С увеличением скорости программы МПУ перестраиваются на работу с меньшим количеством частей полосы.

На черт. ДЭ 2102 021 0 98 00 00 ВО 05 приведён алгоритм управления нажимными устройствами для регулятора толщины по отклонению МПУ1 и поддержания толщины на концах рулона.

Полоса последовательно делится на участок измерения отклонения толщины и на участок ожидания результата отработки разнотолщинности. На первом участке осуществляется усреднение отклонения толщины и по окончании этого участка формируется управляющее воздействие на нажимные устройства предыдущей к месту измерения клети. На втором участке с помощью подпрограммы SBROK (запускается в подпрограмме ZAPT) сигнал управления с заданным темпом сбрасывается.

Алгоритм начинается с анализа наличия сигналов включения регулятора толщины, скорости прокатки, металла под измерителем толщины и натяжения полосы. Если все эти сигналы имеются, то сигнал отклонения толщины сравнивается с зоной, в противном случае обнуляется счетчик длины полосы и буфер усредненного отклонения толщины. Величина зоны вычисляется в подпрограмме PPOP0. Если отклонение толщины меньше зоны, то управляющее воздействие по данному каналу обнуляется. Затем анализируется счетчик длины участков полосы. Как уже отмечалось выше, на участке измерения выполняется усреднение отклонения полосы, по окончании этого участка выдается управляющее воздействие, которое пропорционально соответственно среднему отклонению толщины на участке измерения. Данный сигнал ограничивается и после анализа блокировки канала сигнал управления загружается в оперативную память канала для вывода через УСО МПУ.

2.4 Моделирование входной зоны стана

2.4.1 Математическая модель НСХП

Для синтеза оптимальной структуры контура управления необходима математическая модель стана непрерывной прокатки. В частности для синтеза контуров регулирования толщины полосы необходимо знать зависимости момента на валу приводного двигателя и толщины полосы на выходе из клети в зависимости от изменения переднего и заднего натяжений, толщины полосы до и после клети и перемещения нажимных винтов; уравнения модели межклетевого натяжения; уравнений главного привода клетей.

Формулы, разработанные для определения абсолютных значений параметров очага деформации, дают удовлетворительный результат в связи с недостаточной для автоматизации точностью. На практике наибольшее распространение получили линеаризованные математические модели. Суть линеаризации заключается в следующем: от абсолютной величины технологического параметра переходят к приращениям в рабочем диапазоне величин относительно установившегося значения (задания). Такая линеаризация возможна при работающих системах стабилизации, когда значения измеряемых величин меняются не значительно.

В качестве исходного для выражения момента прокатки принято уравнение[11]:

, (2.5)

где -- момент при прокатке без натяжений, но с теми же обжатиями, кНм;

-- соответственно переднее и заднее натяжение, кН;

R -- радиус рабочего валка;

-- толщина полосы соответственно на входе и выходе клети.

Толщину полосы и момент прокатки в общем случае можно выразить следующими соотношениями:

 (2.6)

(2.7)

где -- перемещение нажимных винтов;

-- толщина полосы, входящей в i-тую клеть.

В рабочем диапазоне изменения величин зависимости (2.6) и (2.7) можно линеаризовать. В этом случае приращения величин и приближенно определятся как полные дифференциалы:

(2.8)

(2.9)

Здесь индекс «нуль» соответствует начальным значениям величин в установившемся режиме до приложения возмущения. При частных производных он указывает на то, что их численное значение соответствует начальным условиям. В дальнейшем для упрощения записи индекс «нуль» при частных производных опущен.

Если для момента прокатки вместо общего выражения (2.5) воспользоваться полученным ранее, то

.

Так как изменение момента трения в подшипниках вследствие изменения момента прокатки, по крайней мере, на порядок меньше последнего, можно считать, что приращение статического момента на валу двигателя будет следующим:

,

где -- передаточное число редуктора главного привода.

Частные производные в уравнениях (2.8) и (2.9) представляют собой так называемые «технологические» коэффициенты, для которых приняты следующие обозначения:

коэффициент, связывающий приращение толщины металла, входящего в клеть, с возникающим вследствие этого изменением толщины полосы на выходе из клети;

коэффициент пропорциональности между перемещением нажимного винта и изменением толщины, выходящей из клети полосы;

коэффициент пропорциональности между изменением заднего натяжения и изменением толщины полосы (поскольку значение отрицательно при любых условиях прокатки, перед производной принят знак минус, в этом случае -- величина положительная; аналогичный выбор знаков принят и в других случаях, так что все «технологические» коэффициенты положительны);

коэффициент пропорциональности между изменением переднего натяжения и изменением толщины полосы ;

коэффициент пропорциональности между изменением входной толщины и изменением момента на шпинделях валков;

коэффициент пропорциональности между изменением толщины полосы на выходе из клети и изменением момента на шпинделях валков.

В качестве математической модели главного привода используются уравнения, полученные на кафедре Автоматизации и электропривода МГМА. Данная математическая модель представляет собой два линейных дифференциальных: уравнения зависимости тока якорей привода I_i от скорости клети (окружной скорости рабочего валка) _i и от напряжения питающего генератора U_i; зависимость скорости клети от тока через якоря двигателей и от момента прокатки M_i:

Постоянные коэффициенты R_pr,Ki₁,Ki₂,Kw₁ и Kw₂ входящие в данные уравнения рассчитываются программой, составленной на кафедре ПКиСУ.

Поскольку все клети стана связаны между собой полосой, имеющей определённое натяжение, то необходимо в математическую модель включить уравнения для натяжения полосы в межклетевом промежутке T_i

где _{2, 1}--скорости клетей последующей и предшествующей моделируемому межклетевому промежутку соответственно;

H₀(t-t₀) -- толщина на входе в клеть, предшествующей рассматриваемому межклетевому промежутку;

H₁(t) -- толщина на выходе из этой клети;

H₁(t-t₁) -- толщина полосы на входе в клеть, последующую к данному межклетевому промежутку;

H₂(t) -- толщина полосы на выходе из этой клети;

T₀(t) -- натяжение полосы предшествующем межклетевом промежутке (или между первой клетью и разматывателем);

T₁(t) -- натяжение полосы в моделируемом межклетевом промежутке;

T₂(t) -- натяжение полосы в последующем межклетевом промежутке.

В данной работе составлена программа математической модели входной зоны стана и контуров регулирования толщины и натяжения. К математической модели объекта относятся, черт. ДЭ 2102 021 0 98 00 00 ВО 06,: модели главного привода первой и второй клети; модели очагов деформации для первой и второй клети; модель первого межклетевого промежутка.

Коэффициенты, входящие в уравнение математической модели зависят от параметров прокатываемой полосы. В качестве примера была взята полоса, шириной 1600 мм. из стали 08. Полоса прокатывается с толщины 2,5мм. до 0,9мм. Режим обжатий и скоростей приведён в табл. 2.1

В программе математической модели реализованы каналы регулирования толщины полосы по отклонению и по возмущению. Причём приведены варианты реализации структуры этих каналов, описанные выше.

Таблица 2.1. Режим обжатий и скоростной режим стана

2.4.2 Анализ результатов моделирования входной зоны стана 2500 холодной прокатки

В процессе моделирования входной зоны стана были получены переходные процессы, как реакция объекта на возмущение, вызванное ступенчатым изменением толщины подката. Поскольку программой моделируются контура регулирования толщины за первой клетью по отклонению и по возмущению, то результат (отклонение толщины) необходимо фиксировать на выходе из валков второй клети. В прграмме математической модели составлены два различных варианта контуров регулирования. На рис. 2.6 представлен переходный процесс в системе с каналом регулирования толщины полосы, предложенный в работе [11], с введением компенсирующей обратной связи по положению нажимных винтов (см. описание выше). При варианте структуры этого же контура, предложенной ВНИИМетмаш (согласно алгоритму, черт. ДЭ 2102 021 0 98 00 00 ВО 05), приведён на рис. 2.9, черт. ДЭ 2102 021 0 98 00 00 ВО 07, рис.1.

Переходный процесс для канала по отклонению с введением обратной связи по положению нажимных винтов