CC BY
35
Список литературы
1. Суспицын Е.С., Лукьянов С.И, Пишнограев Р.С. Диагностирование электропривода тянуще-правильного устройства МНЛЗ: монография. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2005. 152 с.
2. Айвазян С. А., Мхитарян В. С. Статистика и основы эконометрики: учебное пособие / М.: «ЮНИТИ», 1998. 1005 с.
3. Bartlett P., Shawe-Taylor J. Generalization performance of support vector machines and other pattern classifiers. Advances in Kernel Methods/ Cambridge, USA: MIT Press, 1998. 250 c.
S. Lukyanov, E. Suspitsyn, R Pishnograev, M. Konovalov
System of diagnosing of the condition of draw roller electric driving equipment
A new method of pulling out rolls electro drive equipment diagnosing is presented. Diagnostic system synthesis is based on machine learning methods. A continuous caster pulling out rolls electro drive equipment diagnosing system is developed.
Keywords: methods of diagnosing of the equipment, methods of machine learning, electric drives of draw rollers.
Получено 06.07.10
УДК 621.771
С.И. Лукьянов, д-р техн. наук, чл.-корр. Академии электротехнических
наук, проф., проректор, (3519) 22-13-97,
[email protected] (Россия, Магнитогорск, МГТУ),
Н.В. Фомин, ст. преподаватель, (3519) 22-13-97,
[email protected] (Россия, Магнитогорск, МГТУ),
Д.М. Демкин, асп., (3519) 22-13-97,
[email protected] (Россия, Магнитогорск, МГТУ),
А.И.Хлыстов, зам. гл. энергетика, (3519) 22-13-97,
[email protected] (Россия, Магнитогорск, ОАО «ММК»),
Е.С. Лукьянов, инж., (3519) 22-13-97,
[email protected] (Россия, Магнитогорск, ОАО «ММК»)
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ТЯНУЩИХ РОЛИКОВ КРИВОЛИНЕЙНОЙ МНЛЗ С ВЕРТИКАЛЬНЫМ УЧАСТКОМ
Разработана система управления электроприводом тянущих роликов МНЛЗ. Применение системы позволяет улучшить качество непрерывно литых заготовок за счет уменьшения растягивающих усилий, формируемых в слитке.
Ключевые слова: система управления электроприводом тянущих роликов, качество непрерывно литых заготовок, растягивающие усилия.
Машина непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) №5, установленная в электросталеплавильном цехе ОАО «Магнитогорский металлургический
комбинат» (ОАО «ММК»), разработана и изготовлена ОАО «Уралмаш» с учетом рекомендаций, изложенных в [1]. Конструктивно МНЛЗ№5 значительно отличается от аналогичных ей по назначению и параметрам отливаемых слитков отечественных МНЛЗ применением вертикального кристаллизатора, наличием вертикального участка и участка загиба заготовки, уменьшением числа секций на горизонтальном участке с пяти до трех, применением в последней секции горизонтального участка механических устройств прижима роликов к слитку.
МНЛЗ №5 предназначена для отливки слябов сечением 250х 1250...2350 мм на технологической скорости разливки стали 0,12...1,2 м/мин и представляет собой двухручьевую МНЛЗ криволинейного типа с вертикальным участком в зоне вторичного охлаждения (ЗВО).
Конструктивно роликовая проводка ЗВО МНЛЗ каждого ручья представляет собой два ряда роликов (верхний и нижний) различного диаметра и условно разделена на пять участков: вертикальный, зоны загиба, радиальный, криволинейный и горизонтальный. С целью удобства изготовления и настройки роликовая проводка МНЛЗ № 5 разделена на 11 секций и секцию зоны загиба заготовки. Всего в ЗВО каждого ручья установлены 94 пары роликов. Верхние ролики выполнены не приводными, а в нижнем ряду чередуются приводные и не приводные ролики. Вытягивание кристаллизующегося слитка из кристаллизатора и роликовой проводки ЗВО на каждом ручье осуществляют 64 тянущих ролика.
Электропривод тянущих роликов МНЛЗ№5 впервые на отечественных слябовых установках производства ОАО «Уралмаш» выполнен на переменном токе с индивидуальным силовым питанием каждого электродвигателя типа ДМТКН 112-6У1 (РН=4,5 кВт при 40 % ПВ, пН=900 об/мин, иН=380 В, 1Н=12,7 А) от индивидуальных преобразователей частоты типа Micromaster 440 и управлением от промышленного контроллера S-400.
Одним из технологических факторов, определяющих качество не-прерывнолитых заготовок, является схема приложения к слитку тянущих усилий, которая формируется энергосиловыми параметрами настройки электропривода тянуще - правильного устройства (ТПУ) МНЛЗ. С целью минимизации растягивающих продольных усилий, создаваемых в кристаллизующемся слитке электроприводом ТПУ в процессе его вытягивания из роликовой проводки ЗВО, реальное распределение моментов вытягивания слитка по электроприводам тянущих роликов должно соответствовать требуемому по технологии распределению моментов сопротивления вытягиванию слитка. Реализация данного технологического требования средствами автоматизированного электропривода ТПУ позволяет получать непрерывнолитые заготовки высокого качества и снизить вероятность образования в них грубых дефектов макроструктуры [1].
В результате экспериментальных исследований распределения моментов нагрузки Мвыт по электродвигателям тянущих роликов, выпол-
ненных по методике [2], установлено, что распределение Мвыт1 является весьма неравномерным (рис. 1 ручей №2, скорость вытягивания слитка 0,62 м/мин) и на различных ручьях существенно отличаются между собой. Кроме этого, вид формы распределения моментов вытягивания на ручьях №1 и №2 не является стационарным и при изменении таких технологических факторов, как скорость разливки стали, сечение отливаемой заготовки и по истечении времени с момента проведения ремонтных работ происходит существенное непредсказуемое перераспределение значений моментов вытягивания слитка между электроприводами тянущих роликов [2,3].
4 ■
1 1 1 1 1
1 || ||| 1
3 5 7 9 II 1 15 17 19 21 » 31 X 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 5Э 51 63
М эл е к тродп и г ятол я
радиальный [фНЯОЛШКЧШНЫП горизонтальный
.7 участок тчнгток участок
Рис. 1. Экспериментальное распределение моментов вытягивания слитка МвытЬ по электродвигателям тянущих роликов
С целью расчета требуемых по технологии значений моментов вытягивания слитка на электроприводах тянущих роликов для технологических условий и параметров разливки стали на МНЛЗ №5 с учетом конструктивных особенностей роликовой проводки ЗВО разработана математическая модель расчета усилий сопротивления вытягиванию слитка в каждом межроликовом пространстве ЗВО МНЛЗ [1].
В общем случае величину усилия для МНЛЗ криволинейного типа с вертикальным участком и участком зоны загиба заготовки можно рассчитать из выражения:
= Реб + 11(Ро! + Рдп + £>161 + В9аа1 + % + + РШ + Ср! + ) + Райи - - , (1)
где Бкр - усилие вытягивания слитка из кристаллизатора; й - эквивалентный коэффициент трения, обусловленный трением качения ролика по слитку и трением в подшипниках опор роликов; Рф1 - усилие ферростати-ческого давления на ролики; Ртп1 - усилие давления на ролики от температурных поводок непрерывнолитой заготовки; Рпр1 - усилие давления на ролик, обусловленное правкой слитка на криволинейном участке ЗВО;
Рзап - усилие давления на ролик, обусловленное загибом заготовки; Рз1 -усилие давления, вызванное протягиванием затвердевшей заготовки через роликовую проводку на горизонтальном участке ЗВО; Рмш - усилие механического прижима роликов к слитку; вр1 - сила тяжести 1 - того ролика; во1, вт - нормальная и тангенциальная составляющие силы тяжести части слитка в межроликовом пространстве вс1; Бвыт - усилие сопротивления вытягиванию выпученной корки заготовки из 1 - той пары роликов; вм -сила тяжести металла в кристаллизаторе.
Составляющие выражения (1) рассчитываются по известным зависимостям [1-3].
Результаты расчета требуемых по технологии значений моментов вытягивания слитка на электроприводах тянущих роликов, рассчитанных по выражению Мвьт=Е1*Ш, где Ш - радиус тянущего ролика, приведены на рис. 2. Расчет выполнен для вытягивания слитка сечением 250х1500 мм на скорости разливки стали 0,8 м/мин при условии закрытия лунки жидкой фазы на горизонтальном участке ЗВО между 67 и 68 роликовыми парами.
Мвытк
радиальный криволинейный горизонтальный
участок участок участок
||||| III 1 1 N11111 1 1
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63
№ электродвигателя
Рис.2. Расчетное распределение моментов вытягивания слитка по электродвигателям тянущих роликов
Из сравнения графиков распределения моментов рис.1 и графиков рис.2 следует, что по форме и виду реальное распределение значений моментов вытягивания слитка (рис. 1) существенно отличается от требуемого по технологии (рис. 2) распределения моментов. Следовательно, формальное применение индивидуального электропривода тянущих роликов не обеспечивает выполнения технологического требования по минимизации растягивающих продольных усилий в кристаллизующемся слитке и система управления электроприводом МНЛЗ №5 требует доработки.
Разработана функциональная схема системы распределения моментов нагрузки по электроприводам тянущих роликов. Регулятор скорости ручья (РС ручья) реализован в управляющем контроллере верхнего уровня (рис. 3)
Рис.3. Функциональная схема регулятора скорости ручья
На входе РС ручья сравниваются заданное с выхода множительного элемента значение частоты (скорости вьггягивания слитка) электропривода ЗВО » и усредненное по числу работающих электродвигателей N ручья действительное значение частоты (скорости вьггягивания слитка) «&р». Величина скорости вытягивания слитка формируется на основании сигналов с выходов импульсных датчиков, установленных на трех роликах различного диаметра. Сигналы с выходов импульсных датчиков усредняются за один оборот ролика, после чего формируется значение линейной скорости за один оборот ролика «Уобор ». На основании величины среднего значения сигнала частоты работающих электродвигателей «&р» выполняется формирование усредненного за один оборот ролика значения частоты «£эбор». На выходе делительного устройства формируется среднее значение отношения «&>бор/ Уобор», которое после умножения на заданное значение линейной скорости вьггягивания слитка, формируемое на выходе задатчика интенсивности ручья (ЗИ ручья), обеспечивает величину задания частоты «{» на входе РС ручья, и задание частоты «г » каждого работающего электродвигателя ЗВО. В управляющем контроллере хранятся массивы: требуемого по технологии разливки распределения моментов нагрузки по каждому электродвигателю тянущих роликов; значений коэффициентов загрузки каждого электродвигателя ЗВО; моментов холостого хода электродвигателей для заданной скорости вьггягивания слитка, коэффициентов загрузки каждого электродвигателя ЗВО; моментов холостого хода электродвигателей для заданной скорости вытягивания слитка.хода электродвигателей для заданной скорости вытягивания слитка.
Нижний уровень системы регулирования с векторным управлением электродвигателем тянущего ролика реализован в преобразователе частоты «Мюгот^ег 440» (рис. 4). Система регулирования состоит из двух контуров регулирования, выполненных по принципу подчиненного регулирования с последовательной коррекцией без датчика обратной связи по скорости вращения электродвигателя.
К,
Л
X
+
м_
1 о
>6—о
ЗИ Н.-Ю-►
с1со
РС
рас
-ю
м.
ДИН
Мс+1
—ю
V
Ч /
V.
/
Токовая модель
\
дол
1- Разливка 0- Местн. Упр.
-к>
& и
РТс]
Расчет
у.
-к>
Наблюдатель
и
РТс!
и,
зад
пч
Рис. 4. Функциональная схема регулятора скорости ролика
Контур регулирования потокосцепления ротора асинхронного двигателя включает в себя внутренний контур регулирования составляющей тока статора по оси с! (Ы) с регулятором тока РТ И, и внешний контур регулирования потокосцепления ротора \|/2. Контур стабилизирует величину потокосцепления ротора в основном режиме работы МНЛЗ - режиме разливки, и ослабляет по-токосцепление ротора в режиме ускоренной прогонки затравки.
Контур регулирования скорости вращения электродвигателя выполнен по стандартной схеме, заложенной в системе регулирования преобразователя частоты «Мкгоп^ег 440» без датчика обратной связи по скорости, т. е. является по сути системой регулирования выходной частоты преобразователя. Контур регулирования скорости включает в себя внутренний контур регулирования составляющей тока статора по оси q с регулятором тока РТ ^ и внешний контур регулирования скорости вращения с регулятором РС. Задание на вход регулятора скорости подается с выхода индивидуального задатчика интенсивности ЗИ, обеспечивающего заданный темп изменения скорости при разгоне и торможении электропривода тянущего ролика. Сигнал задания необходимой скорости вращения электродвигателя «£**» поступает на вход за-
датчика интенсивности ЗИ из управляющего контроллера верхнего уровня, обеспечивая разгон до заданной скорости вытягивания слитка с заданным темпом.
Для формирования необходимого по условиям технологии момента электропривода тянущего ролика регулятор скорости РС электродвигателя переводится в режим насыщения и величина момента формируется воздействием на ограничение задания величины момента «Мдв» на входе регулятора тока РТ Iq. Величина требуемого момента электродвигателя формируется на основании сигналов, поступающих из управляющего контроллера верхнего уровня: заданного суммарного момента «Мсум» электропривода ЗВО, коэффициента загрузки «Кзаг» конкретного электродвигателя тянущего ролика и момента холостого хода «Мхх» данного электродвигателя. Произведение коэффициента загрузки на величину суммарного момента определяет величину статического момента электродвигателя «Мст», добавление динамической составляющей момента двигателя и составляющей момента холостого хода формирует величину полного момента электродвигателя, требуемого по технологии для вытягивания данного слитка.
Список литературы
1. Лукьянов С. И., Васильев А. Е., Лукьянов Д. С. Автоматизированный электропривод тянуще-правильного устройства МНЛЗ: Монография. Магнитогорск: МГТУ, 2004. 179 с.
2. Исследование распределения моментов вытягивания слитка по электроприводам тянущих роликов машины непрерывного литья заготовок / С. И. Лукьянов [и др.]//Электромеханика. № 1. 2009. С. 32-37.
3. Исследование распределения усилий вытягивания слитка на МНЛЗ № 5 / С. И. Лукьянов [и др.] // Электротехнические системы и комплексы: межвузовский сб. науч. тр. Вып. 15. Магнитогорск: МГТУ, 2008.С.73-75.
S. Lukyanov, N. Fomin, D. Dyomkin, A. Khlystov, E. Lukyanov
The development of control system for electric drive of draw rollers of a curved continuous cast plant with a vertical section
Automatic control system of electric drive secondary cooling zone of continuous caster is developed. This system improves casting slab quality by lessening stretched slitting force formed in slab by electric drive.
Keywords: control system for electric drive of draw rollers, quality of continuously cast feedstock, traction forces.
Получено 06.07.10
