Державний комітет промислової політики України

Науково-виробнича корпорація

“Київський інститут автоматики”

БІЛОБРОВ Юрій Миколайович

УДК 658.52.011,56:621.771

КЕРУВАННЯ ГЕОМЕТРИЧНИМИ РОЗМІРАМИ ШТАБИ

НА ПРОКАТНИХ СТАНАХ

Спеціальність 05.13.07 – Автоматизація

технологічних процесів

АВТОРЕФЕРАТ

Дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Науково-виробничій корпорації “Київський інститут автоматики” Державного комітету промислової політики України і в ЗАТ “Новокраматорський машинобудівний завод”.

Науковий керівник

Офіційні опоненти:

Провідна установа - кандидат технічних наук, старший науковий співробітник, директор ДНВП “Індустріальні комп’ютерні системи” НВК “КІА” Леонідов-Канєвський Євген Володимирович

- доктор технічних наук, професор Бідюк Петро Іванович професор кафедри математичних методів системного аналізу Національного технічного університету України “КПІ”

- доктор технічних наук, старший науковий співробітник Бєляєв Юрій Борисович, директор ДНВП “Автоматизовані інформаційні системи та технології” (АІСТ) НВК “КІА”

- Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут” Міністерства освіти і науки України, кафедра системного аналізу і управління

Захист відбудеться “ 13 “ червня 2001р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.818.01 науково-виробничої корпорації “Київський інститут автоматики” за адресою 04107, вул. Нагірна, 22, корпус 1.

Відгуки на автореферат у двох примірниках, засвідчені печаткою установи, просимо надсилати за адресою: 04107, Київ –107, вулиця Нагірна, 22 НВК КІА, вченому секретарю.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці НВК “Київський інститут автоматики”.

Автореферат розісланий “04“ травня 2001р.

Учений секретар спеціалізованої

вченої ради, кандидат технічних наук Л.П. Тронько

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми дисертації. Головними питаннями підвищення ефективності виробництва продукції і її конкурентоспроможності в усьому світі є:

§ зменшення собівартості;

§ забезпечення гарантованих показників якості відповідно до світових стандартів.

Головним напрямком зменшення собівартості гарячекатаної штаби є розробка нових енергозберігаючих технологій, і зокрема, так звана “концепція міні-заводів”, яка дає можливість максимально скоротити період виробничого циклу від розливки металу до отримання готової продукції на одно або двох клітьових станах з моталками в печах (стани “Стеккеля”).

Отримання геометричних розмірів штаби високого ґатунку на одноклітьових реверсивних станах потребує принципово нових рішень автоматичного керування технологічними процесами, суттєвого поліпшення динамічних і статичних характеристик виконуючих характеристик виконуючих механізмів і клітей автоматизованого електроприводу.

Характерною особливістю сучасного виробництва є суттєве підвищення технологічних вимог до його динамічних і точністних показників, розширення і ускладнення його функцій, пов’язаних з керуванням сучасними технологічними процесами. Як наслідок росте складність автоматизованих систем керування електроприводами та іншими видами приводів і виникає необхідність в оптимізації їх структур і параметрів за нетрадиційними цільовими функціями, що відповідають цим умовам. А тому розробка і дослідження нових структур автоматичного керування геометричними розмірами прокату, і зокрема, товщиною, профілем, площиною гаряче - і холоднокатаних штаб отриманих на технологічному устаткуванні нових конструкцій, слід вважати терміновими і актуальними.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота пов’язана з планами науково-дослідних і дослідно-конструкторських держбюджетних робіт Державного комітету промислової політики України, Міністерства освіти і науки України (Державна науково-технічна програма 06.02 “Нові технологічні засоби підтримки і прийняття рішень. Інструментально-технологічні програмні комплекси”) Науково-виробничої корпорації “Київський інститут автоматики”, госпдоговірних робіт Державних науково-виробничих підприємств “Індустріальні комп’ютерні системи” і “Багатофункціональні автоматизовані комп’ютерні системи керування технологіями”

Мета й завдання дисертаційного дослідження. Метою роботи є теоретичне обґрунтування та експериментальна перевірка нових структур регулювання товщини і поперечного профілю штаб в кліті “кварто”, що забезпечують показники якості регулювання на рівні світових стандартів з використанням сучасних виконавчих механізмів і датчиків.

Поставлена мета визначає основні задачі роботи:

§ розробка моделі прокатної кліті як об’єкта регулювання товщини і профілю штаби;

§ дослідження можливостей виконавчих механізмів;

§ аналіз похибок вимірювальних каналів;

§ розробка структур регулювання, що забезпечують придушення в зоні деформації збурень, що вносяться як прокатною штабою (коливання температури підкату, коливання товщини і поперечної різнотовщинності підкату), так і самою кліттю (теплове розширення і спрацювання валків, ексцентриситет валків);

§ дослідження статичних і динамічних характеристик різних структур в широкому діапазоні сортаментів штаб, що прокатуються.

Предметом досліджень є методи і алгоритми побудови та оптимізації автоматизованих систем керування. Відповідно до поставленої мети та із урахуванням сучасних вимог до автоматизованих систем керування в дисертації вирішені такі основні завдання:

1. Проаналізовані основні тенденції розвитку технології гарячої та холодної прокатки листа, обладнання прокатних станів і виконавчих механізмів систем автоматичного керування товщиною, профілем і формою штаб та листів.

2. Проаналізовані основні технічні характеристики основних датчиків, що застосовуються при автоматичному регулюванні товщини і поперечного профілю і визначені оптимальні типи датчиків та способи їх прив’язки до обладнання групи прокатних станів, що розглядається.

3. Розроблена математична модель прокатної кліті як об’єкта керування геометричними параметрами штаб.

4. Проведено аналітичне дослідження різних відомих структур спільного регулювання товщини і профілю штаб в зоні деформації і визначені їх крайні можливості по статичній і динамічній точності.

5. Запропонований і досліджений ряд нових структур регулювання. Доведено їх суттєву перевагу перед відомими по точності регулювання.

6. На підставі проведених досліджень розроблені технічні вимоги до обладнання реконструйованих і знову створюваних на НКМЗ прокатних станів, що забезпечують досягнення світових показників якості готової продукції.

Методи досліджень. В дисертаційній роботі використані методи математичного моделювання динамічних систем, методи дослідження нелінійних і імпульсних систем автоматичного керування, методи теорії чутливості, методи теорії адаптивного керування нестаціонарними об’єктами, методи статистичного аналізу.

Наукова новизна дисертаційної роботи полягає в наступному:

§ розроблено математичну модель прокатної кліті “кварто” як об’єкта спільного регулювання товщини і поперечного профілю штаби з впливом на гідравлічний натискний пристрій (ГНП), противигин, додатковий вигин і теплове профілювання робочих валків;

§ запропоновано адаптивну систему вимірювання товщини штаби в зоні деформації і розроблена методика градуювання і аналізу похибок нової системи;

§ розроблено алгоритми керування і методика статистичної обробки показників двоточкового вимірювача товщини з виділенням повздовжньої різнотовщинності і 3-х складових поперечної різнотовщинності, що усувають трьома різними виконавчими механізмами6 ГНП, противигином і тепловим профілюванням робочих валків;

§ на основі статичного і динамічного аналізу регулятора Сімса з противигином робочих валків одержані граничні показники точності цього методу і визначені раціональні межі його використання;

§ запропоновано нову адаптивну систему регулювання товщини в зоні деформації, досліджено показники точності нової системи і обумовлені раціональні галузі її використання;

§ розроблено математичну модель оптимізації обтисків по пропускам при холодній прокатці з умови мінімуму повздовжньої різнотовщинності прокату.

Наукове та практичне значення роботи. Наукове значення дисертаційної роботи полягає у розвитку та удосконаленні теоретичних положень і методології оптимізації структури і параметрів систем керування геометричними розмірами штаби особливо при гарячій і холодній прокатці в одноклітьових реверсивних станах.

Практичне значення отриманих результатів полягає у тому, що розроблені в дисертації теоретичні положення узагальнені, перевірені експериментально і доведені до інженерних методів і числових алгоритмів, що дозволяє ефективно використовувати їх у практиці проектування і експлуатації АСК ТП прокатного виробництва як з використанням ЕОМ, так і в режимі ручного настроювання. Окрім цього, отримані в дисертаційній роботі результати, дозволили сформулювати вимоги до об’єму та змісту реконструкції ряду об’єктів чорної та кольорової металургії, яка виконується ЗАТ НКМЗ.

Використання результатів роботи. Наукові результати і практичні рекомендації, які отримані в дисертації, впроваджені у виробництво у складі багатьох АСК ТП, створених НВК “КІА” і ЗАТ НКМЗ.

Так, зокрема, отримані в дисертаційній роботі результати покладені в основу реконструкції ряду об’єктів чорної та кольорової металургії, яка виконується ЗАТ НКМЗ:

§ станів “2840” гарячої прокатки та “1680” холодної прокатки алюмінію та його сплавів Каменськ-Уральського металургійного заводу (Росія);

§ стану “1800” гарячої прокатки металургійного заводу в м. Корба (Індія);

§ стану “2000” гарячої прокатки титану Верхньосалдинського металургійного заводу (Росія);

§ стану “2500” холодної прокатки Магнітогорського металургійного комбінату (Росія) та інші.

Особистий внесок здобувача. Наукові результати, які виносяться на захист і названі вище, отримані особисто автором. У колективних працях здобувачеві безпосередньо належать ті матеріали, наукові результати і висновки, які наведені в дисертації без відповідних посилань. У практичних дослідженнях і впровадженні розробок автор приймав безпосередню участь як відповідальний виконавець або керівник. За його безпосередньої участі розроблено і впроваджено у виробництво в різних галузях промисловості низку різних прокатних станів, оснащених автоматизованими системами керування, які працюють в Україні, в країнах ближнього і дальнього зарубіжжя.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи регулярно доповідались і обговорювались на науково-технічних конференціях і семінарах різного рівня: на II Конгресі вальцювальників (м.Череповець, 1997р.), на Конгресі металургів (м.Рибниця, 1998р.), на 18-й конференції Європейського комітету вальцювальників (м.Лінце, Австрія, 1999р.), на Ювілейній конференції, присвяченій 65-річчю НКМЗ (м.Краматорськ, 1999р.), на Міжнародній науково-практичній конференції “Автоматизований пічний агрегат – основа енергозберігаючих технологій ХХI ст. (м.Москва, МІСІС, 2000р.), на Міжнародній науково-практичній конференції “Обчислювальна техніка в інформаційних і керуючих системах” (м.Маріуполь, ПГТУ, 2000р.).

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи повністю викладені в 6 статтях, 4 авторських свідоцтвах, 7 опублікованих виступах на конгресах і конференціях.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновку, списку використаних літературних джерел та додатків. Додатки містять акти впровадження результатів роботи.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовується актуальність проблеми, що досліджується, дається загальна характеристика сучасних тенденцій розвитку прокатного виробництва та вимог ринку до якості геометричних розмірів штаби, проводиться порівняльний аналіз відомих рішень по підвищенню якості регулювання геометричних розмірів, та обґрунтовується задача подальших досліджень.

У першому розділі дисертації розглянуті технологічні основи регулювання геометричних параметрів штаб.

Проаналізовані основні напрямки розвитку прокатного виробництва, що забезпечують максимально-можливі енерго- і ресурсозбереження при високих вимогах до якості готової продукції.

Цим критеріям задовольняють створювані останнім часом агрегати, що реалізують так звану концепцію “міні-заводу”. Основу цієї концепції складають ливарно-прокатні агрегати, в яких машини безперервного лиття тонких слябів сполучаються з перервними групами клітей або реверсивними станами “Стеккеля” з моталками в печах. При реконструкції діючих широкосмугових станів застосовується так звана “транзитна” прокатка – подача слябів зі слябінгу або машини безперервного лиття без проміжного підігріву в методичних печах. Це забезпечує мінімізацію часу технологічного циклу від розливки сталі до одержання готової продукції, і дозволяє економити до 20 дол./тонну прокату витрат по переділу. Однак застосування такої технології вимагає спеціальних засобів (теплових екранів або засобів типу “коіл-бокс”) для збереження тепломісткості металу і дуже жорсткої регламентації всього технологічного процесу на базі автоматизованих систем контролю і керування.

Розглянуті розроблені за участю автора теплозберігаючі екрани і показана можливість за їх допомогою стабілізації температури підкату, яка забезпечує задану якість механічних властивостей і зниження різнотовщинності готової продукції.

Іншим технологічним способом зниження повздовжньої і поперечної різнотовщинності як гарячекатаних, так і холоднокатаних штаб є оптимізація програми обтиску по пропускам для одноклітьових реверсивних станів, або оптимізація розподілу обтисків між клітями при безперервній прокатці.

В роботі показано, що реалізація оптимальних по мінімуму різнотовщинності програм розподілу обтисків потребує максимально-можливого завантаження перших клітей (або пропусків) і мінімального завантаження останніх клітей, однак ефективність цього способу досить обмежена енергосиловими можливостями клітей і приводів, а також умовами планшетності готової продукції. Тому основним методом зниження повздовжньої і поперечної різнотовщинності штаб є автоматичне регулювання товщини і профілю. Проаналізовані різні існуючі способи дії на товщину і профіль штаб в кліті “кварто” і для подальшого дослідження вибрані: гідравлічний натискний пристрій для дії на товщину, противигин, додатковий вигин і теплове профілювання робочих валків для дії на профіль і площинність.

Для вказаного набору виконавчих механізмів складена модель кліті “кварто” і визначені її параметри для різних типів станів гарячої і холодної прокатки. Матриця коефіцієнтів моделі кліті має вигляд

,

де ?S=ДSНУ+ДSB, ДSНУ - зміна розкриття не навантажених валків під дією натискного пристрою; ?SВ – узагальнене збурення з боку прокатної кліті, зумовлене ексцентриситетом опорних валків,, тепловим розширенням і спрацюванням робочих валків та іншими змінами розкриття, не пов’язаними з рухом натискних пристроїв; ?РВ – збурення по зусиллю прокатки, визване змінами параметрів підкату (коливання температури і товщини підкату, швидкості деформації та ін.); ?Q – зміни зусилля противигину валків; ?SТВ – зміна теплової випуклості валків; ?h – зміна середньої товщини штаби; ?hП – зміна поперечної різнотовщинності штаби; ?Р, ?Рмес. – відповідно, зміна зусилля прокатки і зусилля на месдозах; ?SП – зміна відстані між подушками робочих валків.

Коефіцієнти aij матриці наведені в таблиці.

Складові вхідного вектора | ?Рв | ?S | ?Sтв

Складові

вихідного

вектора | ?hп | ?Р | ?Рмес | ?Sп |

У другому розділі розглянуто дослідження різних структур регуляторів товщини і профілю штаби.

Проаналізовані структури, які виникають на базі регулятора Сімса, доповненого системою противигину валків, яка здійснює динамічну стабілізацію профілю за умови підтримки співвідношення .

Показано, що через дуже високу чутливість регулятора Сімса до девіації параметрів прокатної кліті, яка ще зростає при додаванні контуру противигину валків, цю структуру можна застосовувати при відношенні жорсткості штаби до жорсткості кліті менше 2, що характерно для перших клітей широкосмугових станів і для станів гарячої прокатки алюмінію та його сплавів. Однак і в цьому випадку необхідність фільтрації сигналу ексцентриситету валків обумовлює дуже низькі динамічні показники регулятора Сімса (залишкова дисперсія відносної різнотовщинності не нижче 0,5).

В роботі розглянуті і проаналізовані різні схеми оптимальної лінійної та нелінійної фільтрації сигналу ексцентриситету валків. Показано, що застосуванням достатньо складних адаптивних схем фільтрації можна суттєво поліпшити динамічні показники регулятора Сімса (залишкова дисперсія відносної різнотовщинності знижується приблизно до 0,3).

Для подальшого поліпшення статичної і динамічної точності стабілізації товщини і поперечного профілю штаб необхідно використовувати інші методи регулювання.

Запропонована і докладно проаналізована нова схема вимірювання товщини в зоні деформації, яка використовує інформацію про зміну відстані між подушками робочих валків.

Показано, що при калібровці вимірювальної схеми безпосередньо в кліті з використанням інформації про зусилля прокатки і противигину валків можна добитися абсолютної похибки виміру не гірше ±0,3мм, що для плит товщиною більше 30мм вище можливої точності ізотопних вимірників товщини.

Для тонких штаб розроблена адаптивна система корекції показань схеми вимірника товщини в зоні деформації за показаннями товщиноміра на виході стана, що дозволяє усунути похибки виміру, пов’язані з початковим зміщенням “нуля”, нагрівом і спрацюванням робочих валків та іншими факторами.

Проведене аналітичне дослідження двох варіантів структур САР товщини і профілю, заснованих на новій схемі виміру розкриття валків. Показано, що ці структури на порядок менш чутливі до девіації параметрів, мають високу швидкодію, що дозволяє компенсувати ексцентриситет опорних валків (при оснащенні кліті гідравлічним натискним пристроєм) і практично не залежать від жорстокості прокатуваних штаб. Порівняння швидкодії різних структур регулювання товщини і профілю проводилось на основі розрахунків залишкової дисперсії відносної різнотовщинності на виході кліті, тобто кліть з регулятором розглядалась як фільтр, що придушує збурення, які приходять з штабою і являють собою випадкові процеси з відомою спектральною щільністю і збурення, що генерується самою кліттю, що являють собою періодичні процеси з випадковою амплітудою і фазою (ексцентриситет валків) і тренди (спрацювання і теплове розширення валків).

На графіку показана відносна дисперсія товщини на виході регуляторів, що досліджуються, у функції зміни жорсткості штаби і відношення частоти основної гармоніки сигналу збурення до частоти ексцентриситету валків.

1-регулятор Сімса з електроприводом натискних гвинтів; 2-регулятор Сімса з гідроприводом натискних пристроїв; 3-САР з датчиком розкриття і гідро- приводом натискних пристроїв; а- при оптимальній настройці; б- при настройці на середнє значення жорсткості штаби.

Результати аналітичних досліджень підтверджені цифровим моделюванням в реальному часі, виконаному на персональному комп’ютері з використання мови Delfy.

У третьому розділі розглянуті інші можливі схеми регулювання товщини, профілю і площинності, характерні як для чистових груп широкосмугових станів гарячої прокатки, так і для одноклітьових реверсивних станів. Виведена математична модель площинності штаби і її зв’язок з поперечною різнотовщинністю в суміжних клітях або пропусках.

Показано, що закони керування характерні для різних клітей чистової групи, можуть бути з деякою трансформацією розповсюджені на реверсивні одноклітьові стани гарячої прокатки, де замість номера кліті буде використовуватись номер пропуска. Так, цілеспрямоване придушення збурень попередніми клітями чистової групи (або попередніми пропусками при реверсивній прокатці) дозволяє здійснити режим постійного зусилля прокатки (“м’яка кліть”) в двох останніх клітях (двох останніх пропусках), що гарантує стабільний поперечний профіль і площинність готової продукції.

Стосовно до багатоклітьових станів, це означає різну структуру регуляторів товщини і профілю для перших і останніх клітей чистової групи, а для одноклітьових станів – різні алгоритми керування товщиною і профілем в різних пропусках. Крім того, одноклітьові стани можуть бути оснащені вимірниками товщини (ВТ) з обох боків прокатної кліті.

При встановленні ВТ на вхідному і вихідному боках прокатної кліті з’являється можливість поєднати керування за збуренням і керування за відхиленням ( з транспортним запізненням) і забезпечити як високу швидкодію, так і високу статичну точність керування.

В роботі наведені результати досліджень різних регуляторів керування за збуренням, за відхиленням та їх комбінації. Найкращі результати можуть бути одержані при спільній роботі регулятора за збуренням, регулятора Сімса (з моделлю транспортного запізнення в контурі зворотнього зв’язку) і “м’якою кліттю” в останніх двох пропусках.

Цифрове моделювання показало, що різнотовщінність готової продукції в цьому випадку вкладається в допуск ±2мкм.

В четвертому розділі розглянуто практичне застосування результатів проведених дослідів.

Досліджені в розділах 2 і 3 методи спільного регулювання товщини, профілю і площинності штаб і листів лягли в основу поданих в цьому розділі алгоритмів керування одноклітьовими станами гарячої і холодної прокатки.

Як приклад розглянуті алгоритми керування для станів, що реконструюються, “2840” гарячої прокатки і “1680” холодної прокатки алюмінієвих сплавів Каменськ-Уральського металургійного заводу. Розроблені функціональні схеми АСК ТП цих станів, функціональна структура і опис основних задач АСК ТП, схема розміщення датчиків по лінії стана. Тонкі штаби на стані “2840” прокатуються в 17-21 пропуск з вихідного сляба товщиною 500мм. В зв’язку з неможливістю виготовлення товщиноміра, який перекриває такий діапазон вимірювання з потрібною точністю, запропоновано товщину і профіль в перших 12-16 пропусках регулювати за показаннями вимірювальної схеми розкриття валків (описаної в розділі 2) і тільки в останніх 5 пропусках при роботі з натягом, створюваним передньою і задньою моталками, коректувати товщину і профіль штаб за показаннями двоточкового скануючого радіоізотопного вимірника товщини і профілю, розташованого за кліттю на вихідному боці стана.

Наведений опис алгоритму роботи двоточкового скануючого вимірювача товщини, який дозволяє визначати товщину штаби по осі прокатки і 3 складових поперечної різнотовщинності: несиметричну, що усувається перекосом валків; симетричну (параболічну), що усувається противигином валків; локальну, що усувається секціонованим охолодженням валків.

При розробці алгоритмів регулювання товщини для стана холодної прокатки, крім виконавчих механізмів, що застосовуються при гарячій прокатці, використовується також регулювання натягу штаби. Показано, що кращим є регулювання заднього натягу штаби, що має більш сильний вплив на товщину.

На одноклітьових станах холодної прокатки товщиноміри встановлюються по обидва боки кліті, а поперечний профіль і площинність штаб регулюються за показаннями стресометрів, що встановлюються на вихідному боці кліті (звичайно замість опорного ролика перед моталкою) і визначають епюру розподілу питомих натягів по ширині штаби. При цьому епюра розподілу питомих натягів є індикатором прихованих дефектів форми штаби і використовується для керування так, як описано вище для станів гарячої прокатки шляхом розкладання на симетричну, асиметричну і локальну складові.

Висновки

1. Розглянуто актуальне питання підвищення ефективності виробництва прокату і його конкурентоспроможності, яке вирішується шляхом зменшення собівартості з одного боку і підвищенням відпускної ціни шляхом забезпечення гарантованих показників якості відповідно до світових стандартів. З іншого боку головним напрямком зменшення собівартості гарячекатаної штаби є розробка нових енергозберігаючих технологій і зокрема, так звана концепція “міні-заводів”, яка дає можливість максимально скоротити виробничий цикл від розливки металу до отримання готової продукції. Ця концепція реалізується шляхом поєднання в єдиний комплекс машин безперервного лиття тонких слябів з перервною групою клітей, або одноклітьових реверсивних станів з моталками в печах. Показано, що отримання геометричних розмірів штаби високого ґатунку в нових технологічних схемах потребує принципово нових рішень з автоматичного керування технологічними процесами, суттєвого поліпшення динамічних та статичних характеристик виконуючих механізмів клітей та автоматизованих приводів.

2. Розглянуто три основні способи мінімізації відхилень геометричних розмірів від заданого значення:

§ стабілізація температури підкату;

§ оптимізація розподілу обтисків по клітях, або пропусках;

§ стабілізація геометричних розмірів в клітях, шляхом автоматичного керування виконуючими механізмами.

3. Проаналізовані можливості стабілізації температури шляхом теплового екранування підкату, розроблені та впроваджені у виробництво теплові екрани акумулюючого типу, доведена можливість підвищення температури підкату в середньому на 30ОС та значне зменшення перепаду температур вдовж прокату.

4. Розглянуті можливості зменшення різнотовщинності прокату шляхом оптимізації розподілу обтисків по клітях безперервних груп, або пропусках в одноклітьових реверсивних станах. Доведено, що можливості цього способу дуже обмежені енергосиловими характеристиками клітей та вимогами планшетності, тому основним засобом залишається автоматичне регулювання геометричних розмірів.

5. Проведено порівняльний аналіз відомих технологічних схем та виконуючих механізмів впливання на товщину, профіль та плоскостність штаби та обрана для подальшого аналізу кліть “кварто”, оснащена гідравлічним , або електромеханічним приводом натискних пристроїв та системами противигину та теплового профілювання робочих валків. Побудована математична модель такої кліті та обчислені її передаткові коефіцієнти для різних типів прокатних станів.

6. Виконано аналітичне дослідження класичного регулятора Сімса, доповненого противигином робочих валків і доведено, що обладнання кліті гідравлічними натискними приладами (ГНП) при використанні методу Сімса недоцільне тому, що динаміка регулятора цілком визначається вимогами фільтрації сигналу ексцентриситету валків. Проаналізовані різні схеми оптимальної лінійної і нелінійної фільтрації сигналу ексцентриситету і доведено, що вживання адаптивних нелінійних фільтрів дозволяє на 40% зменшити динамічну похибку регулятора Сімса, але все ще дуже висока залишкова дисперсія разнотовщинності примушує шукати нові структури регулювання.

7. Розроблена нова вимірювальна схема товщини штаби в зоні деформації і проведено її аналітичне дослідження. Схема базується на вимірі відстані між подушками робочих валків з корекцією прогинів за сигналами сили прокатки і противигину валків. На базі цієї вимірювальної схеми розроблені дві структури регулювання товщини і профілю штаби. Аналітичне дослідження та цифрове моделювання нових структур довело, що швидкодія нових структур перевищує швидкодію класичних структур майже на порядок.

8. На базі проведених досліджень розроблені структурні схеми та алгоритми керування одноклітьовими станами гарячої та холодної прокатки, а також визначені основні напрямки вдосконалення конструкції устаткування прокатних станів і датчиків технологічних параметрів, що в комплексі здатне забезпечити якість геометричних параметрів штаби на рівні сучасних світових стандартів.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Веренев В.В., Большаков В.И., Белобров Ю.Н., Бобух И.А. Уменьшение динамических нагрузок в приводе широкополосных станов.//Сталь.- 1999.-№1.-с.35-38.

2. Севастьянов В.С., Белобров Ю.Н., Тиунов В.Н. Одномерная математическая модель процесса холодной прокатки полос.//Металург.- 1999.-№1.-с.44-46.

3. Белобров Ю.Н., Севастьянов В.С. Оптимизация режимов обжатий полосы на станах холодной прокатки по минимуму продольной разнотолщинности.//Автоматизація виробничих процесів.-2000.- №1(10).-с.96-101.

4. Леонидов-Каневский Е.В., Белобров Ю.Н. Исследование структур двухсвязного регулирования толщины и профиля листового проката. //Автоматизація виробничих процесів.-2000.- №2(11).- с.95-104.

5. Белобров Ю.Н., Гагарин П.П., Леонидов-Каневский Е.В. Регулирование геометрических параметров полосы на одноклетевых станах горячей прокатки.//Автоматизація виробничих процесів.-2001.- №1(12).- с.73-81.

6. Гагарин П.П., Белобров Ю.Н. Управление охлаждением рабочих валков широкополосного стана горячей прокатки. //Автоматизація виробничих процесів.-2001.- №1(12).- с. 92-96.

7. А.С. 16224780 СССР. Устройство для термостатирования раската в линии полосового стана /Ю.Н.Белобров, Ю.В. Коновалов, В.И. Пономарев (СССР).-№4209132/02;Заявлено 16.03.1987г. Опубл.16.11.88, Бюл. №21.-4с.

8. А.С. 1617743 Устройство для термостатирования раската в линии полосового стана горячей прокатки. /Белобров Ю.Н., Остапенко А.Л., Солтус В.С. (СССР).- 4633030/31-02; Заявлено 23.11.1988г; Опубл.16.11.88, Бюл. №21.-4с.

9. Свидетельство на полезную модель №13339. Мини-стан для производства горячекатанной полосы по заявке №99118240/Белобров Ю.Н., Стеч В.С., Барабаш А.В.(Украина).-Заявлено 20.08.1999г; Опубл. 10.04.2000, Бюл.№10.

10. Авторське свідоцтво України.Ливарно-прокатний модуль/Остапенко А.Л., Бейгельзімер Е.Ю., Дюдкін Д.О., Білобров Ю.М., Стеч В.С., Деркач Д.О. (Україна).-№96041467;Заявлено 12.04.1993.

11. Белобров Ю.Н. Освоение новых технологий и оборудование для производства плоского и сортового проката (II конгресс прокатчиков, г.Череповец, 1997г.)// “Сталь”.- №3.- 1998.

12. Белобров Ю.Н. Новые разработки ЗАО “НКМЗ” в области проектирования, технологии и комлектной поставки конкурентоспособного прокатного и металлургического оборудования. (Конгресс металлургов, г.Рыбница, 1998г.)// Производство проката.-1998.- №7.

13. Белобров Ю.Н., Один Л.И., Плотников В.А. Опыт модернизации и технического обслуживания оборудования прокатного производства стран СНГ //18-я конференция Европейского комитета, Австрия, г.Линц, 1999г.

14. Суков Г.С., Сахаров О.Г., Белобров Ю.Н. Современное металлургическое оборудование для ресурсосберегающих технологий. (Юбилейная конференция, посвященная 65-летию НКМЗ, г.Краматорск, 1999г.)// Металург.- №9.- 1999.- с.7-10.

15. Леонидов-Каневский Е.В., Белобров Ю.Н. Автоматическое управление геометрическими размерами полос и листов из алюминия и его сплавов. //Международная научно-практическая конференция “Автоматизированный печной агрегат – основа энергосберегающих технологий ХХI века. (15-17 ноября 2000г.).- Москва, МИСИС.- с.213-214.

16. Леонидов-Каневский Е.В., Белобров Ю.Н. Многосвязное регулирование толщины, профиля и плоскостности полос в чистовой группе клетей широкополосных станов горячей прокатки. //Международная научно-практическая конференция “Вычислительная техника в информационных и управляющих системах. (30.10 ?3.11.2000г.).-Мариуполь, ПГТУ.- с.108-109.

17. Белобров Ю.Н., Гагарин П.П., Леонидов-Каневский Е.В. Моделирование в адаптивной системе автоматического регулирования толщины полосы для одноклетевых прокатных станов//Международная научно-практическая конференция “Вычислительная техника в информационных и управляющих системах. (30.10 ?3.11.2000г.).-Мариуполь, ПГТУ.- с.114-116.

Особистий внесок до робіт, опублікованих у співавторстві: [1] – запропонована ідея спільного урахування впливу зазорів та технологічних параметрів; [2] – розроблена математична модель розподілу механічних та геометричних характеристик та умов контактного тертя в зоні деформації; [3] – сформульовано цільову функцію оптимізаційної задачі; [4] – розроблені методи вимірювання відстані між подушками робочих валків, компенсації впливання противигинів, аналіз чутливості САР до девіації параметрів; [5] – розроблена методика фільтрації сигналу ексцентриситета валків та методика адаптації регулятора до змінних параметрів об’єкта керування; [6] – розроблені принципи керування секційним охолодженням робочих валків; [7] [8] – запропоновані варіанти конструкцій теплозберігаючого екрану; [9] – розроблено нову концепцію міні-стана в якому штаба прокатується одночасно у змінній кількості клітей, завдяки чому вдається значно скоротити охолодження штаби; [10] – запропонована ідея нової схеми ливарно-прокатного модуля.

Анотації

Білобров Ю.М. Керування геометричними розмірами штаби на прокатних станах. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07 – автоматизація технологічних процесів. – Науково – виробнича корпорація “Київський інститут автоматики”, Київ, 2001.

Дисертація присвячена питанням розробки систем автоматичного керування товщиною, профілем та площинністю штаби, дослідженню якісних характеристик різних структур САР, що використовують різні набори силових виконуючих механізмів (електричні та гідравлічні натискні пристрої, проти вигин та додатковий вигин робочих валків, теплове профілювання робочих валків) та датчиків (вимірювачі усиль прокатки та вигину валків, положення натискних пристроїв, положення подушок робочих валків, витрати охолоджуючої рідини). На базі аналітичних досліджень та цифрового моделювання САР, розроблені оптимальні алгоритми для АСК ТП одно клітьових станів гарячої та холодної прокатки штаби.

Ключові слова: система керування, структура, параметри, оптимізація, алгоритм, прокатний стан.

Belobrov Yu.N. Strip geometrical dimensions control at rolling mills.- Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.13.07 –automation of technological processes. – Scientific and productive corporation “Kiev institute of automation”, Kiev, 2001.

The dissertation is devoted to questions of development of strip thickness, profile and flatness automatic control systems, of research of quality characters of different AGS structures, witch uses different strength serving mechanisms (electro – and hydraulic screw drives, bending of work rolls, thermoprofiling of work rolls) and transducers (pressductors, roll bending force transducers, screw position and work rolls position transducers, mass flow of cooling liquids transducers). On the base of analytic researches and computer simulation of AGS systems were developed optimal algorithms for hot and cold strip rolling mills computer control systems.

Key words: control system, structure, parameters, optimization, algorithm, rolling mill.

Белобров Ю.Н. Управление геометрическими размерами полосы на прокатных станах.-Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 – автоматизация производственных процессов.- Научно-производственная корпорация “Киевский институт автоматики”, Киев, 2001.

Диссертация посвящена вопросам разработки систем автоматического управления толщиной, профилем и плоскостностью полосы, исследованию качественных характеристик разных структур САР, которые используют разные наборы силовых исполнительных механизмов (электрические и гидравлические нажимные устройства, противоизгиб и дополнительный изгиб рабочих валков, тепловое профилирование рабочих валков) и датчиков (измерители усилий прокатки и изгиба валков, положения нажимных устройств, подушек рабочих валков, расхода охлаждающей жидкости).

Рассмотрены возможности снижения разнотолщинности полос путем: стабилизации температуры подката с применением тепловых экранов; оптимизации программы обжатий по пропускам. Для выбранного набора исполнительных механизмов составлена модель клети “кварто” и определены ее параметры для разных типов станов горячей и холодной прокатки.

Проанализированы структуры регулирования толщины и профиля полосы, построенные на базе регулятора Симса с противоизгибом рабочих валков и показано, что высокая чувствительность такого регулятора к девиации параметров прокатной клети и необходимость фильтрации сигнала эксцентриситета валков обуславливают весьма низкую статическую и динамическую точность стабилизации толщины.

Предложена и исследована новая схема измерения толщины в очаге деформации, использующая информацию об изменении расстояния между подушками рабочих валков. Разработана адаптивная система коррекции косвенного измерителя толщины в очаге деформации по непосредственному измерителю толщины на выходе стана.

Проведено аналитическое исследование и цифровое моделирование двух вариантов структур САР толщины и профиля, основанных на новой схеме измерения раствора валков (с гидравлическими и электромеханическими нажимными устройствами). Показано, что эти структуры на порядок менее чувствительны к девиации параметров и обеспечивают снижение относительной дисперсии на выходе регуляторов в 35 раз по сравнению с регулятором Симса при тех же условиях.

Рассмотрены характерные для одноклетьевых станов холодной прокатки схемы автоматического регулирования толщины и профиля с использованием 2-х толщиномеров (до и за прокатной клетью) и показано, что наилучшие результаты (минимум остаточной дисперсии) могут быть получены при совместной работе регулятора по возмущению с регулятором Смита (с моделью транспортного запаздывания в контуре обратной связи).

Исследованные структуры положены в основу алгоритмов управления одноклетьевыми станами горячей и холодной прокатки. В качестве примера рассмотрены алгоритмы управления для реконструируемых станов “2840” горячей прокатки и “1680” холодной прокатки алюминиевых сплавов Каменск-Уральского металлургического завода.

Ключевые слова: система управления, структура, параметры, оптимизация, алгоритм, прокатный стан.