Глава 5 Примеры промышленных АСУ современных прокатных станов

Рассмотрим в качестве примера промышленной реализации описанных выше принципов и конструктивных решений несколько различных систем автоматизированного управления прокатными станами, внедренных на металлургических предприятиях Российской Федерации.

Непрерывный широкополосный
стан холодной прокатки

На непрерывном широкополосном стане «1700» холодной прокатки прокатываются горячекатаные травленые полосы шириной 700…1550 мм из углеродистых и электротехнических сталей. Толщина исходных полос – 1,5…6 мм. Толщина полос после прокатки – 0,25…3 мм.

Стан (рис. 5.1) представляет собой непрерывную группу из 5 клетей «кварто». Диаметр рабочих валков клетей – 600 мм, длина бочки – 1700 мм. Опорные валки имеют диаметр 1500 мм. Электроприводы рабочих валков – тиристорные, постоянного тока, индивидуальные для нижнего и верхнего валка. Приводы имеют аналоговые пропорциональные регуляторы скорости РС с быстродействием около 10 рад/с.

Прокатка осуществляется с натяжением полосы на входе в стан (между натяжным устройством НУ и первой клетью), между клетями и на выходе из стана (между пятой клетью и моталкой) с контролем натяжений и толщин измерителями натяжений ИН и толщиномерами ИТ, установленными на входе, выходе стана и в промежутках между клетями. Для контроля сил прокатки под подушками нижних опорных валков в клетях стана установлены измерители силы (месдозы) ИС.

Рис. 5.1. Структура АСУ ТП непрерывного стана «1700» холодной прокатки

Клети оснащены быстродействующими гидравлическими нажимными устройствами (ГНУ), обеспечивающими регулировку межвалкового зазора путем вертикального перемещения верхнего полукомплекта валков с помощью силовых нажимных гидроцилиндров ГЦ.

Функционально в составе АСУ ТП стана «1700» [15] можно выделить системы базового уровня автоматизации и системы верхнего уровня.

К базовому уровню автоматизации относятся системы управления гидравлическими нажимными устройствами СУ ГНУ, системы управления главными электроприводами прокатных валков, моталок, разматывателей, вспомогательных механизмов и система управления подачей технологической смазки.

Верхний уровень АСУ ТП стана «1700» составляют система управления режимом стана (СУРС), система автоматического регулирования толщины и натяжения (САРТ и Н) и система визуализации и контроля.

Системы управления гидравлическими нажимными устройствами обеспечивают:

• регулирование положения верхнего полукомплекта валков и, соответственно, межвалкового зазора (режим «естественной клети»), регулирование взаимного положения штоков ГЦ (синхронизация). Статическая точность регулирования положения составляет ±3 мкм;
• регулирование силы прокатки (режим «мягкой клети»). Переход из режима регулирования усилия прокатки («мягкая клеть») в режим регулирования положения («естественная клеть») и обратно производится безударно по сигналам от САРТ, а для 5-й клети – по сигналу оператора с центрального поста управления станом;
• автоматическое сведение валков до достижения заданной силы прокатки;
• автоматическое сведение/разведение валков до заданного раствора валков;
• ограничение сил и перемещений в аварийных ситуациях, аварийное разведение валков, выдачу соответствующих предупредительных и аварийных сообщений на пульт оператора и в систему визуализации;
• выдачу информации о величине раствора валков, их перекосе, силе прокатки и разности сил по сторонам клети в систему визуализации и контроля.

СУРС выполняет следующие функции:

• формирование текущих заданий скоростей и ускорений для регуляторов скорости вращения рабочих валков в режимах разгона, торможения стана, работы на установившейся скорости с учетом воздействий от регуляторов САРТ и Н и введенных оператором диаметров рабочих валков;
• создание «натяжений покоя» перед троганием стана и поддержание заданных натяжений регулированием скоростей клетей при малой скорости (примерно до 1 м/с), выше которой функция регулирования натяжений возлагается на САРТиН;
• «тонкая» коррекция скоростей рабочих валков (отдельные, подключаемые в определенных режимах цифровые каналы регуляторов скорости);
• выравнивание нагрузок (токов) приводов верхнего и нижнего рабочих валков;
• обеспечение некоторых специальных, обусловленных особенностями технологии, режимов управления скоростью валков (прогрев валков, заправка полосы и т.п.);
• диагностика электроприводов валков и подсистем СУРС.

САРТ и Н включает в себя 22 регулятора толщины и натяжений, а также узлы слежения за толщиной полосы по ходу прокатки (блоки регулируемого запаздывания). В системе используются регуляторы толщины двух видов, – «быстрые» и «медленные». «Быстрые» регуляторы реализуют управление по возмущению, с автоматической подстройкой коэффициентов математической модели регулирования. «Медленные» (интегральные) регуляторы работают по отклонению.

Функциями САРТ и Н являются:

• регулирование толщин после клетей воздействием на соотношения скоростей валков;
• регулирование межклетевых натяжений воздействием на ГНУ;
• ограничение межклетевых натяжений на уровне допустимых значений воздействием на соотношения скоростей валков (это ограничение имеет более высокий приоритет по отношению к регулированию толщин);
• контроль качества прокатываемой полосы по разнотолщинности, – создание гистограммы выходной толщины в ходе прокатки;
• диагностика работы САРТ и Н.

СУРС и САРТ и Н участвуют в управлении технологическим процессом прокатки на всех стадиях, включая настройку стана и контроль готовой продукции. Настройка клетей по обжатиям (толщинам) осуществляется регулировкой соотношений скоростей вращения рабочих валков в смежных клетях. Настройка межклетевых натяжений выполняется путем регулирования положения гидронажимных устройств. В процессе прокатки САРТ и Н автоматически корректирует соотношения скоростей и положения ГНУ с целью поддержания толщин на выходе из клетей и натяжений в межклетевых промежутках в заданных пределах.

Имеются несколько фиксированных заданий скоростей прокатки, достигаемых по соответствующим командам: заправочная скорость, скорость прокатки шва, скорость прокатки при минимальном запасе полосы в накопителе, скорость при резе полосы летучими ножницами, рабочая скорость. Темп разгона стана при начале прокатки – переменный, увеличивающийся пропорционально скорости. Темп торможения стана – постоянный и может иметь два значения: темп нормального торможения и темп форсированного торможения. Режим торможения задается соответствующей командой оператора. По команде оператора «так держать» прерывается процесс разгона или торможения и прокатка может происходить на любой промежуточной скорости.

Рис. 5.2. Отображение хода технологического процесса прокатки на видеомониторе рабочего места оператора стана «1700» [15]

Ход технологического процесса, текущие значения технологических и эксплуатационных параметров стана и информация о работе вспомогательных устройств отображаются на рабочих местах операторов системой визуализации и управления (рис. 5.2). Эта система решает задачи взаимодействия персонала стана с АСУ ТП, ввода и корректировки программы прокатки, управления технологическими агрегатами, контроля технологических параметров процесса, индикации готовности и состояния систем стана, диагностики работы оборудования, сбора и архивирования производственной информации.

Внедрение описанной АСУ ТП на стане «1700» позволило существенно повысить качество прокатываемого на стане стального листа. Система гарантирует допуск по толщине для всего спектра прокатываемых листов в 3…5 раз меньше допуска, предусмотренного ГОСТ.

© А.Восканьянц