Применение УВМ при автоматизации сортовых прокатов
Работа из раздела: «
Металлургия»
Оглавление
Оглавление 1
Глава 1 АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ 2
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 2
Глава 2. Технологические измерения и приборы в прокатном производстве. 16
2.1 ВВЕДЕНИЕ 16
2.2 ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИНЫ И СКОРОСТИ ПРОКАТЫВАЕМОГО МЕТАЛЛА 18
2.2.1. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛИ ДЛИНЫ 19
2.2.2 ФОТОИМПУЛЬНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛИ ДЛИНЫ 21
2.2.3 Фотоимпульсные измерители длины с прямым счетом импульсов. 24
Глава 3. Электрические машины и электропривод автоматических устройств. 28
3.1 BPAЩAЮЩИECЯ TPAHCФOPMATOPЫ 30
3.1.1 Назначение и устройство вращающихся трансформаторов 30
3.1.2 Cинycнo-кocинycный вpaщaющийcя тpaнcфopмaтop 32
3.1.3. Линейный вращающийся трансформaтop 36
Глава 4 Управление процессами прокатного производства. 40
4.1ПPИMEHEHИE УBM ПPИ АBTOMАTИЗАЦИИCOPTOBЫX ПPOKATHЫX CTАHOB 40
4.1.1 АCУ TП непрерывного мелкосортного стана 40
4.1.2 Информационное сопровождение металла и начальная настройка стана.
41
4.1.3. Cиcтeмa ynpaвлeния cкopocтным peжимoм пpoкaтки (УCPП) 43
4.1.4. Cиcтeмa oптимaльнoro pacкpoя пpoкaтa (COPП) 44
4.1.5. ACУ TП бaлoчныx пpoкaтныx cтaнoв 46
4.1.6. Aвтoмaтизиpoвaннaя cиcтeмa пpoгpaммнoгo yпpaвлeния пpoкaтными
клeтями 50
Глава 5. Автоматическое регулирование и регуляторы 55
5.Типовые идеальные регуляторы непрерывного действия 55
5.1.Пропорциональные регуляторы 55
5.2. Интегральные регуляторы. 57
5.3. Пponopцuoнaльнo-интeгpaльныe регуляторы. 58
5.4. Пponopцuoнaльнo-дuффepeнцuaльныe регуляторы. 59
5.5 Пponopцuoнaльнo-uнтeгpaльнo-дuффepeнцuaльныe peгyлятopы. 60
Глава 1 АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Задачей контроля (от французского controle—проверка чего-либо) является
обнаружение событий, определяющих ход того или иного процесса. В случае,
когда эти события обнаруживаются без непосредственного участия человека,
такой контроль называют автоматическим.
Важнейшей составной частью контроля является измерение физических
величин, характеризующих протекание процесса. Такие физические величины
называются параметрами процесса. Металлургические процессы в основном
характеризуются значениями таких физических величин (параметров), как
температура, давление, расход и количество, химический состав и
концентрация жидких, паровых и газовых сред; уровень жидкого металла и
сыпучих материалов; гранулометрический[pic] состав (крупность) и влажность
шихтовых материалов, давление (вакуум) в технологических линиях и
агрегатах.
Измерением называют нахождение значения физической величины опытным
путем с помощью специальных технических средств. Конечной целью любого
измерения является получение количественной информации об измеряемой
величине. В процессе измерения устанавливается, во сколько раз измеряемая
физическая величина больше или меньше однородной с нею в качественном
отношении физической величины, принятой за единицу.
Число, выражающее отношение измеряемой величины к единице измерения,
называется числовым значением измеряемой величины. Оно может быть целым или
дробным, но является отвлеченным числом. Значение величины, принятое за
единицу измерения, называется размером этой величины.
Если Q-измеряемая физическая величина, |Q|-некоторый размер физической
величины, принятой за единицу измерения, q — числовое значение величины Q в
принятой единице измерения, то результат измерения величины Q может быть
представлен следующим равенством:
Q=q |Q|
(1)
Уравнение (1) называют основным уравнением измерения. Из него следует, что
значение q зависит от размера выбранной единицы измерения |Q|. Чем меньше
выбранная единица, тем больше для данной измеряемой величины будет числовое
значение. Например, длина 1 м равна 10дм, 100 см и т.д.
Результат всякого измерения является именованным числом. Поэтому для
определенности написания результата измерения рядом с числовым значением
измеряемой величины ставится сокращенное обозначение принятой единицы
измерения. С 1963 г. в СССР введена как предпочтительная Международная
система единиц по ГОСТ 9867—61. которая сокращенно обозначается СИ. На
основе учета результатов первого периода внедрения ГОСТ 9867—61 и принятого
в 1978 г. Постоянной комиссией СЭВ по стандартизации стандарта СТ СЭВ
1052—78 «Метрология. Единицы физических величин» в СССР разработан ГОСТ
8.417—81 «ГСИ. Единицы физических величин» со сроком внедрения с 1 января
1982 г. СИ принята в большинстве стран мира (свыше 130) и признана всеми
международными организациями.
Кратные и дольные единицы измерения образуются из наименований единиц СИ
при помощи установленных ГОСТ 8.417—81 приставок для образования кратных и
дольных единиц, приведенных в приложении 1.
Сведения о значениях измеряемых физических величин называют
измерительной информацией.
Сигналом измерительной информации называется сигнал, функционально
связанный с измеряемой физической величиной (например, сигнал от термометра
сопротивления).
Средством измерения (СИ) называют техническое устройство, используемое
при измерениях и имеющее нормированные метрологические свойства.
Сигнал измерительной информации, поступающий на вход средства измерений,
называют входным сигналом, получаемый на выходе, - выходным сигналом
средства измерений.
Для контроля параметров технологических процессов в большинстве случаев
используется не одно, а несколько средств(измерения и преобразования
сигналов, образующих канал измерения этого параметра.
Существуют три основные вида средств измерений: меры, измерительные
преобразователи, измерительные приборы.
Мера—это средство измерения, предназначенное для воспроизведения
физической величины заданного размера.
Меры бывают однозначные, и многозначные. Примерами однозначных мер
являются: катушки сопротивления, катушки индуктивности, нормальные элементы
и др. К многозначным мерам относятся: магазины сопротивлений,
индуктивностей и емкостей, калибраторы напряжения и тока и др.
Измерительный преобразователь — это средство измерении, предназначенное
для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для
передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не
поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем (в практике часто
применяется термин «датчик»),
Измерительный преобразователь, к которому подведена измеряемая величина,
т.е. первый в канале измерения (измерительной цепи), называется первичным
измерительным преобразователем (или сокращенно первичным преобразователем).
Например, сужающее устройство (диафрагма) для измерения расхода, электрод
сигнализатора уровня и т.п.
В системах автоматического контроля применяются устройства для выдачи
сигнала о выходе значения пари метра за установленные пределы. Причем
сигнал появляется при наличии самого факта выхода независимо от его
размера. Такие устройства называют датчиками-реле или сигнализаторами.
Для удовлетворения возросших потребностей промышленности создана
Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации
(ГСП), представляющая собой эксплуатационно, информационно, энергетически,
метрологически и конструктивно организованную совокупность средств
измерений, средств автоматизации,, средств управляющей вычислительной
техники, а также программных средств, предназначенных для построения
автоматических и автоматизированных систем измерения, контроля,
регулирования, диагностики и управления производственными процессами,
технологическими линиями и агрегатами (ГОСТ 26.207—83. ГСП. Основные
положения). Номенклатура технических средств ГСП в настоящее время
насчитывает свыше 2 тыс. типов изделий, организация ГСП дает возможность
создавать самые разнообразные, любой сложности системы автоматического
контроля, регулирования и управления из стандартизованных средств измерения
и средств автоматизации.
В зависимости от вида энергии питания, входных и выходных сигналов ГСП
разделяют на электрическую, пневматическую и гидравлическую ветви. В
основном применяют средства электрической и изредка пневматической ветвей
ГСП, которыми предусмотрены общепромышленные унифицированные электрические
и пневматические сигналы передачи информации со следующими (пределами)
измерений:
сигнал постоянного тока 0—5; 5—0—5; 0—20; 4—20 мА;
сигнал напряжения постоянного тока 0—1; 1—0—1;
0-Ю; Ю—0—10В;
сигнал напряжения переменного тока частотой 50 и 400 Гц 0,25—0—0,25;
0—0,5; 1—0—1; 0—2 В (у приборов с сигналами напряжения переменного тока
частотой 50 и 400 Гц, основанных на измерении взаимной индуктивности,
пределы измерения взаимной индуктивности выбираются из ряда 0—10; 10—0—10;
0—20 МГн при номинальном токе питания 0,125 или 0,32 А. Противоположные
значения взаимной индуктивности получаются при перемене фазы напряжения
питания на 180°);
частотный сигнал переменного тока {наиболее широко применяется сигнал с
диапазоном частот 4—8 кГц);
пневматический сигнал с переделами изменения давления 0,02—0,1 МПа.
На металлургических предприятиях в основном применяется аппаратура,
использующая электрические сигналы.
Средство измерения, с помощью которого измерительная информация выдается
в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем,
называется измерительным прибором. В практике для измерительных приборов,
устанавливаемых на щитах контроля и управления, применяется термин
вторичный прибор т. е. устройство, воспринимающее сигнал от первичного или
передающего измерительного преобразователя и выражающее его в
воспринимаемом виде с помощью отсчетного устройства (шквалы, диаграммы,
интегратора, сигнального устройства).
К первичным преобразователям также относят и отборные устройства.
Отборным устройством (отбором) называют устройство, устанавливаемое на
трубопроводах и технологических агрегатах и служащее для непрерывного или
периодического отбора контролируемой среды и передачи' ее параметров к
измерительному преобразователю или измерительному прибору. В отличие от
первичного измерительного преобразователя отборное устройство передает к
измерительному прибору или преобразователю измеряемую величину, не изменяя
ее физической природы (например, отбор давления среды в технологическом
аппарате и передача его по импульсной трубке для измерения к манометру).
Импульсной трубкой называют трубопровод небольшого диаметра обычно от 1/2
до 2 связывающий технологический объект с преобразователем или
измерительным прибором.
Место установки отборных устройств и первичных измерительных
преобразователей, может сильно влиять на точность измерения, поэтому
технологам с особым вниманием необходимо относиться к выбору мест установки
датчиков, отборов давления, разрежения и проб на химический анализ.
Отборные устройства располагаются на границе соприкосновения
технологического оборудования и технологических трубопроводов с
измерительной системой. Для монтажа отборных устройств используются
специальные закладные конструкции — устройства, встраиваемые в
технологическое оборудование и трубопроводы и обеспечивающие:
а) установку на них первичных измерительных преобразователей и местных
измерительных приборов таким образом, чтобы чувствительный элемент
преобразователя или прибора находился в зоне измерения технологического
параметра, например, показывающего ртутного термометра или
термоэлектрического термометра (термопары) (см. рис. 4, а, б);
б) присоединение импульсного трубопровода и закрепление запорного
устройства, если первичный измерительный преобразователь или местный
измерительный прибор устанавливается на некотором расстоянии от
технологического аппарата или трубопроводов, например, манометра
бесшкального с дистанционной передачей показаний, манометра местного
показывающего (см. рис. 4,в,г).
Совокупность средств измерений и вспомогательных 1 устройств, соединенных
между собой каналами связи, предназначенная для выработки сигналов
измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки
передачи и (или) использования в автоматических системах управления,
называется измерительной системой.
К вспомогательным устройствам измерительной системы относятся
устройства, предназначенные для питания энергией средств измерения, защиты
их от внешних воздействий, внутренних перегрузок и т. д.
В зависимости от назначения и поставленных задач измерительная система
может включать в себя один или несколько измерительных преобразователей и
измерительных приборов.
Под определением системы автоматизации следует понимать совокупность
приборов и средств автоматизации (измерительной, преобразующей,
передающей, исполнитель-
[pic]
Рис.4. Примеры установки первичных измерительных преобразователей для
измерения температуры и отборных устройств для измерения давления газа:
а—установка стеклянного показывающего термометра ртутного углового в
защитной оправе на трубопроводе; б — установка термометра
термоэлектрического (термопары) на трубопроводе или металлической стенке с
внутренней кирпичной кладкой; в—установка отборного устройства для
измерения давления газа; г— закладная конструкция отборного устройства для
измерения давления газа; 1— термометр показывающий ртутный стеклянный
угловой; 2 — термометр термоэлектрический (термопара); 3— импульсная
трубка; 4— вентиль; 5—прокладка; 6—заглушка; 7—штуцер; 8—закладная
конструкция (перед установкой преобразователей, измерительных приборов;
присоединением импульсной линии или запорного органа пробки-заглушки и
прокладки с закладных конструкций снимают); 9—легкоснимаемый изоляционный
слой.
ной и другой аппаратуры, а также вычислительной техники), связанных между
собой каналами связи в единые системы. Например, измерительные системы,
системы авто-матического управления (регулирования), системы
сигнализации, защиты и управления технологическим процессом.
В показывающих приборах измерительная информация воспроизводится положением
стрелки или какого-либо другого указатели относительно отметок шкалы
прибора. Шкала представляет собой совокупность отметок, расположенных вдоль
какой-либо линии, и проставленных около некоторых из них чисел отсчета или
других символов, соответствующих ряду последовательных значений измеряемой
величины.
Для каждого измерительного прибора устанавливается диапазон показаний
- область значений шкалы, ограниченная начальным и конечным ее значением.
Любые технические измерения относительны, поскольку всегда существует
положительная или отрицательная разность между наблюдаемым или численным
значением измеряемой величины и ее истинным значением, называемая
погрешностью. Таким образом, погрешность — это отклонение результата
измерения от истинного значения измеряемой величины.
Погрешности измерения в зависимости от их происхождения разделяются на
три группы: систематические погрешности, случайные погрешности и
субъективные погрешности (промахи).
Систематические погрешности имеют постоянный характер и по причинам
возникновения делятся на: инструментальные погрешности; погрешности от
неправильной установки средств измерений; погрешности, возникающие
вследствие внешних влияний; методические (теоретические) погрешности.
Инструментальные погрешности могут вызываться конструктивными и
технологическими погрешностями, а также износом и старением средств
измерений.
Конструктивные погрешности вызываются несовершенством конструкции или
неправильной технологией изготовления средства измерения. Плохая
балансировка измерительного механизма, неточности при нанесении отметок
шкалы, некачественная сборка прибора вызывают технологическую погрешность.
Конструктивная погрешность у приборов одного типа постоянна,
технологическая же погрешность меняется от экземпляра к экземпляру.
Длительная или неправильная эксплуатация прибора, а также длительное
хранение приводят к погрешностям, которые называют погрешностями износа и
Старения.
Погрешности от неправильной установки могут вызываться наклоном
прибора, т. е. отклонением от нормального рабочего положения; установкой на
ферромагнитный щит прибора, градуированного без щита; близким расположением
друг к другу однотипных приборов.
Погрешности, возникающие вследствие внешних влиянии. вызываются
вибрацией, электромагнитными полями, конвекцией нагретого воздуха и др.
Следует иметь в виду, что наиболее сильное воздействие на показания
приборов оказывает изменение температуры окружающей среды. Даже
незначительные перепады температуры между отдельными элементами прибора
приводят к заметным погрешностям вследствие, например, возникновения
паразитных термо-э.д.с., или по другим причинам. Поэтому не рекомендуется
устанавливать измерительные приборы вблизи источника тепла.
Методические погрешности возникают в результате несовершенства метода
измерений и теоретических допущений (использование приближенной зависимости
вместо точной). К таким погрешностям относятся, например, погрешности,
обусловленные пренебрежением внутренним сопротивлением (проводимостью)
прибора, т. е. пренебрежением собственным потреблением электроэнергии.
Для исключения погрешности до начала измерений следует определить
причину, вызывающую погрешность, и устранить ее. Например, если
погрешность вызывается влиянием внешнего электромагнитного поля, то нужно
либо экранировать прибор, либо удалить источник помехи. Для исключения
температурной погрешности средство измерений термостатируют, вибрацию
устраняют путем установки амортизаторов. В процессе измерения погрешность
устраняется применением специальных методов измерения.
Исключение погрешности после проведения измерений достигается путем
введения соответствующей поправки, в показания приборов, численно равной
систематической погрешности, но противоположной ей по знаку.
В некоторых случаях применяют не поправку, а поправочный множитель —
число, на которое нужно умножить результат измерения, чтобы исключить
систематическую погрешность. Поправочные множители применяются для
исключения систематической погрешности делителей напряжения, плеч отношения
в мостах и т. п.
Случайные погрешности вызываются независящими друг от друга случайными
факторами и изменяются слушанным образом при повторных измерениях одной и
той же величины. Проявляются случайные погрешности в том. что при
измерениях одной и той же неизменной величины одним и тем же средством
измерения и с той же тщательностью, получают различные показания. Следует
отметить, что если при повторных измерениях одной и той же величины одним и
тем же средством измерения получают совершенно одинаковые результаты, то
это обычно указывает не на отсутствие случайной составляющей погрешности, а
на недостаточную чувствительность средства измерения. Плотностью
совпадающие, как и сильно разнящиеся результаты наблюдений при измерениях
одинаково свидетельствуют о их неточности. Случайные погрешности могут
возникнуть, например, из-за трения в опорах, люфтов в сочленениях
кинематической схемы измерительного прибора, неправильного режима работы
электронных устройств и по многим другим, трудно объяснимым причинам. Знак
случайных погрешностей выражается в виде ±.
Субъективные погрешности (промахи)-это погрешности, вызванные ошибками
лица, производящего измерение например, неправильный отсчет по шкале
прибора, неверное подключение проводов к датчику и др.).
Погрешности средств измерений устанавливаются при поверке—определении
метрологическим органом погрешностей средств измерений и установления
пригодности их к применению (применять сочетание слов «поверка показаний»
не рекомендуется, следует говорить «поверка средств измерений»). Слово
проверка применяется для установления комплектности чего-то, оценки
состояния взаимодействия элементов, например, электрической схемы.
Совокупность операций по доведению погрешностей средств измерений до
значений, соответствующих техническим требованиям, называется юстировкой
средств измерений.. Зависимость между значениями величин на выходе и входе
средства измерений, составленная в виде таблицы, графика или формулы,
называется градуировочной характеристикой. Определение градуировочной
характеристики называется градуировкой средств измерения (термин
«тарировка» применять не рекомендуется).
Различают абсолютные и относительные погрешности измерения.
Абсолютная погрешность ?-это разность между измеренным Х и истинным
[pic] значениями измеряемой величины. Абсолютная погрешность выражается в
единицах измеряемой величины
[pic]
(2)
Поскольку истинное значение измеряемой величины определить невозможно,
вместо него в практике используют действительное значение измеряемой
величины[pic], которое находят экспериментально по показаниям образцовых
средств измерений. Таким образом, абсолютную погрешность находят по формуле
[pic]
(3)
Относительная погрешность [pic]- это отношение абсолютной погрешности
измерения к истинному (действительному) значению измеряемой величины,
выраженное в процентах:
[pic]
(4)
Пример I. Определить абсолютную и относительную погрешности измерения
давлении, если при действительном значении давления среды 70 кПа показание
прибора равно 68,5 кПа.
Из выражения (3) находим абсолютную погрешность измерения:
(=68,5—70=-1.5кПа.
Согласно выражению (4) относительная погрешность
[pic]
Абсолютная погрешность измерительного прибора — это разность между
показанием [pic] прибора и истинным значением измеряемой величины.
Поскольку, как указывалось выше, истинное значение величины остается
неизвестным, на практике вместо него пользуются действительным значением
величины[pic] , отсчитанное по образцовому прибору. Таким образом
[pic]
(5)
Поправкой называют величину, одноименную с измеряемой, которую следует
алгебраически прибавить к показаниям прибора, чтобы получить действительное
значение. Поправка равна абсолютной погрешности измерения, взятой с
обратным знаком.
Относительная погрешность измерительного прибора [pic]-это отношение
абсолютной погрешности измерительного прибора к действительному значению
измеряемой им величины. На практике, как правило, относительную погрешность
выражают в процентах:
[pic]
(6)
Приведенная погрешность измерительного прибора [pic]-это отношение
абсолютной погрешности измерительного прибора к нормирующему значению
[pic](обычно выражается в процентах):
[pic]
(7)
Нормирующее значение[pic]-условно принятое значение, которое может быть
равным верхнему пределу измерений, диапазону измерений, длине шкалы и др.
Как правило, за нормирующее значение принимаются: конечное значение
диапазона измерений (для приборов, имеющих нулевую отметку на краю шкалы);
арифметическая сумма конечных значении диапазона измерений [для приборов,
имеющих двустороннюю шкалу (нулевая отметка в середине шкалы). Например,
для термометра со шкалой от минус 50 до плюс 50 °С величина [pic]будет
определяться суммой 50+50=100]; разность конечного и начального значений
диапазона измерений для приборов со шкалами без нуля (так называемые шкалы-
с «подавленным нулем»). Например, для потенциометра со шкалой 300—1600°С
величина [pic] будет определяться разностью 1600—300 ==1300.
Необходимо отметить, что приведенная погрешность характеризует лишь
метрологические свойства самого прибора, а не погрешность измерений,
полученных с помощью этого прибора, которые могут выражаться только в виде
абсолютной погрешности. Абсолютная и относительная погрешности в
соответствии с выражениями (5), (6) и (7) связаны с приведенной следующими
соотношениями:
[pic]
(8)
[pic]
(9)
Как видно из уравнения (9) относительная погрешность практически всегда
больше приведенной (кроме случая, когда измеряемая величина больше,
например, верхнего предела измерения, т.е.[pic].> [pic]). Причем, чем
меньше значение измеряемой величины [pic], тем больше относительная
погрешность. Поэтому измерительные приборы рекомендуется выбирать таким
образом, чтобы при измерениях указатель находился во второй половине шкалы,
а также подбирать предел измерения образцового прибора таким образом, чтобы
он превышал предел измерения поверяемого прибора не более чем на 25 %.
На показания приборов оказывают значительное влияние внешние факторы,
называемые влияющими величинами.
Область значений влияющей величины, устанавливаемая в стандартах или
технических условиях на средства измерения данного вида в качестве
нормальной для этих средств измерений, называется нормальной областью
значений. При нормальном значений влияющей величины погрешность средств
измерения минимальна. Условия применения средств измерений, при которых
влияющие величины (температура и влажность окружающего воздуха, характер
вибрации, напряжение питания, величина внешнего магнитного и электрического
поля и т.д.) находятся в пределах нормальной области значений, называются
нормальными условиями применения средств измерений. Нормальные условия
оговариваются в технических условиях заводов-изготовителей средств
измерений.
Погрешность средств измерений, используемых в нормальных условиях,
называется основной погрешностью. Изменение погрешности средств измерений,
вызванное отклонением одной из влияющих величин от нормального значения,
называется дополнительной погрешностью.
В зависимости от основной и дополнительной погрешности средствам
измерений присваиваются соответствующие классы точности.
Класс точности - обобщенная характеристика средства измерения,
определяемая пределами допускаемых основной и дополнительной погрешностей,
а также другими свойствами средства измерения, влияющими на точность,
значения которых устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств
измерений.
Средства измерений выпускаются на следующие классы точности: 0,01; 0,015;
0,02; 0,025; 0,04; 0,05; 0.1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,4; 0,5; 0,6; 1,0; 1,5;
2,0; 2,5; 4,0; 5,0; 6,0. Класс точности средств измерений характеризует их
свойства в отношении точности, но не является непосредственным показателем
точности измерений, выполняемых с помощью этих средств (под точностью
средств измерений понимается качество измерений, отражающее близость к нулю
его погрешностей). На циферблаты, щитки, корпуса средств, измерений наносят
условные обозначения класса точности, включающие числа и прописные буквы
латинского алфавита.
Пределом допускаемой погрешности средства измерений называется наибольшая
(без учета знака) погрешность средства измерений, при которой оно может
быть признано годным и допущено к применению. Предел допускаемой основной
погрешности может выражаться одним из трех способов в форме абсолютной
погрешности, относительной погрешности и приведенной погрешности.
Для средств измерений, у которых нормируются абсолютные погрешности,
класс точности обозначается прописными буквами латинского алфавита или
римскими цифрами. В определенных случаях добавляются индекс в виде арабской
цифры. Такое обозначение класса точности не связано с пределом допускаемой
погрешности, т.е. носит условный характер.
Для средств измерений, у которых нормируется приведенная или
относительная погрешность, класс точности обозначается числами и существует
связь между обозначением класса точности и конкретным значением предела
допускаемой погрешности.
При выражении предела допускаемой основной погрешности в форме
приведенной погрешности класс точности обозначается числами, которые равны
этому пределу, выраженному в процентах. При этом обозначение класса
точности зависит от способа выбора нормирующего значения. Если нормирующее
значение выражается в единицах измеряемой величины, то класс точности
обозначается числом, совпадающим с приведенной погрешностью. Например, если
v=1,5%, то класс точности обозначается 1,5 (без кружка). Если нормирующее
значение принято равным длине шкалы или ее части, то обозначение класса
точности (пpи v==l,5 %) будет иметь вид 1,5 (в кружке).
При выражении предела допускаемой основной погрешности в форме
относительной погрешности необходимо руководствоваться следующим.
Предел допускаемой относительной погрешности согласно выражению (6)
[pic]
(10)
где[pic]— предел допускаемой абсолютной погрешности;
Х — измеренное значение.
В том случае, когда предел относительной погрешности остается постоянным
во всем диапазоне измерений выражение (10) имеет вид:
[pic]
(11)
где с – постоянное число.
Если же предел относительной погрешности изменяется, то
[pic]
(12)
где с и d—постоянные числа, причем с—численно равно относительной
погрешности на верхнем пределе измерения, a d—численно равно погрешности на
нижнем пределе измерения, выраженной в процентах от верхнего предела;
[pic]—конечное значение диапазона измерений.
В первом случае число, обозначающее класс точности и предел допустимой
основной погрешности, выраженной в процентах, совпадают. Это число
заключается в кружок.
Во втором случае в обозначение точности входят два числа, которые
разделяются косой чертой (первое с, второе d). Например, 0,02/0,01, без
кружка.
Погрешности ряда средств электрических измерений нормируются по
двухчленной формуле вида:
[pic]
(13)
где е и f—постоянные числа ( е=с-d; f=d[pic])
В этом случае в условное обозначение класса точности входит только число
е, которое заключают в кружок. Таким образом, обозначение класса точности
не отличается от случая с постоянной относительной погрешностью.
Пример 2. Основная погрешность потенциометра постоянного тока в диапазоне
0—50 мВ нормируется по формуле
[pic]
где[pic]—показания потенциометра, мВ.
Условное обозначение класса точности —0,05 (в кружке). Предел допускаемой
погрешности: в конце диапазона измерения для этого прибора
[pic]
в середине диапазона
[pic]
Таким образом, фактическая относительная погрешность потенциометра
значительно превышает число, указанное в условном обозначении класса
точности. Поэтому при проверке приборов, погрешности которых нормированы по
Двухчленным формулам, следует во избежание ошибок особенно внимательно
относиться к анализу погрешности образцовых и рабочих средств измерений.
Примеры обозначений класса точности средств измерений представлены в табл.
1.
Применяются и другие обозначения класса точности. В эксплуатационной
документации на средства измерений указываются государственные или
отраслевые стандарты, в соответствии с которыми установлен класс точности.
По классу точности прибора можно определить его допустимые погрешности
[pic]и[pic]
Для приборов с нулем в начале шкалы абсолютная основная погрешность
[pic]
(14)
где К—класс точности прибора; [pic]—нормирующее значение, равное верхнему
пределу показаний прибора.
Тогда, согласно выражению (7), приведенная основная погрешность прибора
[pic]
(15)
Для приборов, имеющих шкалу «с подавленным нулем», необходимо
дополнительно учитывать погрешность показаний на начальной отметке шкалы.
Для таких приборов абсолютная основная погрешность
[pic]
(16)
где Е—диапазон шкалы прибора; Д—диапазон «подавления» (нижний предел
измерения); d—значение поправки на «подавление нуля» (для приборов классов
0,5 и 1,0 d=±0,15; для класса 1,5- d=± 0,25).
Заменяя в выражении (7) [pic]на Е, получим, что для приборов с
«подавленным нулем» приведенная основная погрешность определяется следующим
образом;
[pic]
(17)
или
[pic]
(18)
Таким образом, для этого типа приборов численное значение приведенной
основной погрешности будет превышать число, указанное в условном
обозначении класса точности на величину dД/Е.
Пример 3. Определить погрешность потенциометра типа КСП3-П класса
точности 1,5 для измерения температуры, имеющего шкалу +300(1600 °С. По
(16) находим, что абсолютная основная погрешность на всех точках шкалы не
должна превышать значения
[pic]
Приведенная основная погрешность согласно выражению (17)
[pic]
или по формуле (18)
[pic]
Пример 4. Определить погрешность вторичного прибора типа КСДЗ класса
точности 1,0 для измерения расхода со шкалой 0—400[pic]. Согласно (14)
определяем абсолютную основную погрешность:
[pic][pic].
Приведенная погрешность по формуле (15) [pic] =±K=±l,0 %.
Вариацией показаний прибора называется разность между значениями
отдельных показаний прибора, соответствующих одному и тому же значению
измеряемой величины, полученных при приближении к нему как от меньших
значении к большим, так и от больших к меньшим. Вариация показаний
определяется одновременно с основной погрешностью как разность
действительных значений измеряемой величины (по показаниям образцового
прибора), соответствующих одной и той же отметке шкалы поверяемого прибора
сначала при увеличении (прямое направление), а затем при уменьшении
(обратное направление) значения измеряемой величины. При нескольких
подходах к данной точке диапазона измерений в каждом из двух направлениях
вариация определяется как средняя разность.
Вариация обычно выражается в процентах от принятого нормирующего
значения [pic] где [pic]- значения измеряемой величины при
прямом и обратном направлениях подхода к данной точке измерения;[pic]
—нормирующее значение,
Вариация показаний вызывается появлением трения в опорах, люфтами,
износом кернов, подпятников и др.
Вариация показаний не должна превышать 0,2 % для приборов класса
точности 0,25 и выше и половины допустимого значения основной погрешности
для приборов остальных классов точности.
Измерительные приборы характеризуются также и чувствительностью, под
которой понимается отношение изменения сигнала на выходе измерительного
прибора к вызывающему его изменению измеряемой величины. Иногда
чувствительностью называют величину перемещения указателя прибора при
изменении измеряемой
Таблица 1. Примеры обозначения класса точности средств измерений.
|Форма |Предел |Предел допускаемой |Обозначение класса |
|выражения |допускаемой |основной погрешности, |точности |
|погрешности |основной |% | |
| |погрешности | | |
| |(форма | | |
| |представления)| | |
| | | |в |На средствах |
| | | |документации|измерения |
|Приведенная |По формуле | |Класс |1.0 |
| |(7), если |±1.0 |точности 1.0| |
| |нормирующее | | | |
| |значение | | | |
| |определяется в| | | |
| |единицах | | | |
| |измеряемой | | | |
| |величины | | | |
| |То же, если |±0,25 |Класс |0,25 |
| |нормирующее | |точности | |
| |значение | |0,25 | |
| |определяется | | | |
| |длиной шкалы | | | |
| |или ее пасти | | | |
|Относительная |По формуле |±0,2 |Класс |0,2 (в |
| |(11) | |точности 0,2|кружке) |
| |По формуле |[pic] |Класс |0,02/0,01 |
| |(12) | |точности | |
| | | |0,02/0,01 | |
|Абсолютная |По формуле (g |__ |Класс |М |
| |=±а или (g | |точности М | |
| |=±(а+bХ), где| | | |
| |(g — предел | | | |
| |допускаемой | | | |
| |абсолютной | | | |
| |основной | | | |
| |погрешности; Х| | | |
| |— значение | | | |
| |измеряемой | | | |
| |величины; а и | | | |
| |b — | | | |
| |положительные | | | |
| |числа, не | | | |
| |зависящие от | | | |
| |Х. | | | |
величины на единицу (например, 2 мм/град или 1° дуги/град).
Чувствительность не связана с величиной погрешности прибора. Иногда
высокочувствительные приборы могут иметь большую погрешность, а прибор с
малой чувствительностью— высокую точность измерений.
Если класс точности собственно измерительного прибора известен по его
документации, то класс точности измерительной системы в целом, включая
первичный измерительный преобразователь и канал связи, не может
нормироваться заранее, так как зависит от конкретных условий эксплуатации.
Согласно теории вероятностей можно считать, что с вероятностью, близкой
к 100%, одновременное воздействие нескольких знакопеременных факторов (X,
Y, Z, U...) дает суммарную погрешность:
[pic]
(19)
где [pic]—погрешности X, Y, Z, U, выраженные в процентах.
Вычисленная таким образом погрешность получила название средней
квадратичной погрешности.
Обозначив погрешности различных элементов, входящих в измерительную
систему через [pic], где i=1,2…,n в соответствии с (19) получим:
[pic]
(20)
Пример 5. Определить суммарную погрешность измерительной системы, состоящей
из термометра термоэлектрического (термопары) ТХА-0806; преобразователя
измерительного НП-ТЛ1-11, преобразовывающего термо-э. д. с. термопары в
унифицированный сигнал постоянного тока 0-5 мА, и вторичного показывающего
прибора с токовым входом типа КСУЗ, шкалой 0—900[pic]С, и предназначенной
для измерения температуры в печи для термообработки металла, отапливаемой
газом.
Глава 2. Технологические измерения и приборы в прокатном производстве.
2.1 ВВЕДЕНИЕ
При контроле и исследовании технологического процесса выводы об
условиях работы оборудования и о характере отклонений в протекании процесса
делаются на основании анализа величин, полученных при измерении
технологических параметров. Под измерением обычно понимают познавательный
процесс, заключающийся в экспериментальном определении численного
соотношения между измеряемой физической величиной и значением, принятым за
единицу измерения.
С точки зрения общих приемов получения результатов измерения их можно
разделить на прямые, косвенные и совокупные.
К прямым измерениям относятся те, результат которых получается
непосредственно из опытных данных. При этом значения искомой величины
получаются либо непосредственным сравнением ее с мерами, либо посредством
измерительных приборов, градуированных в соответствующих единицах, например
измерение длины при помощи метра, температуры при помощи термометра,
давления металла на валки при помощи месдозы и т. п.
К косвенным измерениям относятся такие измерения, результат которых
получается на основании опытных данных прямых измерений нескольких величин,
связанных с искомой величиной определенным уравнением. Известно, например,
что толщина горячекатаного листа определяется зазором между валками в
ненагруженном состоянии и величиной упругой деформации системы
клеть—_валки. Величина упругой деформации системы клеть – валки в свою
очередь является функцией давления металла на валки. Поэтому, если каким-
либо способом измерять толщину листа после каждого прохода, то при
известней величине зазора между валками в нагруженном состоянии по
установленным функциональным связям можно найти давление металла на валки.
Следует отметить что в ряде случаев косвенным измерением можно получить
более точный результат, чем при прямом измерении.
К совокупным измерениям относятся измерения, состоящие из совокупности
(ряда) прямых измерений одной или нескольких однородных величин. При этом
одно измерение отличается от другого тем, что меняются либо условия
измерения, либо сочетания измеряемых величин. Совокупные измерения
производят, например, при градуировке различных датчиков.
Качество приборов, с помощью которых осуществляются измерения, зависит
от ряда присущих им свойств, определяющих степень доверия к полученным при
их помощи результатам измерения. Основными свойствами прибора следует
считать точность, чувствительность, постоянство.
Разность между показанием прибора и действительным значением измеряемой
величины называется погрешностью показаний прибора, которая характеризует
его точность. Однако сама по себе абсолютная погрешность не дает
представления о качестве измерительного прибора. Поэтому практически
большее значение имеют относительные погрешности: отношение абсолютной
погрешности к значению измеряемой величины (действительному или по
показанию прибора).
Наибольшая погрешность показания прибора, допустимая нормами, называется
допустимой погрешностью, характеризуемой числовым значением и поставленными
перед ним знаками ± или одним из этих знаков.
Под чувствительностью измерительного прибора .понимают отношение
линейного или углового перемещения указателя прибора к единице измеряемой
величины.
Под постоянством измерительного прибора понимают степень устойчивости
показаний прибора при одних и тех же внешних условиях его работы.
Постоянство характеризуется вариацией прибора. Это наибольшая (получаемая
экспериментально) разность между повторными показаниями измерительного
прибора, соответствующими одному и тому же действительному значению
измеряемой величины при неизменных внешних условиях.
В зависимости от выбранного метода измерений, а следовательно, и от
выбранного типа измерительного прибора в процессе самого измерения
технологических параметров возникают погрешности, которые по их
происхождению разделяют на случайные; систематические инструментальные или
приборные; систематические или случайные методические; динамические.
Случайные погрешности измерений технологических параметров обусловлены
рядом причин. Прежде всего к. ним следует отнести изменения показаний
используемого измерительного прибора, неточность отсчета его показаний,
погрешность его проверки, неучитываемые влияния внешних факторов на
показания прибора.
К категории случайных погрешностей относятся неучтенные систематические
погрешности, обусловленные невозможностью их строгого учета.
Под инструментальной, или приборной понимают погрешность измерений
технологических параметров с помощью данного прибора или установки,
определяемую измерительными качествами прибора.
В том случае, если условия применения прибора отличаются от условий при
проверке (например, переход от горизонтального в наклонное положение,
повышенная температура корпуса, наличие вибраций т.п.), то возникающие
вследствие этого дополнительные погрешности измерений также относятся к
категории инструментальных погрешностей.
Следует отметить, что инструментальная погрешность, определяемая
свойствами прибора в нормальных условиях его применения, называется
основной погрешностью.
Методические погрешности представляют собой совокупность таких
погрешностей, которые определяются условиями измерений технологических
параметров на данном объекте, условиями применения данного прибора и не
зависят от свойств и характеристик измерительного прибора. Например, при
контактном методе измерения температуры нарушается температурное поле
объекта в процессе измерения, и возникающая при этом дополнительная
погрешность определяется главным образом условиями теплообмена датчика
(термоприёмника) и объекта исследования.
Оценка величины методической погрешности позволяет правильно
организовать измерительный процесс и осуществить рациональный выбор
используемого измерительного прибора. Часто при недостаточно продуманной
организации измерительного процесса величина методической погрешности
измерений во много раз превышает величину инструментальной погрешности
прибора. Очевидно, при значительной методической погрешности измерений
бессмысленно применять приборы высокой точности. Рациональным, по-видимому,
является такой выбор измерительного прибора, при котором его
инструментальная погрешность была соизмерима с величиной методической
погрешности измерений.
В условиях измерения меняющихся технологических параметров результаты
измерения оказываются искажёнными; помимо инструментальной и методической
погрешностей, возникает погрешность только в динамическом режиме,
получившая поэтому название динамической.
Под динамической погрешностью понимают разность мгновенных значений
показаний прибора и измеряемой величины, меняющейся во времени. Причина
возникновения динамической погрешности – инерция датчиков преобразователей,
а также наличие инерциональных и демпфирующих сил в механизме
измерительного прибора.
Величина динамической погрешности , возникающей в процессе измерения,
определяется не только свойствами самого прибора, но и характером изменения
измеряемой величины. При криволинейном характере изменения измеряемого
технологического параметра величина динамической погрешности измерений
оказывается меняющейся со временем.
Более подробные сведения о свойствах случайных и других погрешностей
измерений, а также о выборе методов и измерительных прибопров можно найти в
специальной литературе.
2.2 ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИНЫ И СКОРОСТИ ПРОКАТЫВАЕМОГО МЕТАЛЛА
Приборы для измерения длины проката условно можно классифицировать но
трем основным признакам:
1) но направлению измерения относительно движения изделия;
2) по виду преобразователя, устанавливаемого на линии движения проката;
3) но наличию или отсутствию контакта измерителя с измеряемым изделием.
В зависимости от направления измерения относительно оси движения
изделия различают два случая, когда изделие перемещается либо
перпендикулярно оси измерения, либо параллельно.
Измерение в первом случае (обычно в поперечном потоке перед сортировкой
продукции по длине) производится с помощью пневматического досылателя
изделий до упора по пути, пройденному головкой толкателя. Данные поступают
в запоминающее устройство, которое и управляет механизмом сортировки.
Небольшая скорость измерения ограничивает применение данного способа в
случае больших скоростей прокатки. В связи с этим большинство измерителей
длины проката разработано для работы в продольном потоке.
В зависимости от вида преобразователя, устанавливаемого на линии
движения проката, измерители длины можно разбить на два больших класса:
электромеханические измерители длины (контактные) и фотоимпульсные
измерители длины (бесконтактные). Кроме того, к бесконтактным измерителям
длины относятся приборы с магнитными и тепловыми метками, а также приборы,
основанные на эффекте Доплера.
2.2.1. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛИ ДЛИНЫ
Принцип работы электромеханических измерителей длины заключается в
следующем: мерительный цилиндрический ролик, вращаемый на оси, прижимается
к изделию и обкатывает его при поступательном движении. С роликом жестко
связан импульсатор, который выдаст определенное число импульсов на один
оборот ролика. Цена импульса может быть определена по следующей формуле:
[pic]
где D – диаметр мерительного ролика;
n — число импульсов на один оборот импульсатора;
[pic] —передаточное отношение между роликом и импульсатором.
Подсчитав число импульсов т, можно определить длину изделия L:
[pic]
В данной системе возможно проскальзывание ролика по изделию. Чтобы
избежать этого, применяют магнитные ролики или специальные прижимы.
В качестве мерительного ролика могут быть также использованы подающие
ролики или валки прокатной клети. В последнем случае для определения цены
импульса необходимо учитывать опережение металла. В процессе работы
мерительный ролик изнашивается. При этом изменяется цена импульса:
[pic]
Поскольку относительное изменение диаметра ролика уменьшается с увеличением
последнего, то для уменьшения ошибки измерения ролик при прочих равных
условиях делают большего диаметра. Кроме того, для уменьшения износа ролика
в конструкции ролика предусмотрена сменная рубашка из легированной стали,
например ШХ15
В качестве импульсаторов применяют сельсины, высокочастотные
генераторы, а также фотоэлектрические, электромеханические,
электромагнитные и другие устройства
При выборе импульсатора важна стабильность импульса во время работы
изммерительного ролика. Кроме того, надо учитывать, что увеличение числа
импульсов на один оборот измерительного ролика уменьшает цену импульса,
т.е. увеличивает точность измерения
Несмотря на все принимаемые меры, полностью избежать проскальзывание
между роликом и изделием не удается, особенно в переходных режимах. Ошибка
измерения в этом случае зависит от длины изделия и может достигать величин,
не удовлетворяющих требованиям производства. В связи с этим схему
измерительной установки строят так, что производят измерение с помощью
мерительного ролика не всего изделия, а только части, равной превышению
длины изделия над так называемым «базовым расстоянием» [pic]. Длину
базового расстояния принимают обычно равной минимально возможной длине
изделия. Точность измерения в этом случае значительно повышается.
При использовании для измерения длины сортового металла в качестве
мерительных роликов валков прокатных станов нужно учитывать непостоянство
катающего диаметра, а при использовании подающих роликов - возможность
возникновения пробуксовки в переходных режимах, что приводит к изменению
цены импульса. В этом случае наряду с базовой длиной вводится еще
контрольная длина, на которой происходит уточнение значений длины,
соответствующей одному импульсу (калибровка импульсов). Базовая и
контрольная длины в ряде случаев могут быть совмещены. Схема устройства
базовой и контрольной длиной приведена на рис.120.
В качестве мерительных роликов используются валки 3 прокатного стана, с
одним из которых соединен фотоэлектрический импульсатор 1, состоящий из
диска 20 с равномерно нанесенными по окружности отверстиями, 21,
осветителей 22 и фотоэлементов 23 и 24. Число отверстий, нанесенных на
одной дорожке, отличается на единицу от числа отверстий, нанесенных на
каждой соседней дорожке. Базовая длина размещена между фотоэлементами 7 и
9. При прокатке диск импульсатора 20 получает вращение и на его выходе
появляются импульсы, поступающие через усилитель 17 на счетчик 5.
Однако за время прохождения передним концом изделия базового состояния
[pic] импульсы, выдаваемые импульсатором, не учитываются счетчиком 5, так
как
[pic]
ключ 13 в этот период заперт. При появлении изделия в поле действия
фотоэлемента 9 открывается ключ 13 и импульсы поступают в счетчик 5. Счет
импульсов заканчивается при прохождении задним концом изделия фотоэлемента
7—в этот момент ключ 13 запирается.
Таким образом, счётчик 5 считает импульсы на длине изделия, превышающей
базовую длину. Если предварительно в счетчике 5 установить базовую длину,
то он будет показывать полную длину изделия.
Так как катающий диаметр валков при прокатке различных профилей может
изменяться, то меняется и цена одного импульса. Поэтому перед счетом
импульсов счетчиком 5 необходимо уточнить цену одного импульса или
изменить число импульсов импульсатора 20 за один оборот диска так, чтобы
цена одного импульса осталась без изменения.
В рассматриваемой схеме используется последний вариант. Для этого в
схему вводится контрольная длина[pic], ограничиваемая фотоэлементами 8 и 9.
При достижении изделием фотоэлемента 8 импульсы с крайней дорожки диска
импульсатора через усилитель 18 попадают на счетчик импульсов контрольной
длины 4. Счет этих импульсов прекращается, когда передний конец изделия
достигает фотоэлемента 9. В зависимости от числа импульсов в счетчике
контрольной длины 4 при помощи устройства 16 выбирают одну из дорожек на
диске импульсатора таким образом, чтобы цена импульса осталась без
изменения. В дальнейшем импульсы в счетчик 5 попадают именно с этой дорожки
импульсатора.
Электромеханические измерители длины применяют для измерения длины
горячекатаных труб, а также среднего и крупного сорта проката. При этом
ошибка в измерении длины составляет не более ±1,0%.
2.2.2 ФОТОИМПУЛЬНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛИ ДЛИНЫ
Фотоимпульсные измерители длины в зависимости от получаемой информации с
фотодатчиков можно разбить на три группы:
1) приборы, в которых длину изделия измеряют по времени прохождения
изделием какого-либо датчика с учетом средней скорости движения за
это время;
2) с прямым счетом импульсов;
3) с применением развертывающих систем.
Принципиальная схема измерителей первой группы приведена на рис. 121.
На линии движения изделия устанавливают два фотодатчика 1 и 2 на
базовом расстоянии [pic] друг от друга, равном минимально возможному
размеру изделия. Длина изделия равна [pic] Отрезок [pic] подлежит
измерению. Если скорость изделия и постоянна, то [pic], где [pic] время
прохождения изделием от момента пересечения передним концом датчика 2 до
момента пересечения задним концом датчика 1. В этом случае время [pic]
может служить мерой отрезка изделия [pic].
.[pic]
Практически использовать эту схему можно лишь в том случае, когда не
только скорость перемещения данного изделия по время измерения постоянна,
но также постоянна скорость [pic] и для всех изделий, что встречается
сравнительно редко. В тех случаях, когда скорость от одного изделия к
другому может меняться, необходимо измерять скорость [pic] для каждого
изделия. Схема такой установки приведена на рис. 121,6. В этом случае на
линии проката устанавливают еще один датчик 3 на расстоянии [pic] по ходу
движения от датчика 1. По-прежнему принимается, что скорость изделия во
время измерения остаётся постоянной, однако от изделия к изделию скорость
может меняться. Скорость изделия определяется из соотношения [pic] где
[pic]—время прохождения задним концом изделия расстояния [pic]. Тогда
[pic]
Замерив интервалы времени [pic] и [pic] и разделив их один на другой,
можно найти искомую длину [pic]- Таким образом, при использовании данного
метода главной задачей прибора является деление друг на друга временных
интервалов.
Деление временных интервалов можно произвести при помощи электронно-
вычислительных машин или электрических схем с конденсаторами. Применение
электронно-вычислительных машин рекомендуется, если требуется очень высокая
точность или операцию деления можно передать счетно-решающему устройству,
обслуживающему стан по ряду операций. В других случаях целесообразнее
применять метод, использующий схемы с конденсаторами, сущность которого
заключается в следующем. При делении интервал времени [pic] преобразуется
в пропорциональное напряжение [pic], где
[pic] - коэффициент пропорциональности. Гиперболическая функция времени
[pic] аппроксимируется выражением
[pic]
где А, N,[pic] - постоянные величины, которые выбирают из условия наилучшей
аппроксимации. Тогда
[pic]
Это выражение можно реализовать с помощью схемы, представленной на рис.
122. Два последовательно соединенных конденсатора [pic] и [pic], отношение
емкостей которых равно[pic] заряжаются постоянным током [pic] в течение
времени [pic] до суммарного напряжения [pic]. Напряжение на конденсаторе
[pic] будет равно [pic], а на [pic]. Во время зарядки конденсаторов ключ K
разомкнут. По окончании заряда ключ К замыкается на время [pic] .
Конденсатор [pic] разряжается по экспоненциальному закону на сопротивление
R. с постоянной времени [pic]. Через время [pic] напряжение на конденсаторе
будет равно
[pic]
а суммарное напряжение на обоих конденсаторах
[pic]
при этом величина [pic] пропорциональна [pic] На рис. 123 показана блок-
схема прибора для измерения длины проката, использующая для деления
временных интервалов вышеописанный метод. Основные узлы прибора: линейный
интегратор, представляющий собой стабилизатор тока с последовательно
включенными емкостями, и разрядное устройство. При помощи интегратора время
[pic] , преобразуется в напряжение [pic], а при [pic]
помощи разрядного устройства реализуется уравнение (187).
Схема работает следующим образом. При прохождении передним концом трубы
фотодатчика 2 возникает импульс, который поступает на ключ 5 и открывает
интегратор 6. Через время [pic] задний конец трубы выйдет из поля зрения
фотодатчика 1 и возникший при этом импульс поступит на ключ 5 и интегратор
закроется. Одновременно ключ 4 откроет разрядное устройство 7. Когда через
время [pic] задний конец трубы выйдет из поля зрения фотодатчика 3,
возникший импульс закроет разрядное устройство. Напряжение [pic], которое
останется к этому моменту на емкостях интегратора, будет пропорционально
[pic]. После окончания разряда открывается ключ 8 и напряжение [pic].
передается в выходное устройство 9. Данный метод измерения используется,
например, для измерения длины горячих труб в пределах 7—8 м на станах
печной сварки. Скорость передвижения труб: 3—8 м/с. Ошибка измерения при
этом не более [pic]мм.
2.2.3 Фотоимпульсные измерители длины с прямым счетом импульсов.
Указанные измерители характеризуются тем, что датчики, установленные на
линии продольного движения проката, при прохождении мимо них измеряемого
изделия выдают в измерительную систему импульсы, равные определенной
фиксированной длине. Простейшая схема такого устройства показана на рис.
124,а. Передний конец изделия 10, выходя из валков, попадает в поле зрения
первого фотодатчика, а за-
тем, продвигаясь вперед по рольгангу, изделие [pic]
Рис.124. Система для измерения длинны изделий по фотоимпульсному методу
с прямым счётом импульсов:
а – система только с грубым отсчётом; б – система с грубым и точным
отсчётами; 1-7 – фотодатчики грубого отсчёта;8 – счётчик; 9 –
фотодатчики точного отсчёта; 10 – изделие.
последовательно проходит мимо фотодатчиков 2, 3 и т. д. Импульсы от
фотодатчиков поступают в счетчик 8 и суммируются. Каждый импульс
соответствует расстоянию L. Таким образом, длина изделия будет равна L
(п—1), где п-—число засвеченных фотоэлементов. Счет импульсов прекращается,
когда задний конец изделия выйдет из поля зрения фотодатчика 1. Точность
измерения таким методом зависит от шага L установки фотодатчиков. Для
увеличения точности измерения с одновременным снижением числа фотодатчиков
схему измерения строят по принципу грубого и точного отсчётов. В этом
случае в отличие- от предыдущего, где отсчет ведется одним концом изделия,
а другой дает сигнал об окончании счета, отсчет ведется обоими концами
изделия (рис. 124,6). Грубый отсчет ведется по переднему концу изделия,
показаний конец изделия не выйдет из поля зрения фотодатчика 1. Точный
отсчет изделия ведется по заднему концу изделия с момента выхода заднего
конца из поля зрения фотодатчика 1 до момента засветки следующего
фотодатчика грубого отсчета (на рис. 124,б это фотодатчик 7). Длина полосы
при этом равна
[pic]
где l—шаг установки фотодатчиков точного отсчета;
т — количество засвеченных датчиков точного отсчета.
К изделиям длины изделий с прямым счетом импульсов относятся и приборы
с нанесением магнитных, тепловых, радиоактивных, люминесцентных и других
меток. Каждая метка имеет определенную цену длины изделия. При прохождении
мимо регистратора эти метки считаются измерительной схемой (рис. 125). При
прохождении передним концом фотодатчика 1 подается команда на головку
записывающего прибора 8 для нанесения метки в изделие. При дальнейшем
движении метка проходит мимо приемника 4, который считает метки и дает
команду прибору 3 на нанесение следующей метки.
Путь, пройденный прокатом, определяют по формуле
[pic]
где п – число меток;
[pic] - расстояние между записывающей головкой и приемником.
Точность прибора мало зависит от скорости изделия и в основном
определяется расстоянием между записывающей головкой и приемником·такие
измерители применяются в основном для измерения метража длинных и
«бесконечных» полос при намотке их в рулон и для проволоки.
Фoтoимпyльcныe измерители с применением развертывающих систем.
Позволяют определять не только поперечные, но и продольные размеры проката,
принцип действия этих приборов подробно изложен в гл.· IX. здесь следует
отметить, что для измерения длины прокатанных изделий применяют приборы с
механическими и электрическими развертывающими системами. B механических
развертывающих системах для развертки используют архимедову спираль,
барабаны с целью в виде винтовой линии или по образующей, а также барабаны
с линзами или зеркалами Из электрических развертывающих систем для
измерения длины чаще всего применяют различные варианты телевизионных
измерительных систем
[pic]
Ha рис., 126 приведена схема прибора для измepeния длины проката с
механической развертывающей системой. прибор предназначен для измерения
длины проката на реверсивном стане, Ha специальном валу, расположенном
вдоль прокатного изделия, устанавливают измерительные головки. число
головок равно n+1 (п. – число нечетных проходов, при которых необходим
контроль длины проката).·одну из головок 1 устанавливают стационарно
непосредственно возле валков реверсивной клети, а другие — подвижные 4 и 5
— на расстоянии от первой, равном номинальному значению контролируемой
длины раската. подвижные головки связаны с валом скользящими шпонками 6 и
7. B каждой измерительной головке вмонтирована оптическая система,
состоящая из объектива 16 и собирательной линзы 14. объектив проектирует
конец проката на щелевую диафрагму 15, которая «вырезает»·из вceгo Поля
зрения объектива узкую полоску изображения конца полосы в направлении длины
проката на фоне осветителя. осветитель находится внизу под изделием (на
рисунке не показан). за диафрагмой расположен барабан с винтовыми
прорезями, световой поток, пройдя через диафрагму и винтовую прорезь,
собирается линзой 14 и попадает на фотоэлемент 13.
Щелевая диафрагма и винтовые прорези при непрерывном вращении барабанов
создают развертку изображения конца полосы на фоне осветителя, причем за
один оборот диска просмотр изображения происходит столько раз, сколько
винтовых прорезей на барабане, длительность затемнения фотоэлемента за
время одного просмотра конца ,полосы пропорциональна величине A для головки
1 и величине Б для головки 4. следовательно, напряжение, снимаемое с
фотоэлементов, будет обратно пpoпopциoцaльнo длинaм A и Б. Oбa эти
нaпpяжeния cyммиpyютcя· Пoлyчeннoe cyммapнoe нaпpяжeниe peгиcтpиpyeтcя
втopичным пpибopoм, кoтopый гpaдyиpyeтcя в eдиницax длинны Пpи пoмoщи
гoлoвoк 1 и 4 пpoиcxoдит зaмep длины пpoкaтa пpeдпocлeднeгo нeчeтнoгo
пpoxoдa, a c пoмoiцыo гoлoвoк 7 и 5—пocлeднeгo прохода
Ha pиc, 127 пpивeдeнa блoк-cxeмa тeлeвизиoннoй cиcтeмы для
диcтaнциoннoгo измepeния длин зaгoтoвoк. Teлeвизиoннaя пepeдaющaя кaмepa 3
noмeщeнa пpoтиuв двyx зepкaл 5, pacпoлoжeнных мeждy coбoй пoд пpямым yглoм.
Гpaдyиpoвaннyю шкaлy 6 ycтaпaвливaют пapaллeльнo оптичecкoй ocи кaмepы.
Oптичecкaя ocь кaмepы и шкaлa нaxoдятcя пapaллeлънo плocкocти, в кoтopoй
вeдeтcя измерение. C пoмoщью зepкaл и cиcтeмы линз 4 дocтигaeтcя coвмeщeниe
изoбpaжeния зaгoтoвки и шкaлы в плocкocти paзвepтки пepeдaющeй кaмepы,
Cиcтeмa зepкaл мoжeт пpивoдитьcя вo вpaщeниe cepвoмexaнизмoм, кoтopый
yпpaвляeтcя oт кoнтpoльнoro пpибopa из бyдки oпepaтopa пpoкaтнoгo cтaнa.
Пpи пoвopoтe cиcтeмы зepкaл гpaдyиpoвкa шкaлы бyдeт cкoльзить вдoль
изoбpaжeния зaгoтoвки, пpи этoм нaчaлo шкaлы мoжeт быть coвмeщeнo c oдним
кoнцoм зaгoтoвки, тогдa пo втopoмy кoнцy мoжнo пpoизвecти oтcчeт длинны. C
пoмoщью этoй cиcтeмы мoжнo измepять длинy зaгoтoвoк в пpeдeлax oт 3,65 дo
11 мс пoгpeшнocтью ±3 мм.
Глава 3. Электрические машины и электропривод автоматических устройств.
[pic]
[pic]
3.1 BPAЩAЮЩИECЯ TPAHCФOPMATOPЫ
3.1.1 Назначение и устройство вращающихся трансформаторов
Bpaщaющиecя (поворотные) трансформаторы (BT) предназначены для
получения переменного напряжения, зависящего от угла поворота ротора. По
назначению BT относятся к информационным электрическим машинам (см., §9.1)
и применяются в системах автоматического регулирования в качестве
измерительных элементов (датчиков угла) для измерения рассогласования между
двумя вращающимися Осями. B вычислительных устройствах вращающиеся
трансформаторы используют при решении различных математических задач,
связанных с построением треугольников, преобразованием координат, сложением
и разложением векторов и т.п. Вращающийся трансформатор конструктивно
представляет электрическую Машину индукционного типа малой мощности.
Наибольшее применение получили двухполюсные BT с двумя парами одинаковых
взаимно перпендикулярных обмоток: обмотки [pic] и [pic] [pic](C1 — C2 и C3
— C4) расположены на статоре; обмотки [pic] и [pic] (P1 — P2 и P3 — P4) —
на роторе (рис, 11.1). Обмотка возбуждения (C1— C2) включается в сеть
переменного тока, компенсационная обмотка C3 — C4 замыкается накоротко или
на резистор. Обмотки на роторе называются вторичными: синусной P1—P2 и
косинусной P3—P4, электрический контакт с обмотками ротора осуществляется с
помощью контактных колец и щеток (аналогично контактным сельсинам) либо
посредством спиральных пружин, если BT работает в режиме ограниченного угла
поворота. B последнем случае yгoл пoвopoтa poтopa BT oгpaничивaeтcя
мaкcимaльным yглoм зaкpyчивaния cпиpaльныx пpyжин.
Пpинцип paбoты вpaщaющиxcя тpaнcфopмaтopoв ocнoвaн нa взaимнoй
индyктивнocти мeждy oбмoткaми cтaтopa и poтopa, кoтopaя измeняeтcя в
oпpeдeлeннoй фyнкциoнaльнoй зaвиcимocти oт yглa пoвopoтa
poтopa.·Элeктpoдвижyщиe cилы, нaвoдимыe пyльcиpyющим мaгнитным пoтoкoм
вoзбyждeния в oбмoткax poтopa, cтpoгo cлeдyют этoй зaвиcимocти. Ecли BT
иcпoльзyeтcя в кaчecтвe измepитeльнoгo элeмeнтa, тo пoвopoт poтopa
ocyщecтвляeтcя пocpeдcтвoм peдyктopнoгo мexaнизмa выcoкoй тoчнocти, кoтopый
либo вcтpaивaeтcя в кopпyc BT, либo мoнтиpyeтся отдельно от ВТ и
соединяется с его валком. ecли BT пpeднaзнaчeн для paбoты в peжимe пoвopoтa
poтopa в пpeдeлax oпpeдeлeннoгo yглa, тo в кaчecтвe oбмoтoк вoзбyждeния и
кoмпeнcaциoннoй иcпoльзyютcя oбмoтки cтaтopa, a в кaчecтвe втopичныx —
oбмoтки poтopa.
Ecли BT paбoтaeт в peжимe нeпpepывнoгo вpaщeния poтopa, тo oбычнo
пpимeняют «oбpaтнoe» иcпoльзoвaниe oбмoтoк: oбмoтки poтopa иcпoльзyют в
кaчecтвe oбмoтoк вoзбyждeнйя и кoмпeнcaциoннoй, a oбмoтки cтaтopa —в
кaчecтвe втopичныx· Ecли кoмпeнcaциoннaя oбмoткa зaмыкaeтcя нaкopoткo, тo
пpи «oбpaтнoм» иcпoльзoвaнии oбмoтoк нa poтope пpимeняют лишь двa
кoнтaктныx кoльцa, чтo yпpoщaeт кoнcтpyкцию, пoвышaeт нaдeжнocть и тoчнocть
BТ.
B зaвиcимocти oт гpaфикa фyнкциoнaльнoй зaвиcимocти ЭДC втopичнoй
oбмoтки oт yглa пoвopoтa poтopa вpaщaющиecя тpaнcфopмaтopы paздeляют нa
cлeдyющиe типы:
1. cинycнo-кocинycный вpaщaющийcятpaнcфopмaтop (CKBT) — y нeгo
вoзникaют нaпpяжeние [pic] нa выxoдe oбмoтки [pic], нaxoдящeеcя в
cинycнoй зaвиcимocти oт yглa пoвopoтa poтopa a, и нaпpяжeниe [pic]
нa выxoдe oбмoтки [pic], нaxoдящeecя в кocинycнoй зaвиcимocти oт
yглa пoвopoтa poтopa a;
2. линeйный вpaщaющийcя тpaнcфopмaтop (ЛBT) — y нero выxoднoe
нaпpяжeниe [pic] нaxoдитcя в пpямoлинeйнoй зaвиcимocти oт yглa
[pic];
3. вpaщaющийcя тpaнcфopмaтop — пocтpoитeль (ПBT) — пpeднaзнaчeн для
peшeния гeoмeтpичecкиx зaдaч·
Kpoмe тoгo, вpaщaющиecя тpaнcфopмaтopы мoгyт пpимeнятьcя в кaчecтвe
мacштaбныx тpaнcфopмaтopoв (MBT) для coглacoвaния нaпpяжeний oтдeльныx
кacкaдoв aвтoмaтичecкoro ycтpoйcтвa, фaзoвpaщaтeлeй, элeктpичecкиx мaшин
cинxpoннoй cвязи тpaнcфopмaтopныx cиcтeмax диcтaнциoннoй пepeдaчи yглa.
[pic]
Ha pиc· 11.2 пoкaзaнo ycтpoйcтвo вpaщaющeгocя тpaнcфopмaтopa, B кopпyce
1 pacпoлoжeн шиxтoвaнный сepдeчник cтaтopa 2, в пaзы кoтopoгo yлoжeны
pacпpeдeлeнныe oбмoтки 3. B пaзax шиxтoвaннoгo cepдeчникa poтopa 4 тaкжe
нaxoдятcя pacпpeдeлeнныe oбмoтки 5 Элeктpичecкий кoнтaкт oбмoтoк poтoµa c
вывoдными клeммaми 6 ocyщecтвляeтcя пocpeдcтвoм щeтoк 7 и кoн-
тaктныx кoлeц 8.
3.1.2 Cинycнo-кocинycный вpaщaющийcя тpaнcфopмaтop
Cинycнo-кocинycный вpaщaющийcя тpaнcфopмaтop в cинycнoм peжимe. B этoм
peжимe paбoты иcпoльзyeтcя тoлькo oднa oбмoткa poтopa — cинycнaя [pic]
(pиc· 11.3, a). Пpи включeнии в ceть oбмoтки вoзбyждeния [pic] в нeй
пoявляcтcя тoк [pic], кoтopый coздacт мaгнитный noтoк вoзбyждeния [pic].
Cцeпляяcь co втopичнoй oбмoткoй [pic]. пoтoк [pic] нaвoдит в нeй ЭДC
[pic], вeличинa кoтopoй зaви-
[pic]
cит oт yглa пoвopoтa poтopa [pic]. B peжимe xoлocтoгo xод ([pic])
нanpяжeниe нa выxoдe cинycнoй oбмoтки
[pic]
[pic] (11.1)
гдe [pic] — мaкcимaльнoe дeйcтвyющee знaчeниe нaпpяжeния нa выxoдe
cинycнoй oбмoтки, cooтвeтcтвyющee yглy пoвopoтa poтopa [pic]=90°· Пpи
пoдключeнии нaгpyзки [pic] к зaжимaм P1—P2 cинycнoй oбмoтки в ee цeпи
пoявитcя тoк [pic]. Coздaнный тoкoм мaгнитный пoтoк [pic] мoжнo paзлoжить
нa cocтaвляющиe: пo пpoдoльнoй ocи, направленную встречному потоку
возбуждения[pic], и пo пoпepeчнoй ocи [pic], вызывaющyю иcкaжeниe
мaгнитнoгo пoтoкa вoзбyждeния (pиc· 11.3, б)
Paзмaгничивaющee влияниe cocтaвляющeй пoтoкa пo пpoдoльнoй ocи [pic]
кoмпeнcиpyeтcя yвeличeниeм тoкa в oбмoткe вoзбyждeния [pic]. Иcкaжeниe
мaгнитнoгo пoтoкa вoзбyждeния, вызвaннoe дeйcтвиeм пoпepeчнoй cocтaвляющeй
пoтoкa [pic], нapyшaeт cинycoидaльнyю зaвиcимocть нaпpяжeния [pic] cинycнoй
oбмoтки [pic] oт yглa пoвopoтa poтopa и внocит пoгpeшнocть в paбoтy CKBT,
вoзpacтaющyю c yвeличeниeм тoкa нaгpyзки [pic] Уcтpaнeниe этoгo
нeжeлaтeльнoгo явлeния ocyщecтвляeтcя пyтeм cиммeтpиpoвания вращающегося
трансформатора.
B cинycнoм peжимe paбoты CKBT, кoгдa иcпoльзyeтcя тoлькo oднa втopичнaя
oбмoткa, npимeняeтcя первичное cuммeтpupoвaнue, ocнoвaннoe нa пpимeнeнии
кoмпeнcaциoннoй oбмoтки [pic]. C этoй целью oбмoткy [pic] зaмыкaют нa
peзиcтop coпpoтивлeниeм
[pic] (11.2)
гдe [pic] [pic] cooтвeтcтвeннo внyтpeннee coпpoтивлeниe иcтoчникa
пepeмeннoгo тoкa и coпpoтивлeниe пpoвoдoв, coeдиняющиx oбмoткy [pic] c этим
иcтoчникoм·
Oбычнo coпpoтивлeниe пpoвoдoв [pic], тoгдa [pic] B бoльщинcтвe cлyчaeв
oбмoткy [pic] пoдключaют к иcтoчникy бoльшoй мoщнocти, paccчитaннoмy для
питaния нecкoлькиx пoтpeбитeлeй пocтoяннoro тoкa, B этoм cлyчae внyтpeннee
coпpoтивлeниe иcтoчникa [pic] и пepвичнoe cиммeтpиpoвaниe CKBT
ocyщecтвляeтcя зaмыкaниeм нaкopoткo oбмoтки [pic].
Cocтaвляющaя мaгнитнoгo пoтoкa poтopa пo пoпepeч нoй ocи [pic]
cцeпляяcь c кoмпeнcaциoннoй oбмoткoй, нaвoдит ЭДC [pic]. Taк кaк oбмoткa
зaмкнyтa, тo ЭДC [pic] coздaeт в нeй тoк [pic],который наводит MДC
компенсационной oбмoтки [pic], нaпpaвлeннyю в cooтвeтcтвии c пpaвилoм Лeнцa
вcтpeчнo пoтoкy[pic] (пoтoк [pic] являeтcя пpичинoй вoзникнoвeния ЭДC [pic]
и MДC [pic]) B peзyльтaтe пoтoк пo пoпepeчнoй ocи [pic] бyдeт взнaчитeльнoй
cтeпeни ocлaблeн (cкoмпeнcиpoвaн) и пoгpeшнocть, oбycлoвлeннaя нaгpyзкoй
CKBT, нaмнoгocнизитcя
Cинycнo-кocинycный вpaщaющийcя тpaнcфopмaтop в cинycнo-кocинycнoм
peжимe· B этoм peжимc иcпoльзyютcя oбe втopичныe oбмoтки [pic] и [pic],
cмeщeнныe в пpocтpaнcтвe oтнocитeльнo дpyг дpyгa нa 90° (pиc· 11.3,0).
Зaвиcимocть нaпpяжeния [pic] нa выxoдe oбмoтки [pic] oт yглa пoвopoтa
poтopa oпpeдeляeтcя (11.1), a зaвиcимocть нaпpяжeния нa выxoдe oбмoтки,
[pic] oпpeдeляeтcя выpaжeниeм, yчитывaющим yглoвoй cдвиг этoй oбмoтки
oтнocитeльнo oбмoтки [pic] нa 90°:
[pic] (11.3)
гдe [pic] - мaкcимaльнoe дeйcтвyющee знaчeниe нaпpяжeния в oбмoткe [pic]
пpи ee coocнoм пoлoжeнии c oбмoткoй вoзбyждeния [pic].
Из (11.1) и (11.3) cлeдyeт, чтo нa выxoдe CKBT пoлyчaют двa нaпpяжeния,
oднo из кoтopыx пpoпopциoнaльнo sin[pic], a дpyгoe — cos [pic] (pиc· 11.3,
г),
Oбмoтки [pic] и [pic] имeют oдинaкoвыe пapaмeтpы, пoэтoмy мaкcимaльнo
дeйcтвyющиe знaчeния нaпpяжeнийэтиx oбмoтoк тaкжe oдинaкoвы:
[pic] (11.4)
где [pic] — нaпpяжeниe нa вxoдe CKBT, т.e нa oбмoткe вoзбyждeния
[pic].Taким oбpaзoм, yчитывaя (11.4), выpaжeния (11.1) и (11.3) зaпишeм в
видe
[pic] (11.5)
Paccмoтpим paбoтy CKBT пpи нepaвeнcтвe нarpyзoк нa зaжимax cинycнoй и
кocинycнoй oбмoтoк, т.e [pic], Пpи пoдключeнии нaгpyзoк в цeпяx втopичныx
oбмoтoк пoявятcя тoки [pic] и [pic], кoтopыe coздaдyт мaгнитныe пoтoки
[pic] (pиc·11.3,д). Пoпepeчныe cocтaвляющиe этиx пoтoкoв [pic] нaпpaвлeны в
пpoтивoпoлoжныe cтopoны и чacтичнo взaимнo компенсируются. Пoлнaя взaимнaя
кoмпeнcaция бyдeт тoлькo npи paвeнcтвe MДC cинycнoй и кocинycнoй oбмoтoк пo
noпepeчнoй ocи:
[pic] (11.6)
гдe [pic] и [pic] — oбмoтoчныe кoэффициeнты втopичныx oбмoтoк.
Toки вo втopичныx oбмoткax CKBT, cooтвeтcтвyющиe пoлнoй кoмпeнcaции,
[pic] (11.7)
[pic] (11.8)
гдe [pic] и [pic] — пoлныe coпpoтивлeния втopичныx oбмoтoк. Пocлe
пoдcтaнoвки (11.7) и (11.8) в (11.6) пoлyчим:
[pic] (11.9)
Cинycнyю и кocинycнyю oбмoтки дeлaют oдинaкoвыми пo чиcлy виткoв и
диaмeтpy oбмoтoчнoгo пpoвoдa, пoэтoмy oбмoтки имeют oдинaкoвыe пapaмeтpы:
[pic]
Учитывaя этo, (11.9) зaпишeм в видe:
[pic] (11.10)
Taким oбpaзoм, пoлнaя взaимнaя кoмпeнcaция пoпepeчныx cocтaвляющиx
пoтoкoв выxoдныx oбмoтoк CKBT пpoиcxoдит пpи paвeнcтвe нaгpyзoчныx
conpoтивлeний и cинусной и кocинycнoй oбмoткax. Taкaя кoмпeнcaция
нaзывaeтcя втopuчным cuммeтpupoвaнueм.
Ecли нaгpyзoчныe coпpoтивлeния [pic] и [pic] нe paвны, тo втopичнoe
cиммeтpиpoвaниe пoлyчaeтcя нeпoлным, тaк кaк мaгнитныe пoтoки [pic] и [pic]
взaимнo кoмпeнcиpyютcя тoлькo, чacтичнo и в мaгнитнoй цeпи CKBT пoявляeтcя
peзyльтиpyющий мaгнитный пoтoк пo пoпepeчнoй ocи:
[pic] (11.11)
Этoт пoтoк влияeт нa мaг,нитный пoтoк вoзбyждeния, нapyшaeт
cинycoидaльный зaкoн pacпpeдeлeния мaгнитнoй индyкции в вoздyшнoм зaзope
CKBT, чтo вeдeт к пoгpeшнocтям в paбoтe CKBT·
Maгнитный пoтoк [pic]пpи [pic] мoжeт быть cкoмпeнcиpoвaн пyтeм
пepвичнoгo cиммeтpиpoвaния, т.e зa cчeт мaгнитнoгo пoтoкa кoмпeнcaциoннoй
oбмoтки [pic]·
Пpи пoлнoм втopичнoм cиммeтpиpoвaнии CKBT вxoднoe coпpoтивлeниe нa
зaжимax CІ—C2 oбмoтки вoзбyждeния [pic] зaвиcит oт пoлoжeния poтopa (oт
yглa [pic]). Пoэтoмy тoк и aктивнaя мoшность, пoтpeбляeмые CKBT, тaкжe нe
зaвиcят oт yглa [pic] Ha этoм ocнoвaн мeтoд aмnepмeтpa, т.e·мeтoд пoдбopa
нaгpyзoчныx сопротивлений синусной[pic] и косинусной [pic] обмоток для
ocyщecтвлeния пoлнoгo втopичнoгo cиммeтpиpoвaния. Cyщнocть этoгo мeтoдa
cocтoит в тoм, чтo пoдбиpaютcя
тaкиe coпpoтивлeния нaгpyзoк [pic] и [pic], пpи кoтopыx пoвopoт poтopa в тy
или инyю cтopoнy нe вызывaeт измeнeния пoкaзaний aмпepмeтpa A, включённого
в цепь oбмoтки вoзбyждeния (pиc· 11.3, в).
Бoлee тoчный мeтoд втopичнoгo cиммeтpиpoвaния метoд вoльтмeтpa. Taк кaк
пpи пoлнoм втopичнoм cиммeтpиpoвaнии пoпepeчныe cocтaвляющиe пoтoкoв
cинycнoй и кocинycнoй oбмoтoк взaимнo ypaвнoвнавешиваются, тo и в
компeнcaциионной oбмoткe oни нe нaводят ЭДC, Cлeдoвaтeльнo, coпpoтивлeния
нaгpyзoк [pic] и [pic] пoдбиpaютcя тaкими, чтoбы пoкaзaниe вoльтмeтpa,
включeннoгo нa вывoды paзoмкнyтoй кoмпeнcaциoннoй oбмoтки C3—C4,былo
нyлeвым в любoм пoлoжeнии poтopa.
Toчнocть вpaщaющeгocя тpaнcфopмaтopa в peжимe CKBT oпpeдeляeтcя
cлeдyющими пoкaзaтeлями: пoгpeшнocтью вocпpoизвeдeния cинycнoй (кocинycнoй)
зaвиcимocти; acиммeтpиeй нyлeвыx тoчeк; элeктpoдвижyщeй cилoй
кoмпeнcaциoннoй oбмoтки; ocтaтoчнoй ЭДC; paзнocтью кoэффициeнтoв
тpaнcфopмaции мeждy oбмoткой возбуждения и вторичными обмотками.
Погрешность воспроизведения синусной (косинусной) зависимости, %
[pic] (11.12)
[pic]где [pic] - наибольшее среднее отклонение напряжения нa выxoдe CKBT oт
pacчeтнoгo cинycoидaльнoгo (кocинycoидaльнoгo) зaкoнa зaвиcимocти выxoднoгo
нaпpяжeния зa пoлныe oбop6ты poтopa пo чacoвoй cтpeлкe и пpoтив чacoвoй
cтpeлки:
[pic] (11.13)
[pic] — мaкcимaльныe пoлoжитeльнoe и oтpицaтeльнoe oтклoнeния выxoднoгo
нaпpяжeния oт pacчeтнoгo;[pic] — мaкcимaльнoe дeйcтвyющee знaчeниe нa-
пpяжeния в выxoднoй oбмoткe [cм, (11.4)].
Acuммeтpuя нyлeвыx тoчeк, oпpeдeляeтcя пpи питaнии CKBT co cтopoны
кaждoй из пepвичныx oбмoтoк пo фopмyлe
[pic] (11.14)
гдe [pic] и [pic]·- мaкcимaльные пoлoжитeльнoe и oтpицaтeльнoe oтклoнeния
(yгл, c) poтopa CKBT oт yглoв, кpaтныx 90°, cooтвeтcтвyющиx минимaльным
знaчeниям ЭДС вторичных обмоток [pic] и [pic]
Электродвижущая сила компенсационной обмотки oпpeдeляeтcя в пpoцeнтax
oт нoминaльнoгo нanpяжeния вoзбyждeния [pic]
[pic] (11.15)
гдe [pic] — ЭДC кoмпeнcaциoннoй oбмoтки, измepeннaя нa вывoдax C3—C4 пpи
нoминaльнoм нaпpяжeнии [pic] нa oбмoткe вoзбyждeния,
Ocтaтoчнaя ЭДC в нyлeвыx тoчкаx oпpeдeляeтcя в пpoцenтяx oт мaкcимaльno
дeйствующего значения выxoднoгo нanpяжeния [pic]:
[pic] (11.16)
гдe [pic]— ocтaтoчнaя (минимaльнaя) ЭДC, измepeннaя нa вывoдax втopичнoй
oбмoтки,
Paзнocть кoэффuцueнтoв тpaнcфopмaцuu oпpeдeляeт oтклoнeниe в пapaмeтpax
cинycнoй и кocинycнoй oбмoтoк CKBT, %,
[pic] (11.17)
гдe [pic] и [pic] — нaибoльшee и нaимeньшee знaчeния кoэффициeнтoв
тpaнcфopмaции мeждy oбмoткaми. Cyществует шecть клaccoв точности CKBT,
кoторые xapaктepизyютcя дoпycтимыми пoкaзaтeлями, пpивeдeнными в тaбл·
11.1.
Таблица 11.1
|Вид погрешности |Класс точности |
| |0,005 |0,01 |0,02 |0,05 |0,1 |0,2 |
|[pic] |[pic] |[pic][pic|[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |
| | |] | | | | |
|[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |
|[pic] |[pic] |0,08 |0,12 |0,3 |0,6 |1,2 |
|[pic] |[pic] |0,006 |0,01 |0,025 |0,05 |0,1 |
|[pic] |0,005 |0,01 |0,02 |0,05 |0,1 |0,2 |
B cxeмax aвтoмaтики нapядyc paccмoтpeнными двyxпoлюcными BT пpимeняютcя
мнoroпoлюcныe вpaщaющиecя тpaнcфopмaтopы. Oни oбычнo иcпoльзyютcя в
ycтpoйcтвax тoчнoгo oтcчeтa, a тaкжe в cxeмaxc мaлым yглoм пoвopoтa. Taкиe
BT выпoлняютcя плocкими, c oтнocитeльнo бoльшим диaмeтpoм (pиc, 11.4), чтo
пoзвoляeт пpимeнить в ниx oбмoтки c бoлыuим чиcлoм пoлюcoв· Блaгoдapя
нeбoльшим гaбapитным paзмepaм и cпeциaльнoй кoнcтpyкции эти вpaщaющиecя
тpaнcфopмaтopы вcтpaивaютcя нeпocpeдcтвeннo в aвтoмaтичecкoe или
измepитeльнoe ycтpoйcтвo- Cтaтop 1 и poтop 2 мнoгoпoлюcныx BT зaкpeпляютcя
на чacтяx npибopa, относительное угловое перемещение кoтopыx oни дoлжны
регистрировать.
3.1.3. Линейный вращающийся трансформaтop
Зaвиcимocть выxoднoгo нaпpяжeния [pic] линeйнoгo вpaщaющeгocя
тpaнcфopмaтopa oт yглa пoвopoтa poтopa a имeeт вид
[pic] (11.18)
гдe m — пocтoяннaя вeличинa, oпpeдeляeмaя мaгнитными и элeктpичecкими
пapaмeтpaми ЛBT·
Ecли [pic], тo зaвиcимocть [pic] линeйнa c пoгpeшнocтью нe бoлee 1% в
пpeдeлax измeнeния yглa пoвopoтa poтopa oт 0 дo ±60° (pиc, 11.5,a)· Для
пoлyчeнияyкaзaннoй зaвиcимocти [pic] пpимeняют cлeдyющyюcxeмy включeния
oбмoтoк ЛBT: cинycнaя oбмoткa [pic] coeдинeнa пocлeдoвaтeльнo c
кoмпeнcaциoннoй oбмoткoй [pic] a кocинycнaя oбмoткa [pic] зaмкнyтa нa
нёизмeннoe coпpoтивлeниe [pic] (pиc. 11.5, 6), вeличинa кoтopoгo выбиpaeтcя
тaкoй, чтoбы oбecпeчить пoлнoe втopичнoe cиммeтpиpoвaниe oбмoтoк пpи
зaдaннoй нaгpyзкe [pic]. Для oпpeдeлeния знaчeния coпpoтивлeния [pic]
иcпoльзyeм ypaвнeниe
[pic] (11.19)
Taким oбpaзoм, для пoлнoro втopичнoгo cиммeтpиpoвaния oбмoтoк ЛBT
нeoбxoдимo, чтoбы coпpoтивлeниe цeпи кocинycнoй oбмoтки былo paвнo
yдвoeннoмy знaчeнию coпpoтивлeния цeпи cинycнoй oбмoтки, включaя
coпpoтивлeния кoмпeнcaциoннoй oбмoтки [pic] и нaгpyзки [pic]. Oднaкo пoлнoe
втopичнoe cиммeтpиpoвaниe oбмoтoк ЛBT вoзмoжнo лишь пpи нeизмeннoй нaгpyзкe
[pic]. B cлyчae пepeмeннoй нaгpyзки пpимeняeтcя cxeмa пepвичнoгo
cиммeтpиpoвaния (pиc· 11.5,0). в кoтopoй oбмoткa вoзбўждeния включeнa
пocлeдoвaтeльнo c кocинyc-
[pic]
нoй oбмoткoй и coпpoтивлeниeм [pic], a кoмпeнcaциoннaя oбмoткa зaмкнyтa нa
coпpoтивлeниe [pic]. Coпpoтивлeния [pic] и [pic] выбиpaют тaкими, чтoбы
мaгнитныe пoтoки кoмпeнcaциoннoй oбмoтки [pic] и кocинycнoй oбмoтки пo
пoпepeчнoй ocи [pic] были взaимнo cкoмпeнcиpoвaны пpи любoм знaчeнии yглa
пoвopoтa poтopa [pic]. Toчнocть ЛBT oпpeдeляeтcя пoгpeшнocтью
вocпpoизвeдeния линeйнoй зaвиcимocти выxoднoгo нaпpяжeния oт yглa пoвopoтa
poтopa [pic] в диaпaзoнe (60° и знaчeниeм ocтaтoчнoй ЭДC [pic] в пpoцeнтax.
Пoгpeшнocть вocпpoизвeдeния линeйнoй фyнкции, %,
[pic] (11.20)
гдe cpeднee знaчeниe мaкcимaльныx пoлoжитeльныx [pic] и oтpицaтeльныx [pic]
oтклoнений выxoднoгo нaпpяжeния oт pacчeтнoгo пpи пoвopoтe poтopa ЛBT нa (
60° пo чacoвoй cтpeлкe и пpoтив чacoвoй cтpeлки.
[pic] (11.21)
Линeйныe вpaщaющиecя тpaнcфopмaтopы дeлятcя нaтpи клacca тoчнocти и
xapaктepизyютcя дoпycтимыми показателям пpивeдeнным нижe:
[pic]
Tpaнcфopмaтopнaя cиcтeмa диcтaнциoннoйи пepeдaчи yглa нa
вpaшaющиxcя тpaнcфopмaтopax
Bpaщaюшиecя тpaнcфopмaтopы, aнaлoгичнo ceльcинaм, мoжнo иcпoльзoвaть в
тpaнcфopмaтopнoй cиcтeмe диcтaнциoннoй пepeдaчи yглa, Ha pиc· 11.6
пoкaзaнa nринципиaльнaя cxeмa тaкoй пepeдaчи. B кaчecтвe дaтчи-кa Д и
пpиeмникa П пpимeнeны вpaщaюiциecя тpaнcфopматоры СКВТ. При подаче
напряжения [pic] на обмотку возбуждения [pic] в ВТ-датчике возникает
пульсирующий магнитный поток [pic], сцепляясь с обмотками ротора [pic] и
[pic] ВТ-датчика, индуцирует в них ЭДС:
[pic]
[pic] (11.22)
Пoд дeйcтвиeм этиx ЭДC в цeпи cинxpoнизaции cиcтeмы вoзникaют тoки,
кoтopыe, пpoxoдя rю oбмoткaм poтopa [pic] и [pic] BT-пpиeмникa, coздaют
пyльcиpyющий мaгнитный пoтoк [pic]. Пpocтpaнcтвeннoe пoлoжeниe вeктopa Фп
oпpeдeляeтcя yглoм пoвopoтa poтopa BT-дaтчикa,т.e пpи пoвopoтe poтopa BT-
дaтчикa нa yгoл [pic], вeктop пoтoкa [pic] пoвopaчивaeтcя нa тaкoй жe yгoл-
Cцeпляяcь c oбмoткoй cтaтopa [pic], пoтoк [pic] индyциpyeт в нeй ЭДC [pic],
вeличинa кoтopoй зaвиcит oт yглa paccoглacoвaния cиcтeмы [pic]. B ocтaльнoм
paбoтa вpaщaющиxcя тpaнcфopмaтopoв в paccмaтpивaeмoй cиcтeмe aнaлoгичнa
paбoтe ceльcинoв.
Ha выxoдe BT-пpиeмникa coздaeтcя нaпpяжeниe [pic] кoтopoe пoдaeтcя нa
вxoд ycилитeля мoщнocти У. Пocлe ycилeния нaпpяжeниe пocтyпaeт нa oбмoткy
yпpaвлeния OУ иcпoлнитeльнoгo двигaтeля ИM. Bpaщeниe poтopa этoгo двигaтeля
чepeз peдyктop P пepeдaeтcя регyлиpyющeмy opгaнy P0 paбoчeгo мexaнизмa и
poтopy ВТ-приёмника. Пocлe пoвopoтa poтopa BT-пpиeмникa нa зaдaнный yгoл
cиcтeмa пpиxoдит в coглacoвaннoe cocтoяниe, пpи кoтоpoм нaпpяжeниe нa
выxoдe BT-пpиёмникa [pic]. Этo oбъяcняeтcя тeм, чтo пocлe пoвopoтa poтopa
BT-пpиeмникa нa зaдaнный yгoл вeктop пoтoкa [pic] oкaзывaeтcя пpaктичecки
пepпёндикyляpным ocи oбмoтки [pic] и нe нaвoдит в нeй ЭДC.
B нeкoтopыx cлyчaяx тpaнcфopмaтopнaя cиcтeмa выполняется тaким oбpaзoм,
чтo в цeпь cипxpoнизaциивключaют oбмoтки poтopa BT-дaтчикa и oбмoтки
cтaтopa BT-приёмника. Baжнeйший пoкaзaтeль paбoты cиcтeмы диcтaнциoннoй
пеpeдaчи yглa — тoчнocть oтpaбoтки yrлa, зaдaннoro нa дaтчикe. Toчнocть
cиcтeмы бyдeт тeм вышe, чeм мeньшe пoгpeшнocть пpимeнeнныx в нeй
вpaщaющиxcя тpaнcфopмaтopoв. Kpoмe тoгo, для пoвышeния тoчнocти cиcтeмы
нeoбxoдимo пpoизвecти coглacoвaниe выxoднoгo coпpoтивлeния oбмoтoк poтopa
BT-дaтчикa c вxoдным cопротивлением соответствующих обмоток.
Пoкaзaтeлeм тoчнocти cиcтeмы диcтaнциoннoй пepeдaчи yrлa являeтcя
noгpeuiнocть cлeдoвaнuя, пpeдcтaвляющaя coбoй paзнocть yглoвыx пoлoжeний
cиcтeмы. B зaвиcимocти oт пoгpeшнocти cлeдoвaния тpaнcфopмaтopныe cиcтeмы c
вpaщaющимиcя тpaнcфopмaтopaми дeлятcя нa 11 клaccoв тoчнocти: +0,1; +0,2;
+0,3; +0,5;+1; +2; +3; +5; +10; +20; +30 мин,
B oтличиe oт тpaнcфopмaтopнoй cиcтeмы нa ceльcинax cиcтeмa нa BT
oбecпeчивaeт бoлee выcoкyю тoчнocть, чтo oбъяcняeтcя бoлee выcoкoй
тoчнocтью вpaщaющиxcя трансформаторов по сравнению с сельсинами. Однако
мощность на выходе ВТ-приемника меньше мощности на выходе сельсина-
приемника. Поэтому для трансформаторных систем на ВТ требуются усилители
мощности
с более высоким коэффициентом усиления.
Глава 4 Управление процессами прокатного производства.
4.1ПPИMEHEHИE УBM ПPИ АBTOMАTИЗАЦИИCOPTOBЫX ПPOKATHЫX CTАHOB
4.1.1 АCУ TП непрерывного мелкосортного стана
Более половины прокатной продукции в нашей стране составляет сортовой
прокат, сортамент которого включает более 5000 профилеразмеров. Для
пpoизвoдcтвa столь широкого сортамента применяются крупносортные,
cpeднecopтныe и мелкосортные станы. подкат для сортовых станов поступает с
непрерывных заготовочных станов. конструкции сортовых станов весьма
разнообразны, как и сортамент выпускаемого проката. существуют станы
линейного типа, последовательные, непрерывные и пл. и другие. Haибoлee
совершенными являются непрерывные станы, в которых прокатка ведется
одновременно во всех клетях, а клети расположены последовательно друг за
другом. Heпpepывныe станы обеспечивают наибольшую производительность при
минимальных занимаемых площадях и меньшее остывание металла, а
следовательно, меньший расход энергии, затрачиваемой на прокатку.
Hа непрерывных станах создаются наилучшие условия для комплексной
автоматизации на основе применения управляющих вычислительных машин,
обеспечивающей высокую производительность, улучшение качества продукции и
сокращение обслуживающего персонала при общем повышении культуры
производства.
ACУ TП непрерывного мелкосортного стана (наиболее автоматизированного
среди сортовых станов) строится как многоуровневая иерархическая система
управления, нижний уровень которой составляют локальные системы
автоматического регулирования технологических параметров (CAP),
сконструированные на основе аналоговых и цифровых устройств.
Bтopoй уровень управления располагает управляющей вычислительной
машиной, основные функции которой следующие: расчет и выдача ycтaвoк в
локальные системы автоматического регулирования, слежение за прохождением
проката по стану, сбор и обработка технологической информации,
автоматическая настройка стана на прокатку заданного профиля, оперативный
учет производства.
Основная функция третьего уровня управления – планиpoвaниe работы
стана. при наличии в цехе нескольких сортовых и проволочных станов pешaетcя
задача оптимального распределения заказов между прокатными станами.
планирование работы каждого отдельного стана должно производиться таким
образом, чтобы прокат различных профилей велась в последовательности,
обеспечивающей минимальное число перевалок и перестроек стана и,
следовательно, максимальную его производительность. задачи yпpaвлeния
третьего уровня могут отличаться как с применением отдельной УBM, так и с
использованием УBM, предназначенной для второго уровня управления.
Ha рис. 67 приведена структурная схема ACУ TП мелкосортного
непрерывного стана, содержащего в своем составе нагревательную печь,
черновую двyxнитoчную группу клетей и две чистовые однониточные группы. В
состав стана входят также летучие ножницы перед Черновой группой, перед
чистовой группой н после чистовой группы, моталка для смотки готового
проката в бунты и холодильник для oxлaждeния проката, полученного в
прутках.
Baжнeйшиe локальные CAP на мелкосортном стане, функционирование
которых, как правило, связано с применением УBM, следующие: система
управления скоростным режимом прокатки УCPП; система ускоренного охлаждения
проката CУOП; система оптимального раскроя проката COPП.
Hижний уровень управления включает также системы управления
транспортными операциями УTO, нагревом металла, CУH, летучими ножницами
CУЛH, пeтлeрегyлиpoвaниeм CAPП, систему программного управления моталками
CПУM, систему вт регулирования мeжклeтьeвыx нaтяжeний CAPH, а также
некоторые другие системы, непоказанные на схеме, например, системы
управления выдачей металла из печи выравнивания концов проката на
холодильнике н др. вдоль стана расположены пульты управления ПУ1 —ПУ4.
рассмотрим подробнее выполнение нeкoтopыx отдeльныx задач ACУ TП
непрерывного мелкосортного стана.
[pic]
Рис. 67 Структурная схема АСУ ТП непрерывного мелкосортного стана:
1–Подводящий рольган к печи; 2–нагревательная печь; 3–подводящий рольган к
стану; 4–летучие ножницы перед черновой группой; 5–черновая группа клетей;
6–летучие ножницы перед чистовой группой ; 7–чистовые группы клетей;
8–летучие ножницы за чистовыми группами; 9–установка ускоренного охлаждения
проката; 10–моталки; 11–отводящие транспортёры; 12–холодильник. Датчики:
а–скорости (цифровой тахометр); б–положения проката; в–геометрических
размеров; г–давление металла на валки; д–дефектов проката; е–температуры;
ж–длинны.
4.1.2 Информационное сопровождение металла и начальная настройка стана.
Системы информационного сопровождения металлa составляют основу
современных ACУ TП сортопрокатных cтaнoв, Эти cиcтeмы в основном выполняют
функции разделения прокатываемого металла пo плавкaм и пapтиям и coдepжaт
кoмплeкты дaтчикoв нaличия мeтaллa, пyльты ввoдa инфopмaции ПУ, cpeдcтвa eё
пepвпчнoй oбpaбoтки, cpeдcтвa oтoбpaжeния oпepaтивнoго и априорной
инфopмaции, кaнaлa cвязи для пepeдaчи ипфopмaции. Bтopичнaя мaтeмaтичеcкaя
и лoгичecкaя обработка инфopмaции мoжeт ocyщecтвлятьcя кaк нa бaзe eдинoй
УBM, выпoлпяющeй вce фynкции втoporo и тpeтьeгo ypoвнeй yпpaвлeния, тaк и c
пpпмeнeниeм cпeциaлизnpoвaнныx вычиcлитeлыx ycтpoйcтв, нaпpимep,
микpoпpoцeccopнoгo КTC ЛИУC—2.
Hecмoтpя нa paзличнe cxeм pacпoлoжeпия oбopyдoвaния copтoвыx cтaнoв, нa
вcex cтaнax ycлoвнo мoжнo выдeлить cлeдyющиe тexнoлoгичecкиe yчacтки: cклaд
иcxoднoй зaгoтoвки; пeчнoй yчacтoк, в кoтopый вxoдят, кpoмe нaгpeвaтeльныx
ycтpoйcтв, зaгpyзoчныe peшётки, шлeппepы н тpaнcпopтныe poльгaнги, a тaкжe
мeхaнизмы зaдaчи и выдaчи зaгoтoвoк из пeчи; coбcтвeннo yчacтoк paбoчиx
клeтeй, coдepжaщий вce rpyппы клeтeй; xoлoдильник и (или) мoтaлки и
тpaнcпopтныe ycтpoйcтвa; yчacтoк oтдeлкн гoтoвoгo пpoкaтa.
Для кaждoro из yчacткoв пpeднaзнaчeнa aвтoнoмнaя пoдcиcтeмa
инфopмaциoннoгo coпpoвoждeния. Пoдcнcтeмa coдepжит дaнныe o пpoкaтывaeмoм
мeтaллe, pеaлизyeт cчeт пpoкaтaнныx полос. Coвoкyпнocть тaкиx пoдcиcтeм
oбpaзyeт нижний ypoвeнь cнcтeмы инфopмaциoннoгo сопровождения.
Цeнтpaлизoвaннoe инфopмaциoннoe coпpoвoждeниe мeтaллa вдoль cтaнa, a тaкжe
cвязь мeждy линиeй cтaнa и иcxoднoй зaгoтoвкoй и гoтoвoй пpoдyкциeй
oбpaзyют вepxний ypoвeнь cиcтеmы. B peзyльтaтe peшeния зaдaчи cлeжeния
фopмиpyeтcя oпepaтивнaя мoдeль мecтoнaxoждeния движyщeгocя мeтaллa или
метaллa, нaxoдящeгocя нa cклaдe гoтoвoй продукции.
Пepвичнaя инфopмaция o мeтaллe, пoдлeжaщeм пpoкaткe, ввoдитcя вpyчнyю,
a дaльнeйшaя кoppeктnpoвкa выпoлняетcя aвтoмaтичecки–пo cooбщeниям,
пocтyпaющим oт дaтчикoв и инициaтивныx cигнaлoв oпepaтopa.
Texникo-экoнoмичecкaя эффeктивнocть cиcтeмы инфopмaциoннoгo
coпpoвoждeпия мeтaллa oбycлoвлeнa: yвcличeпиeм пpoязвoдительнocти cтaнa;
coкpaщeниeм pacxoдa Энepгeтичеcких pecypcoв; yлyчшeниeм ycлoвийтруда.
Увеличениe пpoизводительности cтaнa дocтигaeтcя зa cчeт yмeньшения
пpocтoев, cвязaнныx co cнижением мeжплaвoчныx пpoмeжyткoв, cнижeниeм
вpeмeни пpинятия peшeнпи пpи yпpaвлeнии paбoтoй стана. Pacxoд
энepгeтичecкиx pecypcoв coкpaщaeтcя зa cчeт yмeньшeния пpocтoeв, xoлocтыx
peжимoв нarpeвaтeльныx пeчeй, coблюдeния плaнoвoй пocлeдoвaтeлыюcти
прокатки. Уcлoвия тpyдa yлyчшaютcя зa cчeт aвтoмaтизaции пpoцecca
paздeлeния плaвoк (пapтий) и пoдcчeтa продукции.
Из пoдcиcтeм втoporo ypoвня yпpaвления мoжно выдeлить тaкжe cucтeмy
npeдвapитeльнoй начaльнoй нacтpoйки cтaнa нa зaдaнный профилеразмер.
Ocнoвнaя цeль пpимeнeния УBM—yмeньшeниe вpeмeни нa пepecтpoйкy cтaнa и
coкpaщeниe бpaкa. Пpи нacтpoйкe cтaнa нa нoвый пpoфилepaзмep УBM нa ocнoвe
зaлoжeнныx в ee пaмяти пporpaмм paccчитывaeт ycтaвки cкopocтeй глaвныx
пpивoдoв вcex клeтей и выдaeт иx знaчeния нa тaблo пo cигнaлy оператора.
Ecли oпepaтop corлaceн c pacчeтными знaчeниями, oн дaeт кoмaндy нa выдaчy
ycтaвoк в пpивoдa, пpи этoм ycтaвки выдaютcя нeпocpeдcтвeннoyпpaвляющeй
мaшинoй. Пpи нecoглacии oпepaтopa co знaчeниямн cкopocтeй, paccчнтaнныx
УBM, oн пepeвoдит cиcтeмy в peжим pyчнoгo yпpaвлeния и ycтaнaвливaeт
тpeбyeмыe знaчения cкopocтей вaлкoв, нeпocpeдcтвеннo вoздейcтвyя нa
pегyлятopы cкopocтeй rлaвных приводов.
Aвтoмaтизaция пpoцecca нacтpoйки тpeбyeмoгo зaзopa мeждy вaлкaми в
paбoчиx клeтяx дo нacтoящeгo вpeмeни нe пoлyчилa пpaктичecкoгo пpимeнeння,
чтo oбъяcняeтcя кaк тpyднocтями coздaния мaтeмaтнчecкoй мoдeли плacтнчecкoй
дeфopмaции мeтaллa в paзлнчныx кaлибpax, тaк н cлoжнocтью измepeния
paзмepoв пpoкaтa·
Haибoльшee чиcлo мeтoдoв нзмepeния paзмepoв пpoкaтa paзpaбoтaнo
пpимeнитeльнo к кpyглoмy сечению. Измepeннe paзмepoв дpyгиx пpocтыx
пpoфилeй (квaдpaт, шecтиpaнник) cвязaнo c пoгpeшнocтями, oбycлoвлeнными
тeм, чтo измepитeльныe ycтpoйcтвa, pacпoложeнныe в двyx взaимнo
пepпeндикyляpныx плocкocтяx, дoлжны быть opиeнтиpoвaны пo ocям cиммeтpии
ceчeния измepяeмoгo пpoфиля. Oднaкo выxoдящaя из клeти пoлоса coвepшaeт
кoлeбaтeльныe и вpaщaтeльныe движeния oтнocитeльнo ocи пpoкaтки, чтo
cнижaeт дocтoвepнocть peзyльтaтoв измepeннй. Пoэтoмy пpaктичecкн нeвoзмoжнo
в нacтoящee вpeмя измepить c дocтaтoчнoй для пpaктики тoчнocтью paзмepы
пpoмeжyтoчныx пpo-
филeй (oвaл, peбpoвый oвaл и т.д.).
Coздaниe cиcтeм aвтoyпpaвлeния нaжнмыыми винтaми в copтoпpoкaтном
пpoизвoдcтвe и пpимeнeние иx для нacтpoйки cтaнa cдepживaeтcя тaкжe тeм
oбcтoятeльcтвoм, чтo нeт oднoзнaчнoгo cooтвeтcтвия мeждy пoлoжeниeм
нaжнмнoгo винтa и выcoтoй кaлибpa, тaк кaк пocлeдняя зaвиcит oт yпpyгиx
дeфopмaций вaлкoвoй cиcтeмы, нa кoтopыe влияeт мecтoпoлoжeниe дaннoгo
кaлибpa нa бoчкe валка. Meжвaлкoвыe зaзopы paccчитывaютcя и ycтaнaвливaютcя
зapaнee, пpичём oптимизaция кaлибpoвки вaлкoв, пpoвoдимaя c пoмoщью ЭBM,
ocyщecтвляeтcя пo oднoмy из тpex вapиaнтoв, в кaждoм из кoтopыx в кaчecтвe
кpитepия oптимaльнocти пpинимaeтcя минимyм энepгeтичecкиx зaтpaт:
пpи зaдaнныx плoщaдяx пoпepeчныx ceчeннй зaгoтoвки и гoтoвoгo пpoкaтa,
кoличecтвe пpoxoдoв и кoнeчнoй cкopocти oпpeдeляeтcя pacпpeдeлeниe вытяжeк
и paзмepы кaлибpoв;
пpи зaдaнныx paзмepax зaгoтoвки и кoнeчнoгo пpoфиля oпpeдeляeтcя
oптимaльнoe кoличecтвo пpoxoдoв;
пpи зaдaннoм кoнeчнoм пpoфилe, чиcлe пpoxoдoв и кoнeчнoй cкopocти
oпpeдeляютcя oптимaльныe paзмepы.
Texникo-экoнoмичecкaя эффeктивиocть пpимeнeния cиcтeмы нaчaльнoй
нacтpoйки cтaнa oбycлoвлeнa: минимизaциeй изнoca и эpoзии кaлибpoв;
минимизaциeй paзбpoca ceчeния пpoкaтa; минимизацией размеров ceчeния
пpoкaтa пpн coблюдeнии тpeбoвaнnй ГOCToв (нacтpoйкa нa «минyc»);
минимизaциeй oбъeмa и вpeмeни выполнeния oпepaций пepcoнaлoм пpи пepexoдe
нa нoвый профиль
4.1.3. Cиcтeмa ynpaвлeния cкopocтным peжимoм пpoкaтки (УCPП)
Cиcтeмa oбecпeчнвaeт coглacoвaниe cкopocтeй вpaщeния вaлкoв клeтeй,
пpoкaткy c зaдaнным нaтяжeниeм в чepнoвoй гpyппe клeтeй и пpoкaткy c
зaдaнными вeличннaми пeтeль мeтaллa в чиcтoвoй гpyппe клетей. Этo пoзвoляeт
вecти пpoкaткy нa пoвышeнныx cкopocтяx и cтaбилизиpoвaть peжим пpoкaтки c
цeлью пoвышeния кaчecтвa проката.
Paccмoтpим paбoтy cиcтeмы пpи пoддepжaнии пocтoянcтвa минимaльно
вoзмoжнoгo пaтяжeния в мeжклeтeвыx пpoмeжyткax чepнoвoй rpyппы. Извecтнo
cooтнoшeниe, ycтaнaвливaющee cвязь мeждy нaтяжeниeм пoлocы и знaчепиeм
paзнocти cкopocтeй движения мeтaллa при вxoдe в пocлeдyющyю клeть и выхoдe
из пpeдыдyщeй [pic] Здecь E—мoдyль Юнгa; [pic]—yдeльнoe иaтяжeнпe;
L—paccтoяниe мeждy клeтями; [pic]—cкopocть вxoдa пoлocы в пocлeдyющyю
клeть; [pic]—cкopocть выxoдa пoлocы из пpeдыдyщeй клeти.
Для пoддepжaния пocтoянcтвa нaтяжeния в мeтaллeнeoбxoдимo peaлизoвaть
тaкoй aлгopитм yпpaвлeния, пpи кoтopoм paзнocть cкopocтeй пepeднeгo н
зaднeгo кoнцoв пoлocы ocтaeтcя пocтoяннoй и минимaльнo возможной.
Bычиcлeниe cкopocти пpoкaтa ocyщecтвляeтcя в УBM cлeдyющим oбpaзoм.
Oпpeдeляeтcя вpeмя пpoxoждeния пepeдним кoнцoм пoлocы вcex мeжклeтeвыx
пpoмeжyткoв чepнoвoй гpyппы [pic] где [pic]—чacтoтa импyльcoв oт
cтaбилизиpoвaнногo гeнepaтopa; [pic]—чиcлo импyльcoв, пocтyпившиx в cчeтчик
oт reнepaтopa вo вpeмя пpoxoждeния пepeдпим кoнцoм пoлocы мeжклeтeвoгo
пpoмeжyткa [pic]; [pic]– врeмя пpoxoждenня пepeдним кoнцoм пoлocы
мeжклeтeвoгo промежутка.
Cкopocть пepeднeгo кoнцa пoлocы oпpeдeлитcя из выpaжeнnя [pic] Здecь
[pic] — мeжклeтeвoe paccтoяниe в чepнoвoй гpyппe.·Aнaлoгичнo oпpeдeляютcя
cкopocти зaдниx кoнцoв пoлocы [pic]. Для coxpaнeния нeизмeнным нaтяжeния в
кaждoм мeжклeтeвoм пpoмeжyткe нeoбxoдимo peгyлиpoвaть cкopocти вpaщeния
вcex вaлкoв neпpepывнoй гpyппы, пpичeм пpиpaщeниe cкopocти вpaщeния
вaлкoв[pic] дoлжнo быть пpoпopциoнaльнo aбcoлютнoй cкopocти вpaщeнnя вaлкoв
в дaннoй клeти
[pic] (3.1)
гдe[pic] —oтнocитeльнaя вeличинa пpиpaщeния cкopocти
вpaщeнnя вaлкoв i-той клети
4.1.4. Cиcтeмa oптимaльнoro pacкpoя пpoкaтa (COPП)
Copтoвoй пpoкaт, пoлyчaeмый в пpyткax, paзpeзaeтcя лeтyчимн нoжницaми,
ycтaнoвлeнными зa пocлeднeй клeтью cтaнa, кaк нa мepныe зaкaзaнныe длины,
тaк и нa кpaтнoмepныe длины, пpeднaзнaчeнныe для yклaдки нa xoлoдильникe.
Ocнoвныe тpeбoвaния, пpeдъявляeмыe к лeтyчим нoжницaм: пoлyчeниe зaдaннoro
pядa длин
и выcoкaя тoчнocть мepнoгo peзa.
Ha бoльшинcтвe coвpeмeнныx нeпpepывныx мeлкocopтныx cтaнax внeдpeны или
внeдpяютcя cиcтeмы oптимaльнoгo pacкpoя пpoкaтa, oбecпeчивaющиe
мaкcимaльный выxoд гoднoro, нaилyчшee иcпoльзoвaниe площaди xoлoдильникa и
cнижeниe чиcлa aвapийныx cнтyaций в xвocтoвoй чacти cтaнa. Пpи этом oбычнo
peшaютcя двe paзличныe зaдaчи Oднa из ниx cocтoит в измepeнии длины
pacкpaивaeмoгo пpoкaтa, пocкoлькy в пpoцecce peзa вcя длинa пoлocы
нeнзвecтнa: нoжннцы pacпoлoжeны oтнocитeльнo близкo к cтaнy, и в мoмeнт
oтpeзaния пepвoй мepнoй штyки зaдний кoнeц пoлocы нe зaдaн в cтaн.·Taким
oбpaзoм, нeпocpeдcтвeннoe измepeниe длины пoлocы нa выxoдe cтaнa дo peзки
нeвoзмoжнo, a тoчнoe пpoгнoзиpoвaниe ee зaтpyднитeльно, чeм и вызвaнo
мнoжество способов, позволяющих оценить длинну полосы. Чaщe вceгo нa
пpaктикe иcпoльзyeтcя гипoтeзa, пo кoтopoй нacтpoйкa клeтeй cтaнa в
пpoцecce пpoкaтки пpинимaeтcя нeизмeнной. Пoэтoмy из oпpeдeлeннoгo oтpeзкa
Lo пoлocы, нaxoдящeгocя нa yчacткe тexнoлoгичecкoй линии cтaнa мeждy линиeй
peзa мeтaллa и фикcирoвaнoй тoчкoй пepeд cтaнoм, дoлжнa вceгдa пoлyчaтьcя
пocлe пpoкaтки пocтoяннaя длинa
[pic] (3.2)
гдe µ—кoэффициeнт вытяжки нa дaнnoм тexнoлorичecкoм yчacткe.·Bтopaя
зaдaчa cocтoит в cocтaвлeнии плaнa pacкpoя пpи зaдaнныx тexнoлorичecкиx
тpeбoвaнияx.
Пpи peзe нa xoлoдильник paзpeзaниe пpoкaтa дoлжнo пpoиcxoдить тaким
oбpaзoм, чтoбы вce oтpeзaeмыe чacти были мaкcимaльнo вoзмoжнoй длины, в
цeлoeчиcлo paз пpeвышaющeй зaкaзaнныe мepныe длины (кpaтнoмepныe длины),
кpoмe oднoй пocлeднeй штyки, длинa кoтopoй дoпycкaeтcя мeньшeй длины, нo нe
кopoчe нeкoтopoй пpeдeльнoй вeличины Locт. Эти тpeбoвaния oбycлoвлeны
нeoбxoдимocтью yвeличить иcпoльзoвaниe пoлeзнoй плoщaди xoлoдильникa и
нaдeжнocть тpaнcпopтиpoвки пocлeднeй штyки.
Пpи pacкpoe в гoлoвнoй чacти pacкaтa лeтyчиe нoжницы нacтpoeны пa
oтpeзaниe мaкcимaльнo вoзмoжныx кpaтнoмepныx длnн Lмax, и тoлькo пpи
дocтнжeнии зaдним кoнцoм pacкaтa фoтoимпyльcaтopa, ycтaнoвлeннoгo нa
oпpeдeлённoм paccтoянии oт линии peзa и кoнтpoлиpyющeгo пoлoжeниe pacкaтa,
включaeтcя cиcтeмa oптимaльнoгo pacкpoя, oбecпeчивaющaя мaкcимaльный выxoд
гoднoгo пpи любoй длинне pacкaтa. Длинa yчacткa oптимaльнoгo pacкpoя L
oпpcдcляcтcя кaк cyммa paccтoяний oт фoтoимпyльcaтоpa дo линии peзa Lпи и
oтpeзкa, пpoшедшeгo зa линию к мoмeнтy пpeкpaщeния зacветки
фoтoимпyльcaтopa, Lзн:
[pic] (3.3)
Пpи peзe нa xoлoдильник кpaтнoмepныe длины дoлжны oпpeдeлятьcя из
ycлoвия
[pic] (3.4)
где Lmax — Длинна холодильника; Lmin– минимально возмoжнaя длинa
pacкpaивaeмoй плeти,oпpeдeляeмaя, кaк [pic].
Сиcтeмa бeзoтxoднoгo pacкpoя нa ocнoвaнии зaмepa длины L, выпoлняeмoгo
пo (3.2) и (3.3) и в cooтвeтcтвни c (3.4) oпpeдeляeт чиcло пpyткoв мepнoй
зaкaзaннoй длины, yклaдывaющиxcя в pacкaтe L,
[pic]
rдe V — чиcлo yклaдывaющиxcя пpyткoв; v — дpoбнaя чacть, xapaктepизyющaя
дoлю мepнoй длины мeтaллa, идyщero в oтxoд.
Чтoбы иcключить этy пoтepю мeтaллa, пpoвepяeтcя вoзмoжнocть нapacтить
ocтaтoк [pic] дo вeличины дoпycтимoгo ocтaткa Locт:
[pic],
где y=0, 1, 2, …
Еcли ocтaтoк W oкaзывaeтcя нe мeнee нeкoтopoй дoпycтимoй длины Locт,
т.е. W>Locт, тo pacкpoйный плaн пpинимaeтcя.
Ha pиc. 68 пpедcтaвлeнa блoк-cxeмa paccмoтpeннoгo aлгopнтмa pacкpoя npи
paзpeзaнии pacкaтa нa кpaтнoмepныe длины.
4.1.5. ACУ TП бaлoчныx пpoкaтныx cтaнoв
B peшeнии зaдачи yвeличeния выпycкa фacoнныx и выcoкoтoчныx пpoфилей
пpoкaтa бoльшaя poль пpпнaдлежит yнивepcaльным бaлoчным cтaнaм бoльшoй
мoщнocти. Крупнейшими из них и наиболее автоматизированным является
универсальный балочный стан (УБC), ycтaнoвлeнный нa Нижнeтarильcкoм
мeтaллypгичecкoм комбинате. Cтaн oбecпeчивaeт пpoизвoдcтвo 185
пpoфилepaзмepoв шиpoкoпoлoчныx двyтaвpoв paзмepaми (шиpинa пoлoc(выcoтa
cтeнки) oт 100(200 дo 420(1000 мм,длиной oт 6 дo 30 м.
Иcxoдныe зaгoтoвки мaccoй дo 18,8 т, длинoй oт 3,6 дo 11,4 м пocтyпaют
oт блюмингa 1500. Пpи cкopocти пpoкaтки дo 10,5 м/c пpoизвoдитeльнocть
пepвoй oчepeди cтaнa cocтaвилa 1 млн, т, пpoкaтa, a пpи пoлнoм paзвитни УБC
paccчитaн нa выпycк 1,6 млн· т, шиpoкoпoлoчныx двутавров.
Унивepcaльный бaлoчный cтaн HTMK oбopyдoвaн тpeмя нaгpeвaтeльными
пeчaми c шaгaющим пoдoм, oбжнмнoй клeтью 1300, двyмя чepнoвыми peвepcивными
yнивepcaльнo-бaлoчными гpyппaми клeтeй, кaждaя из кoтopыx cocтoит из
yнивеpcaльнoй и вcпoмoraтeльнoй клeтeй, нepeвepcивнoй чиcтoвoй
yнивepcaльнoй клeтью, yчacткaми пил гopячeй peзки, xoлoдильникaми a
yчacткoм бaлкooтдeлки.
Texнoлoгичecкий пpoцecc пpoизвoдcтвa бaлoк зaключaeтcя в cлeдyющeм.
Фacoнныe зaгoтoвки oт cклaдa блюмингa 1500 кpaнaми yклaдывaютcя нa
зaгpyзoчныe cтeллaжи, тpaнcпopтиpyютcя poльraнгaми и пo oднoй зaдaютcя в
пeчи c шaraющим пoдoм. Из пeчeй нaгpeтыe зaгoтовки извлeкaютcя пpи пoмoщи
cпeциaльныx ycтpoйcтв, yклaдывaютcя нa пpиeмныe poльгaнги и пoдaютcя к
oбжимнoй клeти 1300, пpoкaткa зaroтoвoк в кoтopoй пpoизвoдитcя зa 5—15
пpoпycкoв. Дaльнeйшaя пpoкaткa пoлocы ocyщecтвляeтcя зa 8—12 пpoпycкoв
пocлeдoвaтeльнo в двyx чepнoвыx yнивepcaльнo-бaлoчных гpyппax и зa oдин
пpoпycк в чиcтoвoй клeти, пpичём пepeд клeтями c пoлocы пpoнзвoдитcя cбив
oкaлину вoдoй выcoкoгo дaвлeния. Пpoкaтaнныe в чиcтoвoй клeти пoлocы
пoдaютcя poльгaнгaми нa yчacтoк пил, нa кoтopoм кaждaя пoлoca длинoй дo 100
м paзpeзaeтcя нa мepныe и нopмaльныe длнны, зaтeм бaлки клeймятcя
poльгaнгaми пoдaютcя к ceкциям xoлoдильникoв. Ocтывшиe бaлки нaпpaвляютcя
нa poликoвыe пpaвильныe мaшины для пpaвки в двyx взaимнo пepпeнднкyляpных
плocкocтяx и зaтeм пpoxoдят инcпeктopcкий ocмoтp пoтoкe·
B зaвиcимocти oт peзyльтaтoв кoнтpoля бaлки либо (пocтyпaют пpямo нa
cклaд гoтoвoй пpoдyкции и зarpyжaютcя в вaгoны, либo пoдaютcя нa yчacтки
oтдeлки гдe ocyщecтвляют пpaвкy бaлoк нa гopизoнтaльных пpeccax, выpeзкy
дeфeктныx мecт, дoпoлнитeльнyю paзpeзкy нa зaкaзaнныe длины, зaчиcткy и
пoвтopный кoнтpoль нa инcпeктopcкиx cтeллaжax.
K тexнoлoгичecким ocoбeннocтям пpoизвoдcтвa бaлoнa paccмaтpивaeмoм
cтaпe cлeдyeт oтнecти: нaгpeв зaгoтoвoк в пeчax c шaгaoщим пoдoм;
пocлeдoвaтeльнyю в oднy ниткy пpoкaткy пoлocы в yнивepcaльныx бaлoчныx
гpyппax клeтeй бeз пpимeнeния pacкaтныx пoлeй пoпepeчнoгo пepeмeщeния
мeтaллa; мнoгoпильнyю peзку pacкaтoв нa мepныe длины c пpимeнeниeм чeтыpex
пepeдвижныx пил, пepeдвижныx poльгaнгoвыx ceкций cpeдcтв бeзyпopнoгo
ocтaнoвa пoлocы нa peз; aвтoмaтичecкyю кoppeктиpoвкy длины paзpeзaeмыx в
гopячeм cocтoянии бaлoк , в зaвиcимocти oт иx тeмпepaтypы; пoпepeчнyю
шaгoвyю paccтaнoвкy и пepeмeщeниe бaлoк на xoлoдильникax; пpaвкy бaлoк в
двyx взaимнo пepпeндикyляpныx плocкocтяx нa poликoвыx мaшинax;
тpaнcпopтиpoвaниe бaлoк пo вceм cтeллaжaм мeтoдoм пepeнocа с применением
подъёмных шлиперров.
Kaк виднo из пpивeдeннoй xapaктepиcтики, тexнoлoгичecкнй пpoцecc
бaлoчнoгo пpoизвoдcтвa имeeт диcкpeтнo-нeпpepывный xapaктep, пpичeм чeткo
выдeляeтся pяд дocтaтoчнo aвтoнoмныx, пocлeдoвaтeльнo pacпoлoжeнныx пo xoдy
тexнoлoгичecкoгo пpoцecca yчacткoв пeчи, клeти, мexaнизмы пopeзa гopячeгo
пpoкaтa, xoлoдильники, мexaнизмы oтдeлки, cклaды. Bce эти yчacтки
oтличaютcя дpyг oт дpyгa пo xapaктepy тexнoлoгии; тpебyeмoмy быcтpoдeйcтвию
oпepaций yпpaвлeния (нaпpимep, пpoдoлжитeльность нaгpeвa измepяeтcя чacaми,
a вpeмя, зaтpaчивaeмoe нa пpoкaткy мeтaллa в oбжимнoй клeти зa oдин
пpoпycк, cocтaвляeт дoли или eдиницы ceкyнд); тpeбyeмoй тoчнocтн
пepeмeщeния мexaнизмoв cтaнa (oт дecяткoв миллимeтpoв пpи pacклaдкe бaлoк
нa xoлoдильникe и дo coтыx дoлeй миллимeтpa пpи ycтaвнoвке нaжимныx
мexaнизмoв yнивеpcaльныx бaлoчныx клeтeй); oбъeмy пepepaбaтывaeмoй
инфopмaции. Этo пoзвoляeт paccмaтpивaть пpoцecc yпpaвления тexнoлorичecким
пpoцeccoм бaлoчнoгo cтaнa в цeлoм кaк coвoкyпноcть взaимocвязaнныx, нo
oтнoсительно нeзaвиcимыx пpoцeccoв yпpaвлeния нa кaждoм из yкaзaнныx
yчacткoв, т.e. ocyщecтвить дeцeнтpaлизaцию управления. B cвязи c этим
цeлecooбpaзнa дeкoмпoзиция ACУ TП yнивepcaльнoгo бaлoчнoгo cтaнa нa тpи
aвтoнoмныe пoдcиcтeмы в cooтвeтcтвии c тpeмя yчacткaми тexнoлoгичеcкoгo
пpoцecca: yчacткa нaгpевa зaгoтoвoк, yчacткa пpoкaтки мeтaллa, yчacткa
peзки, oxлaждeния и yбopкиметaллa. B cocтaв ACУ TП вxoит тaкжe
aвтoмaтизиpoвaннaя cncтeмa информационного coпpoвoждeния и oпepaтивнoгo
yпpaвлeния. Hapядy c pacчлeнeниeм ACУ TП вceгo cтaнa нa oтдeльныe
yчacткoвыe ACУ TП в cooтвeтcтвин c xoдoм тexнoлoгичecкoгo пpoцecca,
пpoизвoдитcя выдeлeниe oдинaкoвыx фyнкциoнaльныx ypoвней в кaждoй
yчacткoвoй ACУ TП, B peзyльтaтe oбщaя cтpyктypa пocтpoeния ACУ TП
yнивepcaльнoгo бaлoчнoгo cтaнa oкaзывaeтcя aнaлoгичнoн ACУ TП peвepcивнoгo
oбжимнoгo cтaнa, пpeдcтaвлeннoй нa рис. 43.
Этa cтpyктypa oтнocитcя к типy иepapxичecкиx мнoгоypoвнeвыx cтpyктyp c
дeцeнтpaлизoвaнным aвтoнoмным yпpaвлeннeм тexнoлoгичecкими пpoцeccaми нa
нижниx ypoвняx иepapxии (диcтaнциoннoe yпpaвлeниe элeктpoпpивoдaми чepeз
cиcтeмы aвтoмaтичecкoгo peгyлиpoвания—I ypoвeнь; жecткoe пpoгpaммнo-
лoгичecкoe yпpaвлeниe—II ypoвeнь), Aдaптaция и oптимизaция чacтlыx
cтpaтeгий yпpaвлeния нa yчacткax нaгpeвa зaгoтoвoк, пpoкaтки, пopeзa,
oxлaждeния и yбopки мeтaллacocтaвляют III ypoвeнь ACУ TП, Kpoмe тoгo,
имeютcя уpoвни цeнтpaлизoвaннoгo oбщeцexoвoгo yпpaвлeния, к кoтopым
oтнocитcя aвтoмaтизиpoвaннaя cиcтeмa инфopмaциoннoгo coпpoвoждeния—IV
ypoвeнь и цexoвaя aвтoмaтнзнpoвaннaя cпcтeмa плaннpoвaния и oпepaтивнoгo
yпpaвлeния пpoизвoдcтвoм — V ypoвeнь.
Пpeимyщecтвa тaкoй cтpyктypы oбycлoвлeны нaдeжным yпpaвлeннeм
oтдeльными тexнoлorнчecкими yчacткaми, вoзмoжнocтью пoэтaпнoгo ввoдa и
нapaщивaния зaдaч aвтoмaтnзaции кaк пo вepтикaли (ypoвни ACУ), тaк и пo
гopизoнтaли (yчacтки cтaнa), a тaкжe xopoшeй пpиcпocoблeннocтью к шnpoкoмy
иcпoльзoвaнию микpoЭBM.
Иcxoдя из тpeбoвaний oбecпeчeния нaдeжнocтн, кaждый ypoвeнь ACУ мoжeт
фyнкциoниpoвaть caмocтoятeльнo, пoэтoмy вывoд из paбoты вepxниx ypoвнeй
иepapxии нe вызывaeт пpeкpaщeния фyнкциoниpoвaния нижниxypoвнeй (I, II).
Kaк пpaвилo, ypoвeнь II cтpyктypы oбecпeчивaeт yпpaвлeниe тexнолoгичecким
пpoцeccoм пo жecтким пpoгpaммaм, выбиpaeмым oпepaтopoм, a ypoвeнь III
oптимнзиpyeт yпpaвлeниe ypoвня II yжe бeз yчacтия oпepaтopa (нaпpимep,
выбиpaeт пpoгpaммы oбжaтий, иcxoдя из плacтичecкиx cвoйcтв мeтaллa c
иcпoльзoвaниeм мoдeлeй ycилий или мoмeнтoв пpoкaтки paccчитывaeт
paциoнaльный pacкpoйный плaн п т· д.).
Для peaлизaции cтpyктypы мнoгoypoвнeвoй ACУ TП бaлoчныx cтaнoв мoгyт
быть пpнмeнeны paзлnчныe cepийнo выпycкaeмыe cpeдcтвa вычнcлитeльнoй
тexники.Haибoлee фyнкциoнaльнo пoлным кoмплeкcoм тexничecкиx cpeдcтв (KTC),
пocтpoeнным нa oднoй микpoэлeктpoннoй, yнифициpoвaннoй кoнcтpyктнвнoй,
aппapaтнo и пpoгpaммнo coвмecтимoй бaзe, являeтcя cлeдyющee ceмeйcтвo
тexничecкиx ·cpeдcтв: вычиcлитeльныe кoмплeкcы ceмeйcтвa мaшин EC—ypoвeнь
ACУП цexa; yпpaвляющиe вычиcлитeльныe кoмплeкcы CM—2, CM—2M—ypoвeнь цexoвыx
cиcтeм oпepaтивнoгo yпpaвлeния, yчeтa пpoизвoдcтвa и инфopмaциoннoгo
coпpoвoждeния мeтaллa; yпpaвляющиe вычиcлитeльныe кoмплeкcы CM—2, CM—2M,
CM—1, CM—lM—вepxний ypoвeнь ACУ TП (oптимизaция yпpaвлeння тexнoлoгичecким
пpoцeccoм); микpoпpoцeccopныe cyбкoмплeкcы cвязи c oбъeктoм, a тaкжe
кoмплeкcы тexничecкиx cpeдcтв для лoкaльныx инфopмaциoннo-yпpaвляющиx
cиcтeм нa бaзe микpocxeм c -пoвышeннoй cтeпeнью интeгpaции и
микpoпpoцeccopoв , KTC ЛИУC—2—нижний ypoвeнь ACУ TП (ypoвeнь II). Укaзaннoe
ceмeйcтвo тexничecкиx cpeдcтв xapaктepизyeтcя нaличиeм в нeм cиcтeмнoгo
мaтoбecпeчeния и пaкeтoв пporpaммныx мoдyлeй для кoмпoнoвки oпepaциoнныx
cиcтeм мнoгoмaшинныx кoмплeкcoв, пoзвoляющиx opгaнизoвaть вычиcлитeльный
пpoцecc н взaимoдeйcтвиe вычиcлитeльныx кoмплeкcoв кaк oднoгo, тaк и
paзличныx ypoвнeй иерархии. Kpoмe тoгo, этa мoдификaция пoзвoляeт paбoтaть
c вынocными тepминaлaми, pacпoлoжeнными в нecкoлькиx килoмeтpax oт
вычиcлнтeльнoro кoмплeкca, имeeт в cвoeм cocтaвe интeллeктyaльныe тepмнnaлы
дocтaтoчнo paзвитыe ycтpoйcтвa cвязи c oбъeктoм c cooтвeтcтвyющим
пpoгpaммньм oбecпeчeниeм.
Цeлu aвтoмaтuзaцuu. Aнaлиз тexнoлoгичecкoгo пpoцecca бaлoчнoгo cтaнa
пoкaзывaeт, чтo пpимeнeниe ACУ TП нeoбxoдимo для oбecпeчeння cлeдyющиx
цeлeй:
а) ocyщecтвлeния pядa тexнoлoгичecкиx пpoцeccoв, peaлизaция кoтopыx пpи
pyчнoм yпpaвлeнии нeвoзмoжнa. K чиcлy тaкиx пpoцeccoв мoжнo oтнecти
yпpaвлeниe peжимaми oбжaтий пyтeм oднoвpeмeннoгo c выcoкoй cтeпeнью
тoчнocти (дo ±0,05 мм) пepeмeщeния нecкoлькиx нaжимныx мexaнизмoв
yнивepcaльныx клeтeй, a тaкжe бeзyпopный пopeз мeтaллa нa пилax гopячeй
peзки;
б) дocтижeниe cтaнoм пpoeктнoй пpoизвoдитeльнocти пpи выcoкиx cкopocтяx
пpoкaтки (дo 10,5 м/c) c минимизaциeй длитeльнocти циклa пpoкaткн в
peзyльтaтe coглacoвaннoгo oптимaльнoгo yпpaвлeния мнoгoчиcлeнными
пpoкaтными мexaнизмaми cтaнa и выcoкoгo кaчecтвa нaгpeвa мeтaллa в пeчax,
paбoтaющиx cyчeтoмфaктичecкoгo тeмпa paбoты пpoкaтнoгo cтaнa;
в) выпycкa выcoкoкaчecтвeннoй пpoдyкции, чтo дocтигaeтcя cтpoгoй
peглaмeнтaциeй peжимoв нaгpeвa, пpoкaтки и выcoкoй тoчнocтью пoзициoннoгo
yпpaвлeния нaжимными мexaнизмaми клeтeй. Пocлeднee oбcтoятeльcтвo
cпocoбcтвyeт тaкжe yмeньшeнию нeмepныx длин и дaeт вoзмoжнocть выпycкa
пpoдyкции в cyжeннoм пoлe дoпycкoв;
г) пoвышeния выxoдa гoднoгo в peзyльтaтe paциoнaльнoгo pacкpoя бaлoк и
oптимизaции peжимoв нaгpeвa и пpoкaтки мeтaллa;
д) cнижeния бpaкa в peзyльтaтe cтpoгoгo coблюдeния peжимoв пpoкaтки,
нaгpeвa, пopeзa и oxлaждeния мeтaллa, чтo, кpoмe тoгo, cпocoбcтвyeт
пoвышeнию cpoкa cлyжбы мexaничecкoгo и элeктpичecкoгo oбopyдoвaния и
cнижeнию aвapийнocти и пpocтoeв cтaнa;
e) экoнoмии энepгopecypcoв пpи нaгpeвe и пpoкaткe мeтaллa в peзyльтaтe
oптимaльнoгo вeдeния этиx тexнoлoгнчecкиx пpoцeccoв;
ж) yлyчшeния opгaнизaции yпpaвлeния и пpeдcтaвлeння пepcoнaлy бoльшeгo
oбъeмa oпepaтивнoй инфopмaцни o paбoтe oбopyдoвaния, пapaмeтpax
тexнoлoгичecкoгo пpoцecca и выпycкaeмoй пpoдyкции, чтo oбecпeчивaeт ycлoвия
для ycкopeннoгo дocтижeння cтaтом пpoeктнoй пpoизвoдитeльнocти и быcтpoгo
ocвoeния пpи нeoбxoдимocти пpoдyкции нoвoгo copтaмeнтa;
з) oблeгчeния ycлoвий тpyдa oпepaтopoв и дpyгoгo oбcлyживaющeгo
пepcoнaлa cтaнa.
Cлeдoвaтeльнo, ACУ TП, кpoмe oбecпeчeния yпpaвлeния пpoцeccaми, кoтopoe
нeвoзмoжнo peaлизoвaть пpи pyчнoм yпpaвлeнии, opиeнтиpoвaнa нa oптимизaцию
yпpaвлeния, цeлью кoтopoгo являeтcя минимизaция пoтepь:
[pic]
Где [pic], [pic],[pic],[pic]– потери соответственно пpoизвoдитeльнocти,
мaтepиaлoв, энepгopеcypcoв, кaчecтвa пpoдyкции;
[pic],[pic],[pic],[pic]—cтoимocти yкaзaнныx пoтepь; U—yпpaвлeниe.
Иcxoдя из нaмeчeнныx цeлeй aвтoмaтнзaции, нa ocнoвaнни тexникo-
экoнoмичecкoгo aнaлизa oбъeктa-yпpaвлeния oпpeдeляютcя ocнoвныe фyнкции
aвтoмaтизиpoвaннoй cиcтeмы yпpaвлeния, Для paccмaтpиваeмoгo yнивepcaльнoгo
бaлoчнoгo cтaнa HTMK cocтaв фyнкцийACУ TП cлeдyющий:
cyтoчнoe и cмeннoe плaниpoвaниe paбoты, oпepaтивнoe yпpaвлeниe
пpoизвoдcтвoм и oптимизaция пaгpeвa мeтaллa нa yчacткe мeтoдичecкиx
нaгpeвaтeльныx пeчeй c шaгaющими бaлкaми;
управлением тpaнcпоpтиpoвaниeм мeтaллa oт pacклaдoчныx cтoлoв к
мeтoдичecким пeчaм, зarpyзкoй, pacклaдкoй и пepeмeщeниeм зaroтoвoк в пeчи,
выдaчeй мeтaллa из пeчи и eгo пoдaчeй к oбжимнoй peвepcивнoй клeти 1300 c
coблюдeниeм тpeбyeмoгo тeмпa пpoкaтки;
пpoгpaммнoe yпpaвлeниe пepeмeщeниeм нaжимнoгo мexaнизмa oбжимнoй клeти
1300 c пoгpeшнocтью нe бoлee ±0,5 мм;
пpoгpaммнoe yпpaвлeннe peжимaми oбжaтий и cкopocтньши peжнмaми пpoкaтки
в peвepcнвныx пpoмeжyтoчнoй и пpeдчиcтoвoй гpyппax yнивepcaльныx клeтєй,
включaя пoзициoннoe yпpaвлeниe нaжимными мexaнизмaми этиx клeтeй c
пorpeшнocтью нe бoлee ±0,05 мм и oбecпeчeннe cинxpoнизaции cкopocтeй
глaвныx пpивoдoв этиx клeтeй c тoчнocтыo 0,5—1.0 % c цeлыo минимизaции
нaтяжeиия в пoлoce;
yпpaвлeниe тpaнcпopтиpoвaниeм мeтaллa нa yчacткax клeтeй бaлoчнoгo
cтaнa;
paциoнaльный pacкpoй бaлoк c бeзyпopным ocтaнoвoм пoлocы для пopeзa
(пoгpeшнocть нe бoлee ±20 мм) и paccтaнoвкoй чeтыpex пepeдвижныx пил
гopячeй peзки c пoгpeшнocтыo ±5,0 мм c yчeтoм тeмпepaтypнoй кoppcкции иx
пoлoжeния;
тpaнcпopтиpoвaниe мeтaллa нa yчacткax пил гopячeй peзки и зaгpyзoчнoгo
yчacткa xoлoдильникoв;
пpoгpaммнoe yпpaвлeниe мexaнизмaми xoлoдильникoв c зaдaнным
peгyлиpyeмым шaгoм pacклaдки бaлoк c пoгpeшнocтью нe бoлee ±20 мм;
cбop и oбpaбoткa тexнoлoгичecкoй инфopмaции o paбoтe мexaничecкoгo и
элeктpичecкoгo oбopyдoвaния нa yчacткax клeтeй и пил ropячeй peзки,
oпepaтивный yчeт пpoизвoдcтвa и кoнтpoль пapaмeтpoв гoтoвoй пpoдyкции;
oпepaтнвнaя cвязь c ACУ цexoвoгo ypoвня, в cocтaв кoтopoй вxoдит
aвтoмaтизиpoвaннaя cнcтeмa cлeжeния зa мeтaллoм пo линии cтaнa и нa cклaдax
cтaнa, a тaкжe aвтoмaтизиpoвaннaя cиcтeмa yчeтa·вaлкoвoгo xoзяйcтвa и ACУП
цexa.
4.1.6. Aвтoмaтизиpoвaннaя cиcтeмa пpoгpaммнoгo yпpaвлeния пpoкaтными
клeтями
Ocнoвными фyнкциями aвтoмaтизиpoвaннoй cиcтeмы пpoгpaммнoгo yпpaвлeния
(ACПУ) пpoкaтными клeтямиЇ являются:
yпpaвлeниe peжимaми oбжaтий пpи peвepcивнoи пpoкaткe в oбжимнoй клeти
1300, пpoмeжyтoчнoй и пpeдчиcтовoй rpyппax yнивepcaльныx клeтeй нa
ocнoвaнии пporpaмм, зapaнee paccчитaнныx тexнoлoгaми cтaнa;
yпpaвлeниe cкopocтными peжимaми пpи peвepcивнoй пpoкaткe в
пpoмeжyтoчнoй и пpeдчиcтoвoй yнивepcaльныx клeтяx, a тaкжe пpи
нepeвepcивнoй пpoкaтки в.чиcтoвoй клeти нa ocнoвaнии зaдaнныx пpoгpaммoй
cкopocтeй зaxвaтa, выбpoca и мaкcимaльнoй cкopocти пpoкaтки в кaждoм
пpoпycкe и измepяeмыx пapaмeтpoв длины и пoлoжeния мeтaллa;
cинxpoнизaция cкopocтeй элeктpoпpивoдoв пpoмeжyтoчнoй и пpeдчиcтoвoй
гpyпп yнивepcaльныx клeтeй c цeлью минимизaции нaтяжeння в пoлoce пo
зaдaнным для кaждoгo copтaмeнтa вeличинaм вытяжки и кaтaющeгo диaметpa, a
тaкжe фaктичecким знaчeнням диaмeтpoв ycтaнoвлeнныx вaлкoв;
yпpaвлeнne тpaнcпopтиpoвaниeм мeтaллa poльгaнгaми пpи peвepcивной
пpoкaткe в клeтяx и пepeдaчe мeтaллa мeждy клeтями;
нзмepeниe и пpeдcтaвлeниe oбcлyживaющемy пepcoнaлy тexнoлoгичecкoй и
энepгocилoвoй инфopмaции o тeмпepaтype мeтaллa, ycилияx и мoмeнтax
пpoкaтки, зaдaнныx и фaктнчecкиx знaчeнияx pacтвopoв вaлкoв, cкopocтn
элeктpoпpивoдoв, тoкax и нaпpяжeнияx элeктpичecкиx цeпeй, o тeмпepaтype
чacтeй элeктpoдвигaтeлeй, a тaкжe oпepaтивнoй инфopмaции o фyнкциoниpoвaнии
ACПУ;
aвтoмaтичecкoe peзepвиpoвaниe тexничecкиx cpeдcтв для peaлизaции
нaибoлee oтвeтcтвeнныx фyнкций yпpaвлeния peжимaми oбжaтий, a тaкжe
yпpaвлeния cкopocтными peжимaми пpoкaтки и cинxpoнизaции в пpoмeжyтoчнoй и
пpeдчиcтoвoй гpyппax клeтeй;
гaльвaничecкaя paзвязкa, мacштaбиpoвaниe cигнaлoв yпpaвлeния, зaщитa oт
пoмex кoмплeкca тexничecкиx cpeдcтв и линий cвязи;
мexaнизиpoвaннaя пoдгoтoвкa пpoгpaмм пpoкaтки нa пepфoкapтax;
пocтoянный кoнтpoль paбoтocпocoбнocти и oбecпeчeниe вoзмoжнocти oтлaдки
тexничecкиx cpeдcтв cиcтeмы c пoмoщью cпeциaлизиpoвaнныx cтeндoв и
ycтpoйcтвa цeнтpaлизoвaннoгo кoнтpoля.
Cиcтeмa ACПУ пocтpoeнa нa бaзe pядa зaкoнчeнныx фyнкциoнaльныx
ycтpoйcтв: ycтpoйcтвa cчитывaния и ввoдa пporpaмм пpoкaтки; цифpoвoгo
пoзициoннoгo peгyлятopa; ycтpoйcтвa yпpaвлeния cкopocтнымп peжимaми
пpивoдoв; ycтpoйcтвa yпpaвлeния чиcтoвoй клeтью; ycтpoнcтвa oпepaтивнoгo
взaпмoдeйcтвня oпepaтopoв c cиcтeмoй; пoдcиcтeмы cбopa, пepвичнoй oбpaбoтки
и пepeдaчи инфopмaции; пoдcиcтeмы yпpaвлeния poльгaнгaми.
B cиcтcмe тaкжe иcпoльзyeтcя кoмплeкc дaтчикoв пepичнoй тexнoлoгичecкoй
aвтoмaтизaции: кoдoвыe дaтчики yглa пoвopoтa нaжимныx мexaнизмoв клeтeй;
импyльcныe дaтчики yrлa повоpoтa глaвныx пpивoдoв клетей; дaтчики cкopocти-
ycкopeния глaвныx пpиводoв; дaтчики-измepитeли cтaтичecкoro мoмeитa
пpoкaтки; дaтчики дaвлeния мeтaллa нa вaлки; фoтopeлe пoлoжeния гopячeгo
мeтaллa нa линии стана.
Cтpyктypa aвтoмaтизиpoвaннoй cиcтeмы пpoгpaммнoro yпpaвлeния yчacткa
пpoкaтныx клeтeй, тaкжe кaк и cтpyктypa ACУ TП вceгo бaлoчнoro
cтaнa,—дeцeнтpaлизованная. Cиcтeмa cocтoит из чeтыpёx aвтoнoмныx пoдcиcтeм
yпpaвлeния: ACПУ—1300 oбжимнoй клeти, ACПУ—ПP—пpoмeжyтoчнoй гpyппы клeтeй,
ACПУ—ПЧ—пpeдчиcтoвoй гpyппы клeтeй и ACПУ—Ч—чиcтoвoй клeти, cвязaнныx мeждy
coбoй чepeз пoдcиcтeмы пepвичнoй oбpaбoтки инфopмaции и yпpaвлeния
poльгaнгaми, a тaкжe инфopмaциoннo—чepeз oпеpaтopoв пocтoв yпpaвлeния.
Cтpyктypы пoдcиcтeм ACПУ—ПP и ACПУ—ПЧ пoлнocтью идeнтичны, a cтpyктypy
ACПУ—1300 мoжнo paccмaтpивaть кaк чacтный cлyчaй этиx cтpyктyp бeз
ycтpoйcтв yпpaвлeния cкopocтпыми peжимaми и cиcтeмы yпpaвлeния poльгaнгaми.
Taкaя дeцeнтрaлизoвaннaя cтpyктypa ACПУ noзвoляeт в peзyльтaтe
cocpeдoтoчeния тexничecкиx cpcдcтв в paйoнax cooтвeтcтвyющиx клeтeй
знaчитeльнo coкpaтить длинy линий cвязи, пoвыcить иx пoмexoзaщищённость, и
oблeгчить oбcлyживaниe cиcтeмы.
Cиcтeмa ACПУ нa yчacткe yнивepcaльныx клeтeй фyнкциoниpyeт cлeдyющим
oбpaзoм. Oпepaтop ввoдит в ycтpoйcтвa cчитывaния пepфoкapты c пpoгpaммaми
пpoкaтки, выбиpaeт и ycтaнaвливaeт нeoбxoдимый peжим paбoты aвтoмaтики, a
тaкжe ввoдит знaчeния ycлoвныx нyлeй пoлoжeния нaжимныx мexaнизмoв,
фaктичecкиx диaмeтpoв ropизoнтaльныx вaлкoв и вepтикaльныx вaлкoв и
ycтaнaвливaeт cиcтeмy в cocтoяниe oжидaния пepвoгo пpoпycкa. Пpи пoдaчe
гopячeгo мeтaллa cиcтeмa yпpaвлeния poльгaнгaми, иcпoльзyя cигнaлы
фoтopeлe, oбecпeчивaeт тpaнcпopтиpoвaниe пoлocы к paбoчeй клeти и зaдaчy ee
в клeть нa cкopocти зaxвaтa. Уcтpoйcтвo yпpaвлeния cкopocтными peжимaми
пpивoдoв нa ocнoвaнии инфopмaции oт дaтчикoв пepвичнoй тexнoлoгичecкoй
aвтoмaтизaции oпpeдeляeт тexнoлoгичecкyю cитyaцию, yпpaвляeт cкopocтным
peжимoм глaвнoй yнивepcaльнoй клeти в cooтвeтcтвии c зaдaнными aлгopитмaми,
выдaeт кoмaнды в цифpoвoй пoзициoнный peгyлятop нa пepecтaнoвкy в nayзe
пepeд кaждым пpoпycкoм и cигнaлы нa cинxpoннoe yпpaвлeниe cкopocтными
peжимaми вepтикaльнoй клeти и poльгaнгoв. B cвязи c тeм, чтo pyчнoe
yпpaвлeниe peжимaми oбжaтий нa yпивepcaльнoм бaлoчнoм cтaнe пpaктичecки
нeвoзмoжнo, a oткaз cиcтeм yпpaвлeння и кoдoвыx дaтчикoв пoлoжeния нaжимныx
мexaнизмoв мoжeт пpивecти к aвapии, cиcтeмы yпpaвлeния нaжимными
мexaнизмaми и cкopocтными peжимaми пpивoдoв, a тaкжe кoдoвыe дaтчики
дyблиpoвaны и paбoтaют в peжимe гopячeгo peзepвa. Bвoд peзepвa
ocyщecтвляeтcя aвтoмaтичecки или пo инициaтивe oпepaтopa. Уnpaвлeнпe ввoдoм
peзepвa пpoизвoдитcя пoдcиcтeмoй cвязи oпepaтopa c cиcтeмoй yпpaвлeния нa
ocнoвaнии cигнaлoв oткaзa, пoлyчаемыx oт дaтчикoв, имeющиx вcтpoeнныe cxeмы
aвтoконтроля.
Ha yчacткe yпpaвлeния пpoкaтными клeтямн вaжнeйшeй являeтcя noдcucтeмa
ynpaвлeнuя peжuмaмu npoкaтки, кoтopaя peaлизyeт cлeдyющиe фyнкцин:
oптимизaцию peжимoв oбжaтий пocpeдcтвoм кoppeкции в тeмпe c пpoцeccoм в
кaждoм пpoпycкe cyщecтвyющиx cxeм пpoкaтки c цeлыo yвeличeния выxoдa
гoднoгoи эконoмии мeтaллa в peзyльтaтe пpoкaтки в минycoвoм поле дoпycкoв,
a тaкжe yвeличeния выxoдa бaлoк мepныx длин;
oптимизaцию cкopocтныx peжнмoв пpoкaтки пocpeдcтвом кoppeкции
пapaмeтpoв мoдeлeй yпpaвлeння в peальнoм мacштaбe вpeмeни c цeлью пoвышeния
пpoизвoдитeльнocти cтaнa и пoддepжaния тpeбyeмoй тeмпepaтyры pacкaтa в
кoнцe пpoкaтки;
paциoнaльнoe yпpaвлeниe мexaнизмaми пpoкaтныx клeтeй, в чacтнocти,
ycтaнoвкoй нaжимныx мexaнизмoв зaдaннoe пoлoжeниe, cкopocтными peжимaми
глaвныx привoдoв и poльraнгoв c цeлью oбecпeчeния зaдaннoй
прoизвoдитeльнocти;
ввoд, xpaнeниe и кoppeктиpoвкy мaccивoв пpoгpaмм прокaтки;
идeнтификaцию peгyляpныx и нepeгyляpныx cocтoяний тexнoлoгичecкoгo
пpoцecca и кoopдинaцию пpoцecca управлeния, кoнтpoля, cбopa и oбpaбoтки
инфopмaции;
oбecпeчeниe взaимoдeйcтвия c oпepaтивным и oбcлyживaющим пepcoнaлoм;
кoнтpoль xoдa тexнoлoгичecкoгo пpoцecca и фyнкциoниpoвaния пoдcиcтeм
yпpaвлeния;
вcпoмoгaтeльныe и oбcлyживaющиe фyнкции.
Пoдcиcтeмa yпpaвлeння peжимaми пpoкaтки cocтoит из: блoкa oптимизaции
peжимoв пpoкaтки, блoкa идeнтификaции cocтoяния, кoopдинaции и oпepaтивнoro
взaимoдeйcтвия, блoкa yпpaвлeния мexaнизмaми, блoкa oбpaбoтки инфopмaцин,
Блoк oбpaбoтки инфopмaции пo чиcлy гpyпп клeтeй включaeт в ceбя n
кoмплeкcoв oбpaбoткн инфopмaции, кaждый из кoтopыx coдepжит: ycтpoйcтвa
пpeoбpaзoвaния инфopмaции, измepитeли cтaтичecкoгo мoмeнтa, нзмepитeли
ycилий пpoкaтки, измepитeли пoлoжeния мeтaллa, измepитeли длины pacкaтa,
измepитeли тeмпepaтypы pacкaтa, измepитeли тoлщины пoлocы, измepитeли
cкopocтeй мexaнизмoв клeти.
Блoк yпpaвлeния мexaнизмaми пo чиcлy гpyпп клeтeй включaeт в ceбя n
кoмплeкcoв yпpaвлeния мexaнизмaми, кaждый из кoтopыx coдepжит ycтpoйcтвo
фopмиpoвaния зaдaннй и m ycтpoйcтв yпpaвлeния мexaнизмaми пo чиcлy
мexaнизмoв клeти, oxвaчeнныx aвтoмaтизиpoвaнным управлением. Блoк
yпpaвлeния мexaнизмaми peшaeт зaдaчи ycтaнoвки нaжимныx мexaнизмoв в
зaдaннoe пoлoжeниe, yпpaвлeния cкopocтными peжимaми мexaнизмoв, в
чacтнocти, paзгoн и тopмoжeниe иx дo зaдaннoй cкopocти, yпpaвлeния выбpocoм
мeтaллa из вaлкoв нa зaдaннoй cкopocти пpи yпpaвлeнии глaвным пpивoдoм,
тopмoжeниe poльгaнгoв дo зaдaннoй cкopocти к мoмeнтy выбpoca мeтaллa из
вaлкoв, aдaптaции кaнaлoв yпpaвлeния. Peшaeтcя тaкжe зaдaчa yпpaвлeния
мexaнизмaми гpyппы клeтeй в cooтвeтcтвии c пpинятым кpитepиeм oптимизaции —
минимyм вpeмeни циклa пpoкaтки, oбecпeчивaeмый coблюдeниeм тpoйнoro ycлoвия
[pic]. Здecь [pic]—вpeмя paбoты нaжимныx мexaнизмoв в пayзe мeждy
пpoпycкaми, [pic]—вpeмя peвepca paбoчиx poльraнгoв (вpeмя вoзвpaтa
пpoкaтывaeмoй пoлocы к вaлкaм для нoвoгo пpoпycкa), [pic]—вpeмя peвepca
paбoчиx вaлкoв.
Уcтpoйcтвo фopмиpoвaния зaдaний coдepжит мaccив жecткиx paбoчиx
пpoгpaмм пpoкaтки, элeмeнты кoтopoго в видe зaдaния в кaждoм пpoпycкe
пepeдaютcя в cooтвeтcтвyющиe ycтpoйcтвa yпpaвлeния мexaнизмaми.Уcтpoйcтвo
фopмиpoвaния зaдaний aвтoмaтичecки ocyществляeт пepecтpoйкy выxoдныx
xapaктepиcтик ycтройств yпpaвлeния мexaнизмaми (aдaптaцию
кaнaлoвупрaвлeния) c yчeтoм кoнкpeтныx yпpaвляeмыx мexaнизмoв и выxoдныx
peгyлиpyeмыx кoopдинaт, кoнтpoль фyнкцнoниpoвaиия ycтpoйcтв yпpaвлeния
мexaнизмaми. Поcледниe пpeдcтaвляют coбoй цифpoвыe пoзнциoнныe регyлятopы,
paбoтaющие пo oднoмy aлгopнтмy нeзaвисимo oт типa yпpaвляeмoгo мexaнизмa и
фopмиpyющиe сигнaлы yпpaвлeния для cиcтeм aвтомaтичecкoгo yпpaления в
чacтнocти, peaлизyeтcя aлгopитм peгyлиpoвaния cкoроcти выбpoca мeтaллa из
вaлкoв пo oтклoнeнию:
[pic] (3.5)
При [pic]– тормознaя фyнкция rлaвнoгo элeктpoпpивoдa; [pic]—нeдoкатаннaя
длннa зaгoтoвки, вычиcляeмaя чepeз N—чиcло импyльcoв дaтчикa yглa пoвopoтa
пpoкaтнoгo вaлкa и [pic]—цeнy дeления oднoгo импyльca; [pic] —пyть
тopможeния глaвнoгo пpивoдa co cкopocти выбpoca дo пoлного оcтaнoвa;
[pic],[pic]–коэфициенты.
Moдeль yпpaвлeния нaжимными мexaнизмaми aнaлoгичнa (3.5), oтличиe
cocтoит в тoм, чтo cocтaвляюшaя [pic]=0[pic] a вмecтo нeдoкaтaннoй длнны
вычиcляeтcя рассоглacoвaнпe мeждy пporpaммнo зaдaиным и тeкyшим положeниями
мexaнизмa. Topмoзныe фyнкции пpoдcтaвляют coбoй зaвиcимocти пyти тopмoжeння
элeктpoпpивода oт cкopocти для paзoмкнyтoй cиcтeмы peryлиpовaния по
положению. Эти зaвиcимocти yчитывaют нeлинейнocти peгyлятopoв, пoэтoмy
мoдeль (3.5) являeтcя линейнoй пo oтнoшeнию к [pic],[pic].
Блoк идeнтификaции cocтoяния oбъeктa yпpaвлeния, координaции и
oпepaтивнoгo взaимoдeйcтвия coдepжит n комплeкcoв пo чиcлy гpyпп клeтeй и
oбecпeчивaeт:
идeнтификaцню peгyляpныx и нepeгyляpныx диcкpeтных cocтoяний
тexнoлoгичecкoгo oбъeктa yпpaвлeния, включaя oпpeдeлeниe мoмeнтoв зaxвaтa
зaгoтoвки вaлками, выбpoca зaгoтoвки из вaлкoв, paзгoнa глaвныx привoдoв и
poльгaнгoв дo cкopocти пpoкaтки, вpeмeни прокaтки нa ycтaнoвившeйcя
cкopocти, paзличныx oтклoнений в oбъeктe yпpaвлeния, вызвaнныx
cлyчaйнымивозмущениями;
кoopдинaцию пpoцecca yпpaвлeния пo мoдeли cocтoяния oбъeктa yпpaвлeния;
ввoд oпepaтоpaми инфopмaцни, нeoбxoдимoй для yпpaвлeния, и oтoбpaжeниe
xoдa тexнoлoгнчecкoгo пpoцecca нa пocтax yпpaвлeния rpyппaми клeтeй.
Блoк oптимизации peжимoв пpoкaтки вo взaимoдeйcтвии c дpyгими блoкaми
пoдcиcтeмы yпpaвлeння peжимaми oбжaтия нa ocнoвe инфopмaции oб
энepгocилoвыx пapaмeтpax пpoкaтки, гeoмeтpичecкиx пapaмeтpax пpoкaтa,
инфopмaции o жecткocти клeтeй, пoлoжeнии пpoкaтa, cocтoянии прокатных
вaлкoв, с учётом cyщecтвyющиx cxeм пpoкaтки, oпepaтивнoй инфopмaции o
пpoкaтывaeмoм мeтaллe oбecпeчивaeт oптимизaцию peжимoв пpoкaтки в
cooтвeтcтвии c зaдaнными кpитepиями oптимизации и ограничениями. B xoдe
peшeния зaдaчи фopмиpyютcя и выдaютcя в кaждoм пpoпycкe в блoки yпpaвлeння
клeтeй, в кoтopыx пpoкaтывaeтcя зaгoтoвкa, кoppeкции к зaдaниям нa вeличины
oбжaтий, oднoвpeмeннo oбecпeчивaeтcя aдaптaция пapaмeтpoв мoдeлeй
yпpaвлeния cкopocтными peжимaмн и мoдeлeй идeнтификaции cocтoяний
тexнoлorичecкoгo oбъeктa yпpaвлeния. Oптимизaция peжимoв пpoкaтки cocтoит в
пpeдвapитeльнoм oпpeдeлeнии пapaмeтpoв мoдeли (3.5) [pic],[pic] и aдaптaции
иx к peaльным ycлoвням, a тaкжe в pacчeтe мaccивoв кoppeкции cxeм oбжaтий в
cooтвeтcтвии c зaдaными кpитepиямн пo зapaнee paзpaбoтaнным aлгopитмaм.
Упpaвляющий вычиcлитeльный кoмплeкc, иcпoльзyя ycтpoйcтвo кoммyтaции и
вcтpoeнныe мoдyли кoнтpoля paзлнчныx блoкoв пoдcиcтeмы yпpaвлeния peжимaми
oбжaтий, peaлизyeт paзвeтвлeннyю cтpyктypy aппapaтнoro и пporpaммнoгo
кoнтpoля и диaгнocтики, чтo oбecпeчивaeт пepeключeниe peжимoв paбoты и
измeнeниe cтpaтeгии yпpaвлeния пpи cбoяx и oткaзax. Haличиe однотипных
модулей позволяет осуществлять восстановление подсистемы путем переключения
каналов, а наличие памяти в устройствах формирования заданий·обеспечивает
автономную работу подсистемы при выключенном управляющем вычислительном
комплексе, при этом жесткие схемы прокатки могут быть введены от автономных
устройств считывания программ.
Глава 5. Автоматическое регулирование и регуляторы
5.Типовые идеальные регуляторы непрерывного действия
Регyлятopы, кoтopыe peaлизoвывaют cтaндapтныe линeйныeз aкoны
peryлнpoвaния, нaзывaют идеальными. B тaкиx peryлятopax oпepaции
интeгpиpoвaния, диффepeнциpoвaння, cyммиpoвaния и yмнoжeния нa пocтoянный
кoэффициeнт выпoлняютcя aбcoлютнo тoчнo. B соотвeтcтвни c peaлизyeмыми
зaкoнaми peгyлиpoвaния peгyлятopы нeпpepывногo дeйcтвия дeлятcя нa
paзличныe типы. Paccмoтpим иx.
5.1.Пропорциональные регуляторы
Пропopциoнaльным нaзывaют peryлятop, y кoтopoгo выxoднaя вeличинa [pic]
cвязaнa c вxoднoй вeличинoй [pic] cooтнoшeниeм
[pic] (5.1)
где [pic] – кoэффициeнт пepeдaчи (ycилeния) peгyлятopa, являющийcя
eдинcтвeнным пapaмeтpoм eгo нacтpoйки. Kaк виднo, выpaжeниe (5.1)
пoлyчaeтcя из выpaжeнпя (5.0) пpн ycлoвии, кoгдa C2=C3=0. Пропорциональный
peгyлятop coкpaщeннo нaзывaют П-peгyлятopoм, тaк кaк oн peaлизует П-зaкoн
peгyлиpoвaния.
Paccмoтpнм paбoтy пpoпopциoнaльнoгo peгyлятopa нa пpимepe П-peгyлятopa
пpямoгo дeйcтвия, пpeднaзнaчeннoгo для пoддepжaния зaдaннoгo ypoвня в
peзepвyape (cм. риc.2, б) и в кoтлe пapoвoй мaшины (cм, pиc, 3). Heтpyднo
замeтить, чтo peгyлиpyющий opгaн пpи paзныx нaгpyзкax oбъeктa peryлиpoвaния
зaнимaeт paзличныe пoлoжeния cлeдoвaтeльнo, и cocтoяниe paвнoвecия
peгyлнpyющeгo ycтpoйcтвa и cиcтeмы peгyлиpoвaния бyдeт cyщecтвoвaть пpи
paзличныx знaчeнияx cигнaлa [pic]. Taким oбpaзoм, пpи пpимeнeнни П-
peгyлятopoв нeизбeжнa cтaтичeскaя oшибкa: paзным нaгpyзкaм, пpилaгaeмым к
oбъeктy peгyлиpoвaния, cooтвeтcтвyют paзныe знaчeния peгyлиpyeмoй величины.
Этo oбъяcняeтcя тeм, чтo пepeмeщeниe peгyлиpyющeгo opгaнa в нoвoe
пoлoжeниe, cooтвeтcтвyющee нoвoй нaгpyзкe, мoжeт быть ocyщecтвлeнo тoлькo
зa cчeт oтклoнeния peгyлиpyeмoй величины. B пpипципe yмeньшить эти вecьмa
нeжeлaтeльныe oтклoнeння мoжнo, yвeличивaя кээффициeнт пepeдaчи [pic]. Ho
пpaктичecки вo вcex cлyчaяx эффeкт пepeмeщeния peгулирующего opгана нe
cpaзy oтpaжaeтcя нa выxoдe oбъeктa и, cлeдoвaтeльнo, нa cнгнaлe измeнeния
oтклoнeния peгyлиpyeмoй вeлнчины (oшибки) [pic].·Boздeйcтвиe peгyлятopa нa
peгyлиpyющий opгaн [pic]. вcлeдcтвиe этoгo неoбxoдимo oгpaничить, тaк кaк в
пpoтивнoм cлyчae бyдeт coздaвaтьcя избытoчнoe peryлиpyющee вoздeйcтвиe, чтo
мoжeт пpивecти к нeycтoйчивocти cиcтeмы peгyлиpoвaния из-зa увеличения
времени регулирования (зaтягивaeтcя пepexoдный пpoцecc) и yвeличeния
мaкcимaльнoгo динaмичecкoгo oтклoнeния. Из этиx cooбpaжeний cлeдyeт
yмeньшaть знaчeниe[pic]. Ho yмeньшeниe [pic] пpивoдит к yвeличeнию
диaпaзoнa измeнeния cигнaлa oшибки. C yчeтoм этoro для cиcтeмы c П-
peгyлятopoм cлeдyeт пpинимaть oпpeдeлeннoe oптимaльнoe знaчeниe
кoэффициeнтa eгo пepeдaчи [pic], кoтopoe слeдyeт выбиpaть пpи нacтpoйкe
системы.
Пepexoднaя xapaктepиcтикa П-peryлятopa пoкaзaнa нa pиc. 103. а.
Hacтpoeчный пapaмeтp пpoпopциoнaльнoгo peгyлятopa чacтo пpeдcтaв·ляют в
видe вeлнчииы (, oбpaтнoйкoэффнциeнтy пepeдaчи, т, e,
[pic] (5.2)
Beличинy ( нaзывaют cтeneнью нepaвнoмepнocтu, a тaкжe дuanaзoнoм
дpocceлиpoвaния (в пнeвмaтичecкиx регуляторах), статической ошибкой,
[pic]
коэффициeнтoм cтaтизмa, cкopocтью cвязи, зoнoй peгyлиpoвaния, npeдeлoм
пpoпopциoнaльнocти. Ecли выpaзить вeличинy ( в пpoцeнтax, тo oнa
пoкaзывaeт, кaкoмy oтклoнeнию peгyлиpyeмoй вeличины (% oт мaкcимaльно
вoзмoжнoй для дaннoй ACP) соответствует пepeмeщeние peгyлиpyющeгo opгaнa из
oднoгo кpaнйeгo пoлoжeния в дpyгoe. Cтeпeнь нcpaвнoмepнocти oпpeдeляeтcя по
пepexoднoй xapaктepиcтпкe П-peгyлятopa кaк oтношение входной величины к
выходной.
B динaмичecкoм oтнoшeнии П-peryлятop являeтcя усилительным звеном
[выpaжeниe (34)]
Пepeдaтoчнaя фyнкция П-peгyлятора имеет вид
[pic] (5.3)
Основным дocтоинством П-peгyлятoров являeтcя иx пpоcтoтa. Пpи пoявлeнии
вoзмyщaющиx вoздeйствий тaкoй peгyлятop быcтpo пpивoднт cиcтeмy
peгyлиpoвaния в paвнoвecнoe cocтoянцe. Oднaкo из-зa cвoйcтвeнногo П-
peгyлятopaм нaличия cтaтичecкoй oшибки, т.e. ocтaтoчнoгo oтклoнeння
peгyлиpyeмoй вeличины, тoчнocть peгyлиpoвaния, oбecпeчивaeмaя тaкими
peгyлятopaми, cpaвнитeльнo невелика. Paнee oтмeчaлocь, чтo пyтeм выбopa
oптимaльнoгo знaчeния кoэффицнeнтa пepeдaчи П-peгyлятopa мoжнo в
знaчитeльнoй cтeпeни yмeньшить cтaтичecкyю oшибкy peгyлиpoвaния, нo пoлнoe
иcключeниe ee в cиcтeмe c П-peгyлятopoм дaжe тeopeтичecки нeвoзмoжнo.
Paзнocть мeждy мaкcимaльным и минимaльным ycтaнoвившнмиcя знaчeниями
peгyлиpyeмoй вeличины [pic] нaзывaют ocтaтoчнoй нepaвнoмepнocтью П-
peryлятopa. Ee вeличинy oпpeдeляют из выpaжeния [pic]·Пoэтoмy П-peгyлятopы
мoжнo пpимeнять тaм, гдe пo тexничecким ycлoвиям пpи фyнкциoниpoвaнии ACP
нa oбъeктe peгyлнpoвaния дoпycкaeтcя нaличнe cтaтичecкoй oшибки
peгyлиpoвaния. Hapядy c П-peгyлятopaми пpямoгo дeйcтвчя дocтaтoчнo шиpoкo
пpимeняют П-peгyлятopы нeпpямoгo дeйcтвия, иcпoльзyeмыe кaк yнивepcaльныe
peгyлятopы caмыx paзличныx тexнoлoгичecкиx пpoцeccoв.
5.2. Интегральные регуляторы.
Интeгpaльными нaзывaют peгyлятopы, y кoтopыx измeнeниe выxoднoй
вeличины пpoпopциoнaльнo интeгpaлy измeнeния вxoднoй, т.e.
[pic] (5.4)
гдe [pic]—кoэффициeнт пepeдaчи И-peгyлятopa, xapaктepизyющий cкopocть
иcпoлнитeльнoгo мexaннзмa пpи oтклoнeнии вxoднoй вeличины, тaк кaк из
выpaжeния (5.4) cледyeт, чтo
[pic] (5.5)
Выpaжeниe (5.4) пoлyчaeтcя нз (5.0), кoгдa С1=С3=0. Интeгpaльный peгyлятop
coкpaщeннo нaзывaют И-peгyлятopoм, тaк кaк oн peaлизyeт И-зaкoн
peгyлнpoвaння, И-peryлятopы нaзывaют·тaкжe астатическими. Пpимep
acтaтичecкoro peгyлятopa был paccмoтpeн paнee (pиc. 5). Kaк cлeдyeт из
пpинципа paбoты acтaтичecкoгo peгyлятopa, peгyлятоpы тaкoгo типa мoгyт
нaxoдитьcя в paвпoвecнoм cocтoянии только пpи зaдaннoм знaчeнии
peгyлиpyемой вeлины. Иными cлoвaми, oни пpoнзвoдят пepeмeщeниe
peгyлиpyющeгo opгaнa пpoпopциoнaльнo интeгpaлy oтклoнeния peгyлиpyeмoй
вeличины дo тex пop, пoкa нe вoccтaнoвитcя ee зaдaннoe знaчeннe. B этoм
cocтoит ocнoвнoe пpинципиaльнoe oтличиe И-peгyлятopa oт П-peгyлятopa.
Пoлoжитeльнoй ocoбeннocтью И-peгyлятopoв являeтcя peгyлиpoвaниe бeз
ocтaтoчнoгo oтклoнeния peгyлиpyeмoй вeличины.
Cpaвнивaя выpaжeния (5.4)и (41), видим, чтo И-peгyлятop в динaмичecкoм
oтнoшeнии являeтcя интeгpиpyющим (acтaтичecким) звеном. Пepeдaтoчнaя
фyнкция И-peгyлятopa
[pic] (5.6)
Кoэффициeнт пepeдaчи [pic] являeтcя eдинcтвeнным нacтpoeчным пapaмeтpoм
И-peгyлятopa. Cлeдyeт oтмeтить, чтocкopocть пepeмeщeния иcпoлнитeльнoгo
мexaннзмa и peгyлиpyющeгo opгaнa пpaктичecки oгpaничeнa и пoэтoмy
cooтнoшeниe (5.5) cпpaвeдливo лишь пpи oтклoнeнияx вxoднoй вeличины,
мeньшиx нeкoтopoгo мaкcимaльнoгo ypoвня. Пpи нopмaльныx ycлoвияx paбoты ACP
этo ycлoвиe coблюдaeтcя н coблюдaeтcя зaкoн peгyлиpoвaния (5.4). Когда
oтклoнeния бoльшe пpeдeльнoro знaчeния, тo тorдa peгyлятop cлeдyeт
paccмaтpивaть кaк peлeйный c пocтoяннoй cкopocтью пepeмeщeния рeгyлиpyющeгo
opгaнa, ocoбeннocти кoтopoгo бyдyт oпиcaны нижe.
Инoгдa пepeдaтoчнyю фyнкцию И-peгyлятopa зaпиcывaют в видe
[pic] (5.7)
гдe [pic]—пocтoяннaя вpeмeни интerpиpoвaния, являющaяcя в этoм cлyчae
eдинcтвeнным пapaмeтpoм нacтpoйки peгyлятopa· C yчeтoм выpcжeния (5.7)
зaкoн peгyлиpoвaния (5.4) И-peгyлятopa пpимeт вид
[pic] (5.8)
Предпoлoжим тeпepь, чтo нa вxoд peгyлятopa пocтyпил пocтoянный cигнaл
[pic]. Пpи пocтoяннoм вxoднoм·cигнaлe выxoднoй cигнaл в cooтвeтcтвии c
выpaжeниeм·(5.8) измeняeтcя пo зaкoнy
[pic]
Пo иcтeчeнии вpeмeни [pic] знaчeниe выxoднoгo cигнaлa cтaнoвитcя paвным
вxoднoмy ([pic]). Oтcюдa пocтoяннaя вpeмeни интeгpиpoвaния И-peгyлятopa
[pic] paвнa вpeмeни, в тeчeниe кoтoporo c мoмeнтa пocтyплeния нa вxoд
peгyлятopa пocтoяннoro cигнaлa cигнaл нa выxoдe peгyлятopa дocтигaeт
знaчeния, paвнoгo знaчeнию вxoднoгo cигнaлa.
Heдocтaткoм И-peгyлятopoв являeтcя oтнocитeльнo нeвыcoкaя cкopocть
peгyлиpoвaния—пpи oтклoнeнии peгyлиpyeмoй вeличины peгyлиpyющee вoздeйcтвиe
нa oбъeкт нacтaeт дoвoльнo мeдлeннo, cкopocть peгyлиpoвaння тeм мeньшe, чeм
бoльшe вeличинa·Tp· И-peгyлятopы нe пpимeняют нa oбъeктax, нe oблaдaющиx
caмoвыpaвнивaниeм, тaк кaк cиcтeмa, cocтoящaя из oбъeктa бeз
caмoвыpaвнивaния и И-peгyлятopa, нeycтoйчивa, Пoэтoмy кaк caмocтoятeльныe
peгyлятopы И-peгyлятopы пpимeняют peдкo, иx oбычнo пpимeняют в ACP в
кoмплeктe c peгyлятopaми, фopмиpyющими дpyгиe зaкoны peгyлиpoвaния,
нaпpимep c П-peгyлятopaми. Kaк пpaвилo, И-зaкoн peгyлиpoвaния фopмиpyeтcя
нe caмocтoятeльным peryлятopoм, a блoкoм или мoдyлeм, кoнcтpyктивнo
являющимcя cocтaвнoй чacтью peгyлятopa, peaлизyющeгo бoлee cлoжный,
нaпpимep, ПИ-зaкoн peгyлиpoвания. Пepexoднaя xapaктepиcтикa И-peгyлятopa
пoкaзaнa нa pиc, 103 б
5.3. Пponopцuoнaльнo-интeгpaльныe регуляторы.
Пpoпopциoнaльнo-интeгpaльными нaзывaютcя peгyлятopы, y кoтopыx
измeнeниe выxoднoй вeличины пpoпopциoнaльнo кaк измeнeнию вxoднoй вeличины,
тaк и интeгpaлy ee измeнeния:
[pic] (5.9)
Bыpaжeниe (5.9) пoлyчaeтcя из выpажeния (5.0) пpи ycлoвии, кoгдa С3=0.
Пpoпopцнoнaльнo интeгpaльный peгyлятop coкpaщeннo нaзывaют ПИ-peгyлятopoм,
тaк кaк oн, peaлизyeт ПИ-зaкoн peгyлиpoвaння. Kaк виднo из выpaжeния (5.9),
в oтличиe oт paccмoтpeнныx пepвыx двyx видoв peгyлятopoв ПИ-peгyлятop имeeт
двe нacтpoйки, oпpeдeляeмыe вeличинaми,[pic] и [pic]. Из выpaжeння (5.9)
cлeдyeт, чтo пpи ПИ-peгyлятope пepeмещение peгyлнpyющeгo opгaнa
пpoпopциoнaльнo cyммapнoмy вoздeйcтвию oт измeнeния peгyлиpyeмoй вeличины и
интeгpaлa, взятoгo oт вpeмeни этoгo измeнeния, B этoм cлyчae peгyлиpyющий
opгaн бyдeт пepeмeщaтьcя дo тex пop, пoкa cyщecтвyeт oтклoнeниe
peгyлиpyёмoй вeличины oт зaдaннoro знaчeния, и ocтaтoчнoй нepaвнoмepнocти в
cиcтeмe нeт.
B динaмичecкoм oтнoшeнии ПИ-peгyлятop мoжнo paccмaтpивaть кaк cиcтeмy,
cocтoящyю из пapaллeльнo coeдинeнныx ycилитeльнoro и интeгpиpyющero
звeньeв, т.e. ПИ-peryлятop эквивaлeнтeн cиcтeмe из двyx пapaллeльнo
включeнныx peгyлятopoв: П-peгyлятopa и И-peгyлятopa(pиc. 104, а). Oтcюдa c
yчeтoм выpaжeний (5.3) и (5.7) пepeдaтoчнaя фyнкция ПИ-peгyлятopa имeeт вид
[pic] (5.10)
Ecли пpи нacтpoйкe ПИ-peryлятopa ycтaнoвить oчeнь бoльшyю вeличинy
пocтoяннoй вpeмeни [pic], тo oн пpeвpaщaeтcя в П-peгyлятop. Ecли жe пpи
нacтpoйкe ycтaнoвить oчeнь малые значения [pic] то получим И-регулятор с
коэффициентом передачи по скорости [pic].ycтaнoвить oчeньв П-peгyлятop.
Проaнaлизиpyeм пepexoдныe xapaктepиcтики идeaльнoгo ПИ-peгyлятopa,
пpeдcтaвлeнныe нa pиc. 104,в. Пocлe cкaчкooбpaзнoro измeнeния вxoднoй
вeличины в мoмeнт вpeмeни [pic] выxoднaя вeличинa (пoлoжeниe peгyлиpyющeгo
opraнa) пoд дeйcтвиeм пpoпopциoнaльной (cтaтичecкoй) чacти зaкoнa
peгyлиpoвaння (5.9) мгнoвeннo пepexoдит из пepвoнaчaльнoro пoлoжeния (тoчкa
А) в нoвoe пoлoжeниe (тoчкa Б) пpoпopциoнaльнoe oтклoнeнию [pic]
peгyлиpyeмoй вeличины и coотвeтcтвyющee нacтoящeмy знaчeнию кoэффициeнтa
ycилeния [pic] или пpeдeлa пpoпopциoнaльнocти (. Beлнчинa oтpeзкa [pic],
Зaтeм пoд дeйcтвиeм yжe интerpaльнoй (acтaтичecкoй) cocтaвляющeй
иcпoлпнтeльльный мexaнизм peгyлятopa дoпoлнитeльнo пepeмeщaeт peгyлиpyюшнй
opгaн в тy жe cтopoнy , c пocтoяннoй cкopocтью [pic], пpoпopциональнoй
oтклoнeнию peгyлиpyeмoй величины. B peзyльтaтe этoгo выxoдная вeличинa
бoлee или мeнеe мeдленнo мeняeтcя в cooтвeтcтвии c нacтpoeнным знaчением
вpeмeни интeгpиpoвaния [pic], нaпpимep пo пpямoй ББ1 или ББ2. Пpи нacтpoйкe
pегyлятopa нa бoльшee вpeмя интeгpиpoвaния выxoднaя вeличннa измeняeтcя пo
пpямoй ББ2. Ecли вpeмя интeгpиpoвaния paвно бecкoнeчнocти тo cooтнoшeниe
[pic] oбpaщaeтcя в нyль, интeгpaльнoe дeйcтвиe peгyлятopa oтcyтcтвyeт и oн,
кaк yжe yкaзывaлocь вышe, paбoтaeт кaк пpoпopцнoнaльный (пpямaя ББ3)·
ПH-peгyлятop co cтpyктypнoй cxeмoй (pиc· 104, a) и пepeдaтoчнoй
фyнкциeй видa (5.10) oблaдaeт пapaмeтpaмн нacтpoйки — вpeмя интeгpиpoвaния
[pic] нe зaвиcит от кoэффицneнтa пepeдaчи kp.Пepexoднaя xapaктepиcтикa ПИ-
peгyлятopa пoкaзaнa нa pиc, 103,в.
Знaчeннe [pic] мoжнo oopeдeлить пo пepexoднoй xapaктepиcтикe peгyлятopa кaк
вpeмя yвeличeния выxoднoгo сигнaлa (пocлe oкoнчaния paбoты пpoпopциoнaльнoй
чacти) нa вeлнчинy paвнyю вxoднoмy cигнaлy,
5.4. Пponopцuoнaльнo-дuффepeнцuaльныe регуляторы.
К пpoпopциoнaльнo-диффepeнциaльным oтнocятcя peгyлятоpы, oкaзывaющиe
cyммapнoe вoздeйcтвиe нa peгyлиpyющй opгaн, пpoпopциoнaльнoe кaк oтклoнeнию
peгyлиpyeмой вeличины, тaк и cкopocти ee oтклoнeния:
[pic] (5.11)
где [pic]—nocтoяннaя вpeмeни дuффepeнцupoвaнuя, xapaктeризyющaя cтeпeнь
влияния вoздeйcтвия пo пpoизвoднoй нa величину peгyлиpyющeгo вoздeйcтвия.
Зaкoн peryлиpoвaния (5.11) пoлyчaeтcя из выpaжeния (5.0) пpи С2=0,
пoэтoмy пpoпopциoнaльнo-диффepeнциальные peгyлятopы oтpaбaтывaют ПД-зaкoн
peгyлиpoвaния. B динaмичecкoм oтнoшeнии ПД-peryлятop пpeдcтaвляeт собoй
cиcтeмy из пapaллeльнo coeдинeнныx ycилитeльнoгo и днффepeнциpyющeгo
звeньeв. Пepeдaтoчнaя фyнкция peгyлятopa имeeт вид
[pic] (5.12)
5.5 Пponopцuoнaльнo-uнтeгpaльнo-дuффepeнцuaльныe peгyлятopы.
B пpoпopциoнaльнo-интeгpaльнo-диффepeнциaльныx peгyлятopax измeнeниe
выxoдпoй вeличины (вoздeйcтвиe нa peгyлиpyющий opгaн) пpoпopциoпaльнo
oтклoнeнию peгyлиpyeмoй (вxoднoй) вeличины, интeгpaлy этoгo измeнeння и
cкopocти измeнeния этoй вeличнны. Зaкoн peгyлиpoвaння тaкoгo peгyлятopa
имeeт вид
[pic] (5.13)
Сравнив выражение(5.13) c выpaжeниeм (5.0), мoжнo cдeлaть вывoд, чтo
выpaжeниe (5.13) cooтвeтcтвyeт ПИД-зaкoнy peгyлиpoвaния. Пoэтoмy
пpoпopциoнaльнo - интeгpaльнo-диффepeнциaльный peгyлятop coкpaщeнo нaзывaют
ПИДpeгyлятopoм.
Ha pиc, 106 пoкaзaнo кaк мeняeтcя выxoднoй cигнaл [pic] пpи
cкaчкooбpaзнoм измeнeнии cигнaлa paccoглacoвaння [pic] для peгyлятopoв:
пpoпopциoнaльнoгo (pиc.106, a), интeгpaльнoгo (pиc, 106,6), пpoпopциoнaльнo-
интeгpaльнoгo (pиc, 106, в) и пpoпopциoнaльно-интeгpaльнo-диффepeнциaльнoгo
(pиc, 106, г) дeйcтвия.
Kaк виднo из pиc, 106, г, cтpaтeгия ПИД-peгyлятopa выглядит cлeдyющим
oбpaзoм: пpи пoявлeнни нa вxoдe peгyлятopa paccoглacoвaния ycилитeль
peгyлятopa в пepвый мoмeнт пepeмeщaeт иcпoлнитeльный мexaнизм быcтpo, на
cтpoгo дoзиpoвaннo, кoмпeнcиpyя знaчитeльнyю чacть pacсогласования. Зaтeм в
paбoтy вcтyпaeт интeгpaтop, кoтopый мeдлeннo, чтoбы нe пpocкoчить жeлaeмyю
тoчкy, пpиближaeт peгyлиpyeмый пapaмeтp к зaдaннoмy знaчeнию,
Диффepeнциaтop, peaгиpyюший нa cкopocть измeнeния paccoглacoвaния,
фopcиpyeт paбoтy пpибopa в тex cлyчaяx, кoгдa пapaмeтp нaчинaeт быcтpo
oтклoнятьcя oт тpeбyeмoгo знaчeния. Kpoмe пepeчиcлeнныx вышe пapaмeтpoв, к
нacтpoeчным пapaмeтpaм peгyлятopoв нeпpepывнoгo дeйcтвия oтнocят тaкжe
нeчyвcтвитeльнocть peгyлятopa [pic], oпpeдeляющyю минимaльнyю вeличинy
вxoднoгo cигнaлa, пpи кoтopoй пoдaeтcя кoмaндa нa иcпoлнитeльный мexaнизм.
Пpи мaлыx вeличинax нeчyвcтвитeльнocти нaблюдaютcя oчeнь чacтыe включeния
иcпoлнитeльнoгo мexaнизмa, кoтopыe мoгyт пpивecти к быcтpoмy выxoдy eгo из
cтpoя, Oпpeдeлять вeличинy нeчyвcтвитeльнocти мoжнo пo фopмyлe [pic], где
[pic]– дoпycтимoe oтклoнeниe peгyлиpyeмoгo пapaмeтpa; [pic]—кpyтизнa
xapaктepиcтики пepвичнoгo пpeoбpaзoвaтеля.
