книги из ГПНТБ / Круашвили, З. Е. Автоматизированный нагрев стали
.pdfот динамических свойств объекта: время хода «назад» выбирается равным удвоенной постоянной времени пе реходного процесса при возмущении производитель ностью) реохорд /?д в исходное положение.
При регулярном чередовании пауз между выдачами путь, проходимый реохордом при паузе, в конечном ито ге становится каким-то определенным, и стрелка прибо ра приходит к установившемуся положению, которое определяет при неизменных настройках прибора частоту выдачи металла из печи и, следовательно, время нахож дения металла в зонах печи.
Положение стрелки (реохорда) индикатора, если до пустить, что скорость хода «вперед» постоянная в пре делах одной выдачи, описывается уравнением
«„ = |
(»в Тв - |
Он т „ ) Е ' ( - 1 / +1 |
(ÄO.C |
- О |
1' - 1, |
(IѴ-22 |
|
|
|
/=1 |
|
|
|
|
|
где |
ѵѣ— скорость хода |
стрелки |
«вперед» |
без учета |
|||
|
|
обратной связи; |
|
|
|
|
|
ѵа —- const — скорость хода стрелки «назад»; |
|
||||||
|
тв — время хода стрелки «вперед»; |
|
|||||
|
тн — время хода стрелки «назад»; |
|
|||||
тв + т„= Д т—интервал времени |
между |
очередными вы |
|||||
|
|
дачами; |
учитывающий отрицатель |
||||
|
£0.с — коэффициент, |
||||||
|
|
ную обратную связь по скорости; |
стрелки |
||||
|
п — число выдач |
после возвращения |
|||||
|
|
в нулевое положение. |
|
|
|
||
Стрелка прибора достигает установившегося значе |
|||||||
ния при |
|
|
|
|
|
|
|
ап+і — ап = |
0. |
|
|
|
|
(ІѴ-23) |
|
Выражение (ІѴ-23) при определенной частоте выда чи и постоянных настройках прибора принимает вид
VT(1 -Æ |
O.CTb)« = 0, |
(ІѴ-24) |
где |
Nr = const; |
выражение |
(1 — k 0.c |
тв) — число дробное; при п-*-оо |
|
|
Nт (1 —k0-c Тв) всегда будет ->0. |
|
При работе индикатора важно, чтобы стрелка зани мала установившееся положение за возможно малое число выдач. Это достигается соответствующим выбо ром скоростей хода стрелки «вперед» и «назад» и под
бором сопротивления реохорда обратной связи (Rn). Линейность зависимости скорости хода стрелки «впе ред» от предварительного ее положения не нарушается при изменениях коэффициента отрицательной обратной связи по скорости.
На рис. 39 приведены переходные процессы прихода стрелки индикатора в установившееся положение при различных частотах выдачи. Из рисунка видно, что при
Переходные процессы прихода стрелки инГрадуировка шкалы индикатора днкатора в установившееся положение при
различных частотах выдачи
неизменных настройках прибора с уменьшением часто ты выдачи увеличивается амплитуда колебаний стрелки в установившемся режиме.
Чтобы стрелка индикатора приходила к установив шемуся положению быстрее с относительно малыми
амплитудами |
колебаний, должно выдерживаться соот |
|
ношение |
|
|
-Ü5- = -bL . |
(ІѴ-25) |
|
«H |
тв |
|
|
Отношение |
ов/о н = const при определенных настрой |
ках прибора, а отношение ты/тв меняется при изменениях частоты выдачи. Как уже отмечалось, частота выдачи
при работе печи меняется не |
в |
широком |
диапазоне |
|
и в основном зависит |
от геометрических размеров на |
|||
греваемых заготовок; |
поэтому |
при |
наличии |
в системе |
управления устройства, получающего информацию о па раметрах садки и одновременно осуществляющего сле жение за новой садкой по всему рабочему пространству печи, отношение Тн/тв можно поддерживать примерно постоянным, изменяя величину тв (сопротивление Rni—iv в цепи потенциометра R4). Одновременно должна
быть изменена скорость хода стрелки назад, чтобы из менить динамическую настройку прибора (изменением сопротивлений Æîni-iv в цепи потенциометра R&), что и предусматривается в схеме индикатора среднего вре мени пребывания металла на участках горения. Причем прибор перестраивается на новый режим работы после подхода соответствующих заготовок к оси выдачи.
Экспериментальная зависимость установившихся по ложений стрелки индикатора от изменения времени пре бывания металла на участках горения приведена на рис. 40, из которого видно, что характер кривой почти повторяет характер зависимости между временем пре бывания металла в зонах печи и заданными значениями температуры в них. Это обстоятельство и предопреде лило применение указанного индикатора в системе уп равления температурным режимом кольцевых печей. Индикатор среднего времени пребывания заданного чис
ла заготовок на участках горения представляет |
собой |
||
легко настраиваемый и очень |
удобный |
в эксплуатации |
|
прибор. |
индикатора смонтирован |
||
Промышленный образец |
|||
в корпусе ЭПП-120, и шкала |
прибора |
отградуирована |
|
как в процентах к диапазону |
общего |
размаха |
шкалы, |
так и во времени пребывания металла на участках го рения. Длительное промышленное испытание на коль цевых печах АзТЗ показало, что индикатор достаточно надежен в условиях эксплуатации, а его динамические свойства вполне обеспечивают нормальную работу си стемы автоматического управления.
Системы управления температурным режимом нагре вательных печей, разработанные ПКИ «Автоматпром» совместно с ЦПКБ и внедренные на станах Азербайд жанского трубопрокатного завода и Руставского метал лургического завода, позволили в значительной степени улучшить работу печей и снизить расходы на подготовку металла к прокатке. Системы подробно описаны в пос ледующих главах. Эти системы имели один недоста ток — отсутствие устройств, учитывающих изменение параметров садки при переменной производительности печи.
Ниже излагается принцип действия устройства, ко торое в сочетании с каскадной схемой учитывает изме нение параметров садки при колебаниях производитель ности печи [75]. В дальнейшем это устройство для вво
да корректирующих импульсов будем называть УВКИ. В соответствии с его назначением на выходе устройства вырабатывается сигнал
xk = f(NT,M), |
(ІѴ-26) |
где xh — сигнал коррекции;
Nr —темп выдачи металла из печи; М — параметры садки.
Для определения Хи вход УВКИ подключается к фо тореле, фиксирующему выдачу заготовок, ввод же пара
метров садки осуществляется вручную в |
соответствии |
с номинальными данными прокатываемых |
слябов. |
Для уяснения принципа работы УВКИ предположим, что все одинаковые по параметрам слябы при посадке имеют одинаковую температуру, а во время выдачи из печи — одинаковую энтальпию.
Внесенное в печь за время между выдачами тепло сгорания топлива
Q — Qi + AQn»
где Qi — тепло, усвоенное металлом; AQn —тепловые потери печи.
Когда темп проката NT равен расчетному (номиналь ному) Nr,l{, тепло, усвоенное каждым из выданных сля бов, тоже номинально. Сравнение среднего значения номинального темпа проката со средним временем пре бывания заданного числа заготовок в печи позволяет сформировать сигнал коррекции по темпу. Номинальный темп определяется в соответствии с технологической ин струкцией нагрева металла по формуле
Л^тшах = |
г ^ - иші'4, |
|
(ІѴ-27) |
|
|
о ^min |
|
и к\ = 2 для |
|
где Æ] = l — для |
однорядного |
двухрядного |
||
|
посада; |
|
|
|
L — рабочая длина печи; |
|
|||
b — номинальная ширина сляба; |
нагрева сля |
|||
т ш і п |
— номинально допустимое время |
|||
|
ба, |
определяемое |
допустимым перепадом |
|
температуры поверхности и середины сляба на выходе из печи.
Номинальный темп моделируется величиной заряд ного тока /?С-ячейки, базовый потенциал на конденсато ре которой ограничивает величину зарядного тока /шах-
Схема УВКИ
|
Величина опорного напряжения определяется из вы |
||
ражения |
|
|
|
Чоп |
«з |
|
(ІѴ-28) |
1+ Nr.и т |
|
||
|
|
|
|
где |
иоп — опорное напряжение; |
|
|
|
и3— зарядное напряжение; |
|
|
|
Т — постоянная времени; T(R8-\-Rw) Сш; |
|
|
|
Nr-H— номинальный, |
расчетный темп для данной |
|
|
садки. |
|
|
|
Схема устройства приведена на рис. 41. |
|
|
|
Величина зарядного тока |
|
|
• _ |
«з — ис |
|
(ІѴ-29) |
|
Кв + Яю |
|
|
|
|
|
|
где |
ис— потенциал на |
конденсаторе; если |
интервал |
|
между выдачами равен расчетному, то в мо |
||
|
мент выдачи сляба и0п= и с. |
|
|
|
Изменения величины опорного напряжения |
осущест |
|
вляются ручной перестановкой переключателей Пи П2, Яз, что влечет за собой перемещение оси imax благодаря изменению базового напряжения, снимаемого с преци зионного аттенюатора Яю—Яз5- Таким образом, задание с Nr.m перемещается на Ят.п2- Фактический темп выдачи металла из печи измеряется при помощи фиксатора темпа выдачи, собранного на элементах R2, Rs, С8, С8, Л7. Принцип действия фиксатора темпа выдачи описан выше.
Сигнал, пропорциональный среднему времени пребы вания заданного числа заготовок, и сигнал, пропорцио нальный среднему значению номинального темпа, срав ниваются на потенциометре R13, падение напряжения на котором характеризует изменение энтальпии металла при колебаниях темпа, и поэтому может быть использо вано для коррекции.
Изменение напряжения на обкладках конденсатора Сю, моделирующего номинальный темп, можно описать уравнением
«о = ( И г а . * - О ( 1 - е г ). |
(ІѴ-30) |
где «о — мгновенное значение напряжения на С]0 меж ду выдачами;
Ат — интервал между выдачами; итах — напряжение питания; иоп —опорное напряжение;
T (Rs + Rio) С10 — постоянная времени контура.
После каждой выдачи отсчет времени Ат начинается сначала. Величина номинального темпа, определенная таким способом, равна
ІѴNТ . Н |
fynax — Нр____ |
(ІѴ-31) |
|
итах ( R s + R i o ) С ю |
|
Величину фактического темпа или среднего времени пребывания заданного числа заготовок в печи можно определить по величине напряжения на конденсаторе С8; после первой выдачи
|
|
Ат, |
|
|
|
|
|
|
«! = |
«оП( 1 - е |
т); |
|
|
|
|
(ІѴ-32) |
|
после второй выдачи |
|
|
|
|
|
|||
|
|
_ |
Дт |
|
|
_ |
Ат, |
|
^2 = |
Д ^ т ах ( 1 |
£ |
^ ) Н"" [Цпах |
Д |
^оп ( 1 |
^ |
^ )] |
X |
|
Ат, |
|
Ат, |
|
АТі+Ат, |
|
|
Дт, |
Х ( 1 - Г Т ) = итлх[Д{е ~ |
- е |
г |
)(1_ |
е |
Т)]. |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
(ІѴ-33) |
после я-нои выдачи
«я
X
+
^шах
( 1 - е
1 о
|
|
|
9ДТ1 |
- A |
h |
я—2 еО-3 |
||
|
•-1 |
е |
п |
т |
||||
|
— е |
т ) + Д |
" |
г |
||||
\ Д П |
|
|
(1 |
|||||
Ат, |
|
|
|
|
|
_ |
д тл-1 |
|
Т |
) + • • • |
+ |
д 1 е - Дтп ( 1 - е |
г |
) + |
|||
|
Атя |
|
|
|
|
|
|
|
- е |
г |
)]. |
|
|
|
|
|
|
В том случае, если режим установился Ati = At2= = Atn= At\, т. е. интервалы между выдачами равны друг другу, выражение (ІѴ-34) принимает вид
—(п—1)Ат —(я—2) Ат
LLn ^max [Дп~х е т + Д л- 2е г |
+ ...+ |
+ Д 2е г + д ет + |
д о (і _ |
ег ) ] ( І _ е г); |
«-*■ оо. |
|
(ІѴ-35) |
Нетрудно показать, что при /г-ѵоо |
||
Ат |
|
(ІѴ-36) |
|
|
|
Принимая во внимание, что Д = 1------ , получаем |
||
Ат |
|
k |
|
|
|
где (£ + 1 )— число |
слябов, |
для которых вычисляется |
среднее время пребывания их в печи. Корректирующий импульс вырабатывается на основании сравнения выра жения (ІѴ-30) с выражением (ІѴ-34). Сравнение осуще ствляется на лампе Л 4, на выходе которой имеется сиг нал
xk = ï(Nr, М)М,
и реализуется решением выражения (ІѴ-30), а NT—в ы ражением (ІѴ-34).
На рис. 42 приведены полученные в промышленных
условиях |
кривые, с применением |
фиксатора |
(рис. 42, а) |
и УВКИ |
(рис. 42,6). Сравнение |
показывает |
значитель |
ное снижение уровня раскачки системы с применением УВКИ.
Технико-экономические расчеты показали, что введе ние импульса от УВКИ в систему управления темпера турным режимом позволяет улучшить качество регули рования и снизить затраты на нагрев металла. Однако учет только теплового состояния металла и среднего времени пребывания металла в зонах нагрева и пара метров садки без информации о местонахождении гра ниц садок в рабочем пространстве еще недостаточен для конструирования систем управления процессом нагрева металла.
Ниже рассмотрены вопросы определения и ввода ин формации, характеризующей параметры садки и место нахождение границ садок в рабочем пространстве, в си стему управления процессом нагрева металла.
4.ИНФОРМАЦИЯ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩАЯ ПАРАМЕТРЫ
ИГРАНИЦЫ САДОК В РАБОЧЕМ ПРОСТРАНСТВЕ
Методические печи
Вопросы автоматизации теплового режима методиче ских печей тесно связаны с решением задач получения информации о металле, находящемся в печи, о местопо ложении границ садок (различных по свойствам* партий металла)!«-Только при наличии информации о простран ственном расположении металла в печи возможно стро гое соблюдение технологического регламента нагрева.
Известны попытки создания цифровых моделей сле жения за прохождением металла в печи, которые требу ют значительного объема машинной памяти и, кроме того, не имеют достаточной наглядности.
В ПКИ «Автоматпром» разработана оригинальная мнемосхема слежения за прохождением слябов в мето дической печи. Схема в определенном масштабе моде лирует продвижение металла в печи [76].
Основным узлом мнемосхемы служит прозрачная трубка-носи тель, капиллярная по отношению к протекающей через нее жидкости. Каждый сляб моделируется в этой схеме порцией жидкости и пу зырем воздуха, в совокупности отображающими размер сляба в на правлении его движения. Мнемосхема состоит из следующих эле ментов (рис. 43).
На панели с изображением строения печи 1 укреплена прозрач ная трубка 2, по которой перемещается жидкость (вода) 3 с га зовыми (воздушными) пузырьками нормального 4 и увеличенного размера 5. Для получения оптического эффекта трубка подсвечива ется лампой, которая па рисуцке не указана. Расстояния между передними фронтами следующих друг за другом пузырей в выбран ном масштабе отображают размеры следующих друг за другом слябов. Пузыри нормального размера 4 отделяют один от другого слябы с одинаковыми параметрами, а пузыри увеличенные 5— сля бы, различимые по параметрам. Последовательность получения пу зырей с заданными размерами и интервалами иллюстрируется на схеме. Жидкость 6 подается в стеклянную трубку 2, являющуюся трактом перемещения носителя информации, шланговым насосом 7, ротор которого приводится во вращение приводом, состоящим из двигателя 8, редуктора 9 и электромагнита сцепления 10.
Воздух для формирования пузырьков от источника сжатого воз духа 11 через электропневматический клапан 12 подается к узлу формирования пузырей через трубку 13 тройника 14.
Фотодатчики 15—17 и осветители соответственно 18—20, распо ложенные на различном расстоянии от трубки 13 (места ввода ме ток), определяют в заданном масштабе ширину сажаемого сляба, В зависимости от ширины сажаемого сляба из блока выбора прог рамм подаются команды на включение пары осветитель — приемник