Автоматизированные системы защиты оборудования прокатных клетей от перегрузок и информационной поддержки процесса прокатки
Рассмотрены теоретические и практические аспекты создания и функционирования автоматизированных систем защиты оборудования прокатных клетей от перегрузок и информационной поддержки процесса прокатки....
Збережено в:
| Дата: | 2015 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2015
|
| Назва видання: | Металл и литье Украины |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/162777 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Автоматизированные системы защиты оборудования прокатных клетей от перегрузок и информационной поддержки процесса прокатки / Г.Г. Грабовский, Н.Г. Иевлев // Металл и литье Украины. — 2015. — № 7. — С. 29-33. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-162777 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1627772020-01-16T01:26:26Z Автоматизированные системы защиты оборудования прокатных клетей от перегрузок и информационной поддержки процесса прокатки Грабовский, Г.Г. Иевлев, Н.Г. Рассмотрены теоретические и практические аспекты создания и функционирования автоматизированных систем защиты оборудования прокатных клетей от перегрузок и информационной поддержки процесса прокатки. Розглянуто теоретичні і практичні аспекти створення і функціонування автоматизованих систем захисту устаткування прокатних клітей від перевантажень і інформаційної підтримки процесу прокатки. Theoretical and practical aspects of the establishment and operation of automated systems for protection of rolling stands equipment from overloads and for rolling process information support are considered. 2015 Article Автоматизированные системы защиты оборудования прокатных клетей от перегрузок и информационной поддержки процесса прокатки / Г.Г. Грабовский, Н.Г. Иевлев // Металл и литье Украины. — 2015. — № 7. — С. 29-33. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 2077-1304 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/162777 681.5; 65.011.56 ru Металл и литье Украины Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Рассмотрены теоретические и практические аспекты создания и функционирования автоматизированных систем защиты оборудования прокатных клетей от перегрузок и информационной поддержки процесса прокатки. |
| format |
Article |
| author |
Грабовский, Г.Г. Иевлев, Н.Г. |
| spellingShingle |
Грабовский, Г.Г. Иевлев, Н.Г. Автоматизированные системы защиты оборудования прокатных клетей от перегрузок и информационной поддержки процесса прокатки Металл и литье Украины |
| author_facet |
Грабовский, Г.Г. Иевлев, Н.Г. |
| author_sort |
Грабовский, Г.Г. |
| title |
Автоматизированные системы защиты оборудования прокатных клетей от перегрузок и информационной поддержки процесса прокатки |
| title_short |
Автоматизированные системы защиты оборудования прокатных клетей от перегрузок и информационной поддержки процесса прокатки |
| title_full |
Автоматизированные системы защиты оборудования прокатных клетей от перегрузок и информационной поддержки процесса прокатки |
| title_fullStr |
Автоматизированные системы защиты оборудования прокатных клетей от перегрузок и информационной поддержки процесса прокатки |
| title_full_unstemmed |
Автоматизированные системы защиты оборудования прокатных клетей от перегрузок и информационной поддержки процесса прокатки |
| title_sort |
автоматизированные системы защиты оборудования прокатных клетей от перегрузок и информационной поддержки процесса прокатки |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| publishDate |
2015 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/162777 |
| citation_txt |
Автоматизированные системы защиты оборудования прокатных клетей от перегрузок и информационной поддержки процесса прокатки / Г.Г. Грабовский, Н.Г. Иевлев // Металл и литье Украины. — 2015. — № 7. — С. 29-33. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| series |
Металл и литье Украины |
| work_keys_str_mv |
AT grabovskijgg avtomatizirovannyesistemyzaŝityoborudovaniâprokatnyhkletejotperegruzokiinformacionnojpodderžkiprocessaprokatki AT ievlevng avtomatizirovannyesistemyzaŝityoborudovaniâprokatnyhkletejotperegruzokiinformacionnojpodderžkiprocessaprokatki |
| first_indexed |
2025-07-14T15:17:13Z |
| last_indexed |
2025-07-14T15:17:13Z |
| _version_ |
1837635976949661696 |
| fulltext |
29МЕТАЛЛ И ЛИТЬЁ УКРАИНЫ № 7 (266) ’2015
– нижний уровень, на котором реализуются функ-
циональные задачи приёма и выдачи электрических
сигналов связи с объектом (датчиками, системами
электропривода и т. д.).
– верхний уровень, на котором реализуются
функциональные задачи обработки информации, ди-
алога с оперативным персоналом и обмена инфор-
мацией с другими АСУ.
К нижнему уровню относятся такие функции:
– приём от датчиков и систем электропривода ин-
формации о текущих значениях параметров прокатки
и состоянии механизмов участка клетей;
– cлежение за перемещением заготовок по линии
участка клетей;
– сопоставление перед началом каждого пропуска
в черновой и чистовой клетях минимально допусти-
мых значений раствора валков с реальными текущи-
ми значениями раствора и формирование защитных
воздействий на механизмы стана, предотвращающих
возникновение недопустимых перегрузок оборудова-
ния клетей, в том числе:
– автоматическое ограничение скорости сведения
валков, задаваемой оператором с помощью коман-
доконтроллера, на уровне, обеспечивающем оста-
новку нажимного механизма при достижении мини-
мально допустимого значения раствора валков;
– автоматическое отключение задания на скорость
привода валков черновой (чистовой) клети, выдава-
емого оператором с помощью командоконтроллера,
при приближении заготовки к валкам, если текущее
значение раствора валков меньше минимально до-
пустимого значения.
К верхнему уровню относятся такие функции:
– приём от АСУ цеха сменного наряд-задания на
прокатку, содержащего исходные данные и данные
заказа партий заготовок, подлежащих прокатке в оче-
редной смене;
– оперативная корректировка данных введённо-
го наряд-задания по указаниям операторов постов
управления;
– информационное сопровождение заготовок по
линии участка клетей (формирование «информаци-
онных шлейфов» заготовок, содержащих исходные
А
ктуальность проблемы. Одним из основных
путей повышения надёжности технических си-
стем, широко используемых на практике, явля-
ется увеличение уровня их безотказности. Это
достигается за счёт применения более надёжных
элементов и использования различного вида избы-
точности. Однако лежащие в основе такого подхода
конструктивные, схемные и технологические возмож-
ности ограничены, особенно для сложных систем.
Хорошие перспективы повышения как надёжности,
так и общей эффективности использования сложных
взаимосвязанных электромеханических комплексов,
к которым относятся прокатные станы, открываются
в направлении совершенствования их технического
обслуживания в процессе эксплуатации [1].
Следует также отметить, что возникновение ава-
рийных ситуаций и поломки оборудования возникают
часто из-за ошибок оператора вследствие так назы-
ваемого «человеческого фактора». На протяжении
смены операторы клетей должны выдерживать вы-
сокий темп прокатки, учитывать большое количество
технологических параметров, которые изменяются с
большой частотой в зависимости от прокатываемого
сортамента (по маркам стали, температурам), воз-
мущающих воздействий (температуры раската, изно-
са и температурного расширения валков, остановах
стана на ремонт и профилактику, перевалку и т. д.)
и многих других факторов. Поэтому разработка, из-
готовление и внедрение в прокатном производстве
автоматизированных систем защиты оборудования
прокатных клетей от перегрузок и информационной
поддержки процесса прокатки (АСЗИ) позволят уве-
личить надёжность работы технологического обору-
дования и предотвратить аварийные ситуации, а так-
же получить объективную информацию о ходе тех-
нологического процесса, отклонениях от заданных
параметров, нестандартных ситуациях, что, в свою
очередь, позволит улучшить управляемость процес-
са, технологическую дисциплину и в результате по-
высить качество и сортность проката.
Изложение основного материала. Функциональ-
ная структура системы (рисунок) является иерархи-
ческой и содержит два уровня:
УДК 681.5; 65.011.56
Г. Г. Грабовский, Н. Г. Иевлев*
Киевский институт автоматики, Киев
*Институт проблем математических машин и систем НАН Украины, Киев
Автоматизированные системы защиты оборудования
прокатных клетей от перегрузок и информационной
поддержки процесса прокатки
Рассмотрены теоретические и практические аспекты создания и функционирования автоматизированных систем
защиты оборудования прокатных клетей от перегрузок и информационной поддержки процесса прокатки.
Ключевые слова: прокатный стан, автоматизированная система, информационная поддержка, поломки
оборудования, защита от перегрузок
30 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЁ УКРАИНЫ № 7 (266) ’2015
и фактических значений техно-
логических параметров в каждом
пропуске прокатки в черновой и
чистовой клети;
– сигнализация на постах управ-
ления и регистрация в электронном
формате событий несоблюдения
минимально допустимых значений
раствора валков;
– регистрация в электронном
формате событий вмешательства
операторов в работу системы;
– вывод на печать требуемых
фрагментов зарегистрированных
данных по запросам оперативного
персонала;
– периодическая (за смену, за
сутки) передача соответствующих
фрагментов зарегистрированных
данных в АСУ цеха.
Предусматриваются следующие
режимы работы системы:
– ручной (незащищённый), в
котором воздействия (команды),
выдаваемые операторами с помо-
щью органов ручного управления
(командоконтроллеров), поступают
непосредственно на входы систем
электропривода;
– защищённый, в котором воз-
действия, выдаваемые операто-
рами, поступают на входы систем
электропривода через систему за-
щиты, которая идентифицирует
угрозу несоблюдения минималь-
но допустимых значений раствора
валков и блокирует упомянутые
воздействия либо ограничивает их
на безопасном уровне.
Режимы работы для черновой и
чистовой клети выбираются соответствующими опе-
раторами независимо друг от друга.
Расчёт минимально допустимых значений рас-
твора валков в черновой и чистовой клетях основан
на определении максимально допустимых обжатий.
Ограничениями по максимуму при выборе величин
обжатий с точки зрения недопущения перегрузки
оборудования является максимально допустимые
усилия прокатки (Рдоп) и момент прокатки (Мдоп), ко-
торые определяются характеристиками оборудова-
ния. В процессе расчёта допустимых обжатий необ-
ходимо использовать математические модели уси-
лия и момента прокатки и деформации клети.
При автоматизации толстолистовых станов, как
правило, используются модели, в которые входят
технологические переменные, поддающиеся изме-
рениям и контролю в процессе прокатки, а также
постоянные коэффициенты и функции адаптации.
Для таких адаптивных моделей накапливаются экс-
периментальные данные на конкретном стане с до-
статочным объёмом выборки. И путём статистиче-
ской обработки данных измерений определяются
данные из наряд-задания, расчётные и фактиче-
ские значения параметров прокатки в каждом про-
пуске и другие относящиеся к конкретной заготовке
данные, необходимые для выполнения всех функ-
ций системы);
– расчёт для каждого пропуска в черновой и чи-
стовой клети минимально допустимых значений
раствора валков, при которых усилие прокатки (для
черновой клети – момент прокатки) достигает макси-
мального значения, гарантирующего безаварийную
работу оборудования клетей;
– интегрированная индикация на постах управле-
ния требуемой совокупности исходных данных, рас-
чётных и текущих значений технологических параме-
тров прокатываемых заготовок;
– приём и реализация указаний операторов по-
стов управления об изменении режимов работы и
коррекции отдельных настроечных параметров (уста-
вок) системы;
– систематическая регистрация в электронном
формате для каждой прокатываемой заготовки тре-
буемой совокупности исходных данных, расчётных
Иерархическая функциональная структура системы
31МЕТАЛЛ И ЛИТЬЁ УКРАИНЫ № 7 (266) ’2015
коэффициенты и функции адаптации. В АСЗИ могут
быть применены рекуррентные модели усилия про-
катки, использующие фактические значения усилия
прокатки и параметров очага деформации в реали-
зованных пропусках и тем самым дающие возмож-
ность исключить из структуры модели трудноопре-
деляемые параметры (сопротивление деформации,
коэффициент трения), которые остаются неизме-
ненными в течение цикла прокатки или даже в тече-
ние прокатки партии заготовок [2].
Эти рекуррентные зависимости могут быть пред-
ставлены в общем виде соотношением:
где Pi, Pi-1 – прогнозируемое усилие в i-м пропуске и
фактическое в i – 1-м; Gi, Gi-1 – ожидаемые параме-
тры очага деформации в i-м пропуске и фактические
в i – 1-м.
Для чистовых клетей может быть использована
рекуррентная модель усилия прокатки, включа-
ющая механизм уточнения прогноза по фактиче-
ским данным прокатки предыдущей заготовки, а
также по данным осуществлённых пропусков теку-
щего цикла прокатки [3].
Модель использует зависимость жёсткости металла
q от толщины металла перед пропуском hвx в предыду-
щем цикле и фактические параметры текущего цикла
прокатки одной и той же партии. При этом q определя-
ется как отношение Р к обжатию в пропуске ∆h.
Вычисленные значения жёсткости определяют
ломаную линию, аппроксимирующую зависимость
q = f (hвх). Прогнозирование усилия прокатки основа-
но на предположении, что жёсткость металла в одно-
имённых пропусках различных циклов прокатки при
одинаковых толщинах перед пропуском отличаются
вследствие разницы наклона отдельных участков кри-
вой q = (hвх), причём есть преемственная связь между
изменением наклона предыдущего и последующего
участка. Таким образом, на основании сопоставления
кривой q уже прокатанной (базовой) заготовки с участ-
ком кривой q прокатываемой заготовки, построенном
по уже реализованным пропускам, производится про-
гноз в следующем пропуске, по которому и рассчиты-
вается прогнозируемое усилие прокатки:
При i = N или б
1 1i i
h h
− −
≥ ,
При i = 1 или
б
1 1i i
h h
− −
< ,
где i, i+1 – номер текущего (прогнозируемого) про-
пуска; б – индекс прокатанной (базовой) заготовки;
q’б – жёсткость базовой заготовки, приведённая к со-
ответствующей толщине прокатываемой заготовки;
h – толщина; N – количество пропусков в цикле про-
катки; б
1 1i i i
h h h
+ +
∆ = − – обжатие.
Прогнозирование усилия прокатки по этой моде-
ли основано на допущении о равенстве отношений
жёсткости металла q в i+1-м и i-м пропусках для ба-
зовых и прокатываемых заготовок, тo есть
Для определения момента прокатки М использу-
ется известная зависимость
где m – коэффициент плеча приложения усилия про-
катки Р; Lд – длина дуги захвата.
Определение P описано выше, а для расчёта ко-
эффициента m используется рекуррентная зависи-
мость, связывающая ожидаемые параметры очага
деформации в прогнозируемом пропуске и фактиче-
ские в предыдущем реализованном пропуске [2].
Рекуррентные зависимости позволяют ускорить
вычисления за счёт использования фактических
параметров в реализованных пропусках и достичь
высокой точности прогноза. Для прогнозов усилия и
моментов до начала прокатки могут использоваться
известные эмпирические модели (нерекуррентные),
которые будут давать наилучшие результаты в усло-
виях конкретного стана.
Описанные выше модели апробированы при вне-
дрении автоматизированных систем на ряде толсто-
листовых станов, в том числе ТЛС 3600 меткомбина-
та «Азовсталь», ТЛС 3600 Бхилайского метзавода,
ТЛС 2250 Алчевского меткомбината, и показали хоро-
шие результаты по точности прогнозирования [2, 4, 5].
Допустимые обжатия по усилию (∆hPдоп
) и моменту
прокатки (∆hМдоп
) вычисляются с использованием из-
вестных итерационных процедур, а затем для даль-
нейших расчётов выбирается минимальное из них:
Минимально допустимые значения растворов
валков рассчитываются по известной формуле Сим-
са-Головина, одной из составляющих которой явля-
ется деформация клети (d), которая в свою очередь
определяется выражением [6]
1 1
,
i i
i
i i i
P P f G G
− −
= ⋅
,
,
б б б
б б 1 2 1
б1
2 1
'
б
i i i i
i i
i i
q q h h
q q
h h
− − −= +
+
− −
− −
−
,
б б б
б б 1 1' 1
б
1
б
i i i i
i i
i i
q q h h
q q
h h
+ − −= +
−
− −
−
,
б' б
1 1 1
'
'бi i i i
i
i
q
q q q K
q
=
+ + +
=
1 1 1i i i
P q h
+ + +
= ∆ ,
б б
1
1
i i
ii
q q
q q
+
+
= .
д
M = 2mPL ,
доп допдоп ,min P Mh h h=
∆ ∆ ∆ .
,
( )
Pd x
m B
= +
32 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЁ УКРАИНЫ № 7 (266) ’2015
1. Назарова Е. С. К вопросу разработки систем диагностирования электромеханических систем станов холодной про-
катки / Е. С. Назарова //Электротехника и электроэнергетика. – 2013. – № 1. – С. 36-41
2. Иевлев Н. Г. Математические модели и алгоритмы управления в АСУ ТП толстолистовых прокатных станов / Н. Г. Иев-
лев, Г. Г. Грабовский. – К.: Техніка, 2001. – 248 с.
3. Грабовский Г. Г. Прогнозирование усилия прокатки в АСУ ТП ТЛС / Г. Г. Грабовский, Н. Г. Иевлев // Автоматизація ви-
робничих процесів. – 2002. – № 2 (15). – С. 124-131.
4. Грабовский Г. Г. Принципы построения и опыт внедрения АСУ толстолистовыми прокатными станами / Г. Г. Грабовский,
Н. Г. Иевлев // Автоматизація виробничих процесів. – 2002. – № 1 (14). – С. 89-99.
5. Иевлев Н. Г. Стратегии автоматического управления режимами прокатки на толстолистовых прокатных станах /
Н. Г. Иевлев //Автоматизація виробничих процесів. – 2007. – № 1 (24). – С. 48-55
6. Грабовский Г.Г., Иевлев Н.Г. Прогнозирование деформации клети в АСУ ТП толстолистовых прокатных станов /
Г. Г. Грабовский, Н. Г. Иевлев // Автоматизація виробничих процесів. – 2003. – № 2 (17). – С. 58-62
ЛИТЕРАТУРА
где x – коэффициент, являющийся функцией изно-
са, температурной деформации валковой системы и
других параметров, Р – усилие прокатки, m (B) – мо-
дуль клети, являющийся функцией ширины прокаты-
ваемой заготовки.
Адаптация модели деформации клети в процессе её
функционирования в составе АСЗИ сводится к уточне-
нию величины x по статистическим данным непосред-
ственного замера толщины раската и усилия проката.
Расчёт минимально допустимых значений раство-
ра валков должен производиться перед каждым про-
пуском в черновой и чистовой клетях.
Усилие прокатки определяется с помощью дат-
чиков усилий прокатки, установленных в черновой и
чистовой клетях.
Комплекс технических средств АСЗИ включает в
себя средства вычислительной техники, ввода и ото-
бражения информации, измерения и контроля техно-
логических параметров, а также источники беспере-
бойного питания средств вычислительной техники.
Возможны два варианта технической структуры
реализации АСЗИ. Первый вариант предусматрива-
ет использование промышленного компьютера (ПК)
с модулями устройства связи с объектом (УСО), ко-
торый реализует задачи двух уровней функциональ-
ной структуры. Марка и тип ПК, номенклатура мо-
дулей УСО определяются на стадии технорабочего
проектирования.
В состав средств вычислительной техники для
второго варианта технической структуры входит ПК
и программируемый контроллер для снятия сигна-
лов с удалённых датчиков, а также выдачи управ-
ляющих воздействий на исполнительные механиз-
мы, удалённые от центрального процессора, под-
ключенные к общей магистрали сети. На базе ПК
выполнена рабочая станция, реализующая задачи
верхнего уровня функциональной структуры. Марка,
тип ПК и контроллера определяются на стадии тех-
норабочего проектирования.
В качестве средств ввода и отображения инфор-
мации могут использоваться стандартные клавиату-
ра и мониторы промышленного исполнения, подклю-
ченные к рабочим станциям (ПЭВМ) операторов по-
стов управления технологическим процессом.
К средствам измерения и контроля технологиче-
ских параметров относятся датчики измерения поло-
жения металла и механизмов клети, фотопирометры,
датчики усилия прокатки и другие устройства, уча-
ствующие в технологическом процессе.
Для обеспечения бесперебойной и устойчивой ра-
боты всей системы АСЗИ, а также во избежание соз-
дания аварийной ситуации на стане применяются ис-
точники бесперебойного питания, обеспечивающие
сохранение данных и корректное окончание работ
системы даже при аварийном отключении питания.
Экономическая эффективность достигается за
счёт следующих факторов:
– предотвращения поломок опорных и рабочих
валков клетей из-за их перегрузок;
– увеличение производительности стана за счёт
сокращения времени его простоев из-за незаплани-
рованных перевалок валков при их поломке;
– увеличение срока службы электро- и механообо-
рудования стана за счёт регламентации нагрузок обо-
рудования и соблюдения энергосиловых ограничений;
– улучшение управляемости процесса и техноло-
гической дисциплины за счёт слежения за металлом
и обеспечения операторов стана исходными данны-
ми из сменного задания, а также информацией о хо-
де технологического процесса.
Предотвращение поломок опорных и рабочих вал-
ков из-за недопустимых перегрузок оборудования до-
стигается системой за счёт расчёта минимально до-
пустимых значений раствора валков и воздействия на
соответствующие механизмы с целью блокировки уста-
новки оператором недопустимых растворов валков.
Выводы
Изложенное выше подтверждает актуальность и
эффективность внедрения в прокатном производ-
стве автоматизированных систем защиты оборудо-
вания прокатных клетей от перегрузок и информаци-
онной поддержки процесса прокатки. Срок окупаемо-
сти системы составляет приблизительно полгода.
33МЕТАЛЛ И ЛИТЬЁ УКРАИНЫ № 7 (266) ’2015
Розглянуто теоретичні і практичні аспекти створення і функціонування автоматизованих систем захисту устаткування
прокатних клітей від перевантажень і інформаційної підтримки процесу прокатки.
Грабовський Г. Г., Ієвлєв М. Г.
Автоматизовані системи захисту устаткування прокатних клітей від
перевантажень і інформаційної підтримки процесу прокатки
Анотація
Ключові слова
прокатний стан, автоматизована система, інформаційна підтримка, поломка обладнан-
ня, захист від перенавантаження
Grabowski G., Ievlev N.
Automated systems for protection of rolling stands equipment from overloads
and rolling process information support
Summary
Theoretical and practical aspects of the establishment and operation of automated systems for protection of rolling stands
equipment from overloads and for rolling process information support are considered.
rolling mill, automated system, information support, equipment breakdown, overload protectionKeywords
Поступила 28.05.2015
Телефон редакции журналов
«Металл и литьё Украины» и «Процессы литья»
(044) 424-04-10
Информация о журналах на сайте:
www.ptima.kiev.ua
|