книги из ГПНТБ / Круашвили, З. Е. Автоматизированный нагрев стали

вольтметр, резисторы R і—RSy резисторы уровня выхода Rm—RBS и общий выключатель выведены на лицевую панель сумматора, который приспособлен для щитового монтажа.

Выходные управляющие сигналы, идущие на устрой­ ство дистанционного изменения задания потенциомет­ рам ЭПДЗ-120 каждого участка горения, регулируются резисторами уровня в пределах 0—1,5 в.

Сумматор устойчив в эксплуатации; среднее время его безотказной работы составляет 8000 ч. Простота конструктивного исполнения, высокая устойчивость к тряске, безотказность в работе, малые габариты, малая потребляемая мощность и относительно невысокая сто­ имость делают сумматор' типа СБМ-238 более приемле­ мым к использованию в системах управления тепловым режимом нагревательных устройств, чем суммирующие устройства типа СУТ-М098, используемые для этих же целей на методических печах.

Промышленные испытания различных вариантов раз­ работанных систем управления проводили на кольцевых печах АзТЗ и РМЗ. Принципиально системы управления во всех вариантах исполнения оставались почти без из­ менения, отличались они один от другого только аппа­ ратурным оснащением отдельных узлов.

Различное аппаратурное оснащение узлов вызвано тем, что в каждую внедряемую систему управления вно­ сились конструктивные доработки отдельных устройств для улучшения ее эксплуатационных показателей (на­ дежности, удобства обслуживания и ремонта, удобства наладки и т. д.). Система управления, испытанная на кольцевой печи трубопрокатного агрегата 250-1 АзТЗ, работает следующим образом.

Температура во всех зонах измеряется радиационны­ ми пирометрами ПРК-600 (визированными на днокарбофраксовых стаканов) со вторичными приборами типа ЭПДЗ-120. Регулирование температуры на всех участ­ ках осуществляется регуляторами типа ИРМ-240, вклю­ ченными по ПИ-закону регулирования. Расходы топлива и воздуха на каждый участок горения измеряются диф­ манометрами типа ДМИ со вторичными приборами типа ВФСМ с двумя ферродинамическими датчиками. Один из датчиков функционирует в схеме измерения, а дру­ гой — в схеме регулирования соотношения топливо — воздух. Для регулирования соотношения на всех участках

горёмия применяют регуляторы типа БР-11. Коэффициен­ ты избытка воздуха корректируются экстремальными ре­ гуляторами, поддерживающими максимальные значения температуры, измеренной радиационными пирометрами ПРК-600, визированными на дно карбофраксовых стака­ нов, установленных по оси свода печи над предпослед­ ними горелками каждого участка горения и утопленных в рабочее пространство на 60—80 мм.

Давление в рабочем пространстве измеряется на вто­ ром участке зоны выдержки напоромером типа ДКФМ-1 со вторичным прибором типа ВФСМ. Давление регули­ руется регулятором БР-11 со специальной приставкой, предназначенной для управления приводом лебедки прямоходного дымового шибера. 'В управлении температур­ ным режимом участвуют оба устройства системы управ­ ления. Пользуясь заранее рассчитанной таблицей режи­ мов нагрева, посадчик в момент загрузки первой заготов­ ки новой садки задает, используя соответствующий ключ, требуемый режим, который отрабатывается в дальней­ шем устройством выработки управляющих сигналов при изменениях параметров садки. Одновременно набирают­ ся программы настройки индикатора среднего времени пребывания заготовок на участках горения и узла опре­ деления теплового состояния печи, переключение кото­ рых осуществляется следящим и командокоммутирую­ щим устройствами после прихода границы новой садки в соответствующее место рабочего пространства печи.

Следящее устройство выполнено на основе командоаппаратов (программных реле времени типа ВС-10), жестко связанных с механизмом поворота пода, контакт­ ные цепи которого имеют сдвиг на' угол, равный дугово­ му углу участка горения. Опыт работ трубопрокатных станов показывает, что, как правило, в печи могут на­ греваться одновременно не более трех—четырех садок, поэтому в устройство данного исполнения было подклю­ чено два командоаппарата, которые осуществляли сле­ жение за тремя садками.

Недостатком примененного следящего устройства яв­ ляется низкая помехоустойчивость, обусловленная, вопервых, большим числом контактов и, во-вторых, воз­ можностью сбоев при обратном ходе пода во время пе­ ревода печи на режим длительной остановки.

Заданные значения температур на участках горения (температурные режимы), устанавливаемые полуавтома­

тически устройством выработки управляющих сигналов при изменениях параметров садки, рассчитаны на сред­ нюю производительность печи. При изменениях произво­ дительности и теплового состояния печи заданные темпе­ ратуры корректируются вторым устройством. В данном исполнении устройства выработки управляющих сигна­ лов при изменениях среднего времени нахождения ме­ талла на участках горения и теплового состояния печи использован сумматор типа СУТ-М098.

Сумматор получает информацию от: а) узла опреде­ ления среднего времени пребывания заготовок на участ­ ках горения, выполненного на базе индикатора прибор­ ного типа, разработанного ПКИ «Автоматпром» и ЦЛАМ АзТЗ (п. 2, гл. IV) и работающего ѳт контакта фотореле, фиксирующего выдачу каждой заготовки из печи; б) уз­ ла определения теплового состояния печи, представляю­ щего собой комплект измерения температуры поверхнос­ ти металла, включающий телескоп радиационного пиро­ метра ПРК-600 (установленный на уровне пода печи по наружной ее стене у места перехода из подогревательной зоны в нагревательную и тангенциально-визированный па поверхность металла), а также вторичный прибор ЭПДЗ-120. Положение стрелки дистанционного задатчи­ ка, размещенного в ЭПДЗ, управляется устройством вы­ работки управляющих сигналов при изменениях пара­ метров садки, причем переключение заданий происходит в момент прихода новой садки к месту измерения темпе­ ратуры поверхности; в) ручного задатчика тепловой на­ грузки, предназначенного для вмешательства в систему управления при длительных остановках печи (более од­ ного часа) и при выходах из строя какого-либо узла си­ стемы управления.

Сумматор формирует из перечисленных выше сигна­ лов управляющие сигналы, которые в соответствующих долях посылаются на устройство изменения положения стрелок задатчиков потенциометров ЭПДЗ-120 каждого участка, за исключением первого участка зоны выдерж­ ки, на котором, как показали исследования, при измене­ ниях производительности не требуется изменять задания. Степень воздействия устройства выработки управляющих сигналов от изменения среднего времени пребывания за­ готовок на участках горения и теплового состояния печи иа заданные значения температур настраивается соответ­ ствующими настроечными элементами.

Настроечные коэффициенты выбираются согласно экспериментально снятым характеристикам; в число ко­ торых входят:

1) статические характеристики, отражающие зависи­ мости между заданными значениями температуры и сред­ ним временем нахождения заготовок на данных участ­ ках;

2) статические характеристики, отражающие зависи­ мости между отклонениями температуры, измеренной узлом определения теплового состояния печи, от задан­ ных значений и заданными значениями температуры участков активного нагрева;

3)динамические характеристики, отражающие пере­ ходные процессы изменения теплового состояния печи при скачкообразном изменении производительности и про­ стоях;

4)динамические характеристики, отражающие пере­ ходные процессы изменения температуры участков горе­ ния при возмущении производительностью.

Таким образом, описанные выше два устройства обус­

ловливают воздействие системы управления на темпера­ турный режим печи при всяких изменениях параметров садки, времени пребывания заготовок на участках и теплового состояния печи. Однако если при простоях воздействие от узла определения среднего времени пре­ бывания заготовок на участках горения прекращается через 5—10 мин, то узел определения теплового состояния активно воздействует на процесс нагрева в течение 1 ч простоя. Затем прекращается и его действие, так как кривая изменения температуры поверхности металла при простоях печи достигает максимального значения.

■ Длительные промышленные испытания системы уп­ равления тепловым режимом, проведенные на кольцевой печи трубопрокатного агрегата 250-1 АзТЗ, показали, что система в основном отвечает предъявленным к ней тре­ бованиям:

1) обеспечивает требуемое по технологии качество переходных и установившихся процессов;

2) обеспечивает необходимый диапазон установки задания регуляторам-стабилизаторам температуры на участках горения и стабилизаторам давления в рабочем пространстве печи — при изменениях параметров садки с учетом местонахождения садок в печи, времени нахож­ дения заготовок и теплового состояния печи;

3)обеспечивает удовлетворительное качество нагрева металла перед прокаткой на стане. Колебания темпера­ туры гильз после прошивки на стане 250-1 не’превыша­ ют заданных технологических пределов;

4)все узлы системы управления, а также применен­ ная нестандартная аппаратура работают стабильно и до­ статочно надежны в эксплуатации;

5)затраты рабочего времени на обслуживание систе­ мы не превышают норм, предусмотренных для обслужи­ вания суммы единиц приборов, входящих в систему.

В дальнейшем система была внедрена в постоянную

эксплуатацию на кольцевых печах трубопрокатных агре­ гатов 250-2 АзТЗ и 400 РМЗ. Система управления, внед­ ренная на кольцевой печи трубопрокатного агрегата 250-2 АзТЗ, отличается от системы, внедренной на агре­ гате 250-1, только аппаратурным оснащением устройства выработки управляющих сигналов от изменения средне­ го времени пребывания заготовок на участках и теплово­ го состояния печи и оснащением узлов стабилизации со­ отношения расходов топлива и воздуха на участках го­ рения.

В устройстве выработки управляющих сигналов от изменения среднего времени пребывания заготовок на участках и теплового состояния печи вместо сумматора типа СУТ-М093, построенного целиком на контактных элементах, применен сумматор типа СБМ-238 с бескон­ тактным выходом, который зарекомендовал себя более надежным в эксплуатации при тех же качественных по­ казателях (основная погрешность суммирования не пре­ вышает 0,5% от разности пределов измерения; порог чувствительности сумматора составляет 0,3%).

Следящее устройство системы выработки управляю­ щих сигналов выполнено в виде счетчиков, информация на которые в унитарном коде подается от контактов ко­ мандоаппарата механизма поворота пода. Вентильная кинематическая связь привода пода с командоаппаратом практически исключает возможность сбоев схемы при ре­ версе пода.

Такое исполнение следящего устройства позволило намного повысить надежность работы всей системы. Од­ нако следует отметить, что устройство невозможно ис­ пользовать на печах с переменным углом загрузки без существенных конструктивных усложнений. Поэтому на кольцевой печи № 2 трубопрокатного агрегата 400 РМЗ

применено следящее устройство, выполненное на базе командоаппаратов, жестко связанных с механизмом по­ ворота пода, но более совершенной конструкции, чем следящее устройство, эксплуатируемое на кольцевой печи агрегата 250-1 АзТЗ. В остальном система управле­ ния, внедренная на кольцевой печи № 2 трубопрокатно­ го агрегата 400 РМЗ, почти аналогична системе, внед­ ренной на агрегате 250-2 АзТЗ (дополнена узлом изме­ нения коэффициентов расхода воздуха на всех участках горения при простоях печи).

Наблюдения за работой кольцевых печей и специаль­ ные исследования показали, что в основном образование окалины происходит при простоях печи, чему способству­ ют большое время нахождения металла в рабочем про­ странстве печи и окислительная атмосфера печных га­ зов. Уменьшить время нахождения металла в печи невоз­ можно, так как оно полностью зависит от работы стана, поэтому единственной возможностью защиты металла от окалинообразования является искусственное увеличение расхода газа в моменты простоя печи (уменьшение окис­ лительной способности печных газов); причем некоторый перерасход газа перекрывается стоимостью уменьшен­ ной при этом окалины.

3. СИСТЕМА ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ НАГРЕВА МЕТАЛЛА

ВМЕТОДИЧЕСКИХ ПЕЧАХ

Вкачестве примера реализации системы оптимально­ го управления процессом нагрева металла ниже описана система управления, разработанная и внедренная на ме­ тодической печи № 3 широкополосного листопрокатного стана 2000 НЛМЗ.

Стан 2000 представляет собой современный высоко­ механизированный и автоматизированный агрегат, пред­ назначенный для прокатки полосы из рядовых и легиро­ ванных сталей. Заготовками служат главным образом литые слябы развесом до 32 т, толщиной 170—250 мм, шириной 1030—1850 мм и длиной до 10200 мм, получен­ ные на установке непрерывной разливки кислородно-кон­ вертерного цеха, примыкающего к листопрокатному цеху.

Часть слябов поступает с других металлургических заводов. Это главным образом — слябы, полученные на заготовочных станах. Стан 2000 оборудован тремя шес­

тизонными методическими печами, отапливаемыми сме­ сью природного и коксодомённого газов. В дальнейшем намечается строительство еще двух печей, которые в от­ личие от действующих будут печами с шагающим подом. Для обеспечения возможности управления температурой переднего и заднего концов слябов томильная зона пе­ чи разделена на две самостоятельные управляемые зоны.

Основная цель применения системы оптимального уп­ равления — получение качественного проката в той сте­ пени, в какой это зависит от качества нагрева металла. Оптимальный нагрев заготовок в методических печах является предпосылкой для точного соблюдения темпе­ ратурного режима прокатки. В нашем случае алгорит­ мы оптимального управления нагревом металла в мето­ дической печи должны обеспечить минимизацию функ­ ционала

Упрощенный вариант алгоритмов, полученных в ре­ зультате моделирования, реализуемый на стандартных (ферродинамических) элементах аналоговой техники, имеет следующий вид [69] :

1 ) для томильной зоны

гдeu1,и2,и3— соответственно, задания регуляторам тем­ ператур томильной, верхней сварочной и нижней сварочной зон;

/*‘м— заданная температура верхней поверхности і-той заготовки при выдаче из печи;

/'м д — действительная температура верхней по­ верхности t-той заготовки (измеренная в печи);

і; (і = = 0, 1,2...) — номер заготовки (верхний индекс);

і = О — соответствует заготовке при выдаче из печи; Ri — число заготовок в одном ряду печи;

S', b', С'т— соответственно, толщина, ширина и коэф­

фициент, зависящий от марки стали і-той заготовки;

J — действительный (усредненный) темп выда­ чи заготовок из печи;

Ігъ k2, k3, Æ4 — коэффициенты, определяемые при настрой­ ке алгоритмов.

Величина і* м определяется по заранее выбранным

стандартным кривым нагрева металла с заданными S и С и корректируется по результатам работы печи или энергосиловым параметрам прокатки.

На рис. 64 приведена упрощенная блок-схема систе­ мы, реализующая алгоритмы (ѴІ-2), (ѴІ-3) и (ѴІ-4), ко­ торая поясняет структуру и взаимосвязь отдельных ее узлов. Каждая из зон активного нагрева оснащена стан­ дартным узлом регулирования температуры греющей среды (Р), а также узлами регулирования соотношения топливо — воздух, давления в печи и другими, не пока­ занными на схеме узлами.

В дополнение к стандартным узлам, описанным ранее (п. 1, 2 этой главы), система управления оснащена сле­ дующими устройствами и средствами, необходимыми для оптимизации процесса: пирометрами для измерения тем­ пературы поверхности металла внутри печи, арифметиче­ скими блоками реализации алгоритма (БРА), блоком измерения темпа прокатки (f), пультом ручного ввода параметров садки _(ПРВ), запоминающим устройством параметров садки (ЗУ), системой слежения за прохож­ дением границ садок в печи, блоком ввода параметров садок (БВПС).

Работа системы в режиме реализации алгоритма онтимального управления сводится к следующему.

При поступлении очередной партии металла к толка­ телю оператор вводит (установкой положения соответст­ вующих переключателей) через ПРВ сведения о пара-

Рис. 64

Принципиальная схема реализации алгоритма оптимального управления

метрах садки. В ССГС поступает сигнал об изменении параметров БВПС. По команде из ССГС коммутируют­ ся ферродинамическне датчики параметров садки, кото­ рые установлены в ЗУ (с цепями БРА соответствующей зоны).

В схему реализации алгоритма поступают также сиг­ налы из узла измерения темпа прокатки f и измерения температуры поверхности /}1М. Выходным сигналом БРА

является напряжение, пропорциональное необходимой температуре зоны нагрева $*(м, вводимое на вход потен­

циометра с дистанционной перестановкой задания типа ЭПДЗ, который связан с регулятором температуры зоны. ЭПДЗ и регулятор сосредоточены в узле Р (рис. 64,6).

Ниже приводится более подробное описание некото­ рых основных узлов системы.