CC BY
132
/
1 'V,
• •
16 -V /
• •
Ъ2 Лу
• •
48 х,
• •
64
Ш
|Щ.
iMrfs
Мн*+
Рис. 4. Функциональная схема системы диагностирования механического оборудования электроприводов ТР:
1 - преобразователи частоты; 2 - контроллер управления электроприводом ТР; 3 - сервер системы диагностирования; 4 - сервер АСУ ТП МНЛ; 5 - рабочая станция мастера участка диагностики МНЛЗ
8. В блоке 8 осуществляется сброс счетчика номеров электродвигателей ТР п. Далее в цикле блок 9 - блок 11 осуществляется диагностирование механического оборудования электроприводов ТР. В блоке 12 результаты диагностирования механического оборудования электроприводов ТР визуализируются на мониторе рабочей станции диагностики и архивируются на сервере диагностирования. Далее осуществляется переход к блоку 1.
Разработаны алгоритмы диагностирования отдельных дефектов электропривода ТР и вспомогательные алгоритмы: расчета и формирования массива амплитуд компонент спектральной плотности изменения мгно-венных значений моментов нагрузки; расчета значений весовых коэффициентов и величин значимых компо-нент спектральной плотности изменения моментов нагрузки; расчета разности амплитуд компонент спектральной плотности изменения моментов нагрузки; расчета значений критерия Кохрена; расчета диапазона изменения момента нагрузки электродвигателя ТР.
Для реализации алгоритма диагностирования электроприводов ТР разработана функциональная схема системы диагностирования механического оборудования электропривода ТР (рис. 4).
В системе диагностирования механического оборудования электроприводами ТР (см. рис. 4) использовано штатное оборудование АСУ ТП МНЛЗ: кон-
троллер управления электроприводами ТР 3, сервер АСУ ТП 4, рабочая станция мастера участка диагностики 5. Для реализации системы диагностирования дополнительно установлен сервер системы диагностирования 3.
С целью оценки эффективности разработанной системы диагностирования в июле 2010 года из архивов системы сбора координат работы электродвигателей ТР МНЛЗ № 5 были выбраны данные об изменении моментов нагрузки электродвигателей ТР и поданы на вжд системы диагностирования. В результате оценки установлено, что достоверность диагностирования дефектов механического оборудования электропривода ТР МНЛЗ № 5 составляет А = 93,9-94,8%. Система диагностирования механического оборудования электроприводов ТР (см. рис. 3, 4) внедрена на МНЛЗ № 5 ОАО «ММК». Ожидаемый экономический эффект от внедрения системы диагностирования механического оборудования электроприводов ТР составляет 4,515 млн руб. вгод.
Список литературы
1. Обобщенная методика диагностирования механического и электрического оборудования металлургических агрегатов/ М.В. Коновалов, С.И. Лукьянов, Е.С. Суспицын и др. // Изв. вузов. Электромеханика. 2009. № 1. С. 38-42.
2. Система диагностирования состояния сб:руд:ваниа электропривода тянущих роликов / М.В. Коновалов, С.И. Лукьянов, Е.С. Суспицын и др. // Изв. ТулГУ. Техн. науки. Вып. 3: в 5 ч. Тула: Изд-воТулГу, 2010. Ч. 3. С. 71-76.
3. Коновалов М.В., Лукьянов С.И., Суспицын Е.С. Анализ временных диаграмм изменения моментов нагру зки электродвигателей тянущих роликовМНЛЗ№ 5 ОАО «ММК»; ГОУВПО «Магнитогорск. гос. техн. ун-т». Магнитогорск, 2008. 16 с.: ил. 10. Библиогр. 5 назв. Рус. Деп. в ВИНИТИ 24.06.08, № 526-В2008.
Bibliography
1. The generalized method of diagnosing mechanical and electrical equipment of metallurgical units / M.V. Konovalov, S.I. Lukyanov, E.S. Suspi-tsyn, etc. // Electromechanics. 2009. № 1. S. 38-42.
2. The system of diagnosing the state of the equipment of the electric pull reels / M.V. Konovalov, S.I. Lukyanov, ES. Suspitsyn, etc. // Tula State University. Tech. Science. Vol. 3: 5 hours Tula State Univ. 2010. Part 3. S. 71-76.
3. Konovalov M.V., Lukyanov S.I., Suspitsyn E.S. Analysis of changes in the timing charts of moments electric load puling roler caster № 5 OJSC «MMK» // GOUVPO «Magnitogorsk. state. tech. Univ». Magnitogorsk, 2008. 16.: Il. 10. Bibliography. 5 refs. Eng. Dep. in VINITI 24.06.08, № 526-V2008.
УДК 621.771.016
Карандаев A.C., ХрамшинВ.Р., Петряков С.А.
СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОЛЩИНЫ ПОЛОСЫ СТАНА ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ*
Для снижения продольной разнотолщинности полосы на широкополосном стане горячей прокатки предложен способ прокатки, согласно которому в момент /1 выхода головного участка полосы из преды-
Работа проводилась прифинансовой поддержке Федерального агентства по науке и инновациям (государственный контракт № 16.740.11.0072).
дущеи клети производится дополнительное разведение валков последующей клети на величину 5к. Далее при прокатке головного участка осуществляется уменьшение межвалкового зазора по функциональному закону, представленному на рис. 1 [1]. Промежуток /1-/2 - это время транспортировки «головы» полосы от предыдущей клети до текущей, зависящее от скорости прокатки. В интервале /2-/3 удерживается
максимальное дополнительное разведение, после чего происходит плавное уменьшение коррекции до нуля (интервал /3-/4).
Режим формирования продольного профиля проката переменной толщины также является характерным для клетей толстолистовых станов при профилированной прокатке заготовок [2]. Данный режим обеспечивается за счет регулируемого изменения межвалкового зазора в функции длины прокатанного участка с помощью разработанной системы формирования профиля проката, рассмотренной в [2, 3]. Задание на текущую толщину проката на участках переменной толщины вычисляется в специальном функциональном модуле и поступает на вход системы регулирования толщины (САРТ) косвенного типа, структурная схема которой представлена на рис. 2, а.
Составной частью САРТ является система регулирования положения гидравлического нажимного устройства (НУ), включающая пропорциональный регулятор положения (блок 2 на рис. 2), обратную связь по давлению Р металла на валки, осуществляемую с помощью месдозы (на рис. 2 не показана) и блока 9, моделирующего кривую жесткости клети, а также обратную связь по положению £ поршня гидроцилиндра, формируемую с помощью блока 8. По данному принципу выполнены все современные системы регулирования толщины, реализующие зависимость Головина-Симса, в том числе САРТ чистовой группы стана 2000 ОАО «ММК» [4, 5].
Однако известные САРТ отечественных и ведущих зарубежных фирм предназначены для автоматического регулирования толщины полосы в режимах малых перемещений с высокой частотой. При этом вопросы точности регулирования положения исполнительного механизма НУ (и соответственно толщины полосы) в динамическом режиме перемещенияподнагрузкой исследованы недостаточно. В связи с этим возникла задача проведения исследований названного режима с целью оценки точности регулирования толщины (и соответственно точности формирования профиля проката) в процессе линейного изменения межвалкового зазора.
Очевидно, что одноконтурная система регулирования положения исполнительного органа гидравлического НУ с пропорциональным регулятором положения, применяемая в составе САРТ (см. рис. 2), не обеспечивает астатическое регулирование как по возмущающему, так и по управляющему воздействиям при линейном нарастании сигнала задания на регулирование толщины. В связи с этим возникает задача разработки САРТ, которая обеспечивала бы регулирование положения НУ с точностью не ниже +1% при отработке заданного перемещения в функции длины полосы, т.е. выполняла функции следящей системы [3].
Исследование точности регулирования толщины в динамических режимах
При построении структурной схемы САРТ косвенного типа, представленной на рис. 2, реализующей зависимость Голови-
Р(р)
на-Симса, использовано линеаризованное уравнение, записанное в операторной форме для заданных значений толщины металла и перемещения НУ [2]:
-А3(р) = -S3 (р)
Р(р)
м„
(1)
показателем качества регулирования
Основным
является суммарная ошибка, для определения которой принята известная из теории автоматического регулирования зависимость [6]
8к (р) = (р) • к3 (р) + Жр (р) • Р (р).
(2)
где ^й(р) - передаточная функция ошибки регулирования по управляющему воздействию к^[р); №р(р) - передаточная функция ошибки регулирования по возмущающему воздействию; Р(р)- давление металла на валки.
Управляющим воздействием является сигнал задания на толщину полосы, который при линейном изменении со скоростью Узь описывается операторным выражением
(3)
Одновременно с управляющим воздействием возникает возмущающее воздействие (давление металла на
I
I
пі ,
7^
I
I
I
(1 + Т, ■р) ■(,+Т, -р)
Р<р)
К К
1+?1 • р 1+Т 2р
S<p)
Р/р)
Р(р)
м„
лА,(р)
Ыр)
Рис. 2. Структурные схемы САРТ косвенного типа: а - исходная; б - преобразованная
валки), которое является нелинейной функцией абсо-лютного обжатия: Р = /(ДА). Однако при известном
среднем модуле жесткости полосы за время сведения валков Мп Ср данная зависимость с достаточной степенью точности может быть принята линейной:
Р = Мп ср -ДА.
(4)
-
ЗА
р
(5)
В результате получено упрощенное операторное выражение изменения давления металла при линейном перемещении валков:
-V • М
Р(р) = ПСР
(6)
После преобразований структурной схемы рис. 2, а к виду, представленному на рис. 2, б, получена передаточная функция замкнутого контура положения гидравлического НУ (блоки 2-8):
(р ) =
К ■ К2 ■ К ■ к
12 рп у
(Т — • (1 + Sa • К1 • К2) + т, + т2) • р1 + 1
+(1 + S. • К1 • К,) • р + К1 • К, • к • к • к '
4 о 1 2' Г 1 2 рп у оп
(7)
Передаточная функция ошибки регулирования толщины ёк(р) по управляющему воздействию Из(р):
Ж, (р) = 1 - К -Ж (р)
А ' оп зп
(8)
После подстановки выражения (7) в (8) и пренебрежения членами высших порядков (р2, р ...), не оказывающими заметного влияния на установившееся значение ошибки регулирования при линейном изменении сигнала задания, получена передаточная функция ошибки регулирования по управляющему воздействию:
Ж (р) =
(1 + SГ • К1 • К2) • р
(9)
(1 + Sг • К1 • К2) • р + К1 • К2 • крп • ^ • Коп
Для получения передаточной функции ошибки
Рис. 3. Структурная схема для получения передаточной функции ошибки регулирования по возмущающему воздействию
регулирования <И(р) по возмущающему воздействию Р(р) выполнено преобразование структурной схемы рис. 2, б к виду, показанному на рис. 3.
Соответственно передаточная функция ошибки регулирования толщины по возмущающему воздействию
При правомерном допущении, что при линейном изменении задания на толщину проката Из скорость УдИ изменения задания на абсолютное обжатие А Из равна по модулю и противоположна по знаку скорости Узь, сигнал задания на абсолютное обжатие:
Ж (р) =
1
(
М,
1-Ж, (Р) х
( (1 - Т1 • р) • (1 + Ту • р) • Мк ^
А™------------
(10)
К1 •к •к
1 У Рп
/У
После подстановки (7) в (10) и пренебрежения членами высших порядков получаем:
Ж( р) = — х р М
1У±К
(1 + Sг • К. • К2 + Мк • К2(Ту + ТР) • р + Мк • К2
: (1+ Sг • К1 • К2) .^+ ^ -^2 • ^ ^
(11)
Анализ выражений (2), (9), (11) показал, что исследуемая система регулирования толщины полосы будет обладать статической ошибкой регулирования (оператор р=0) по возмущающему воздействию, равной:
5Ист =-
1
К1 • крп • ку • к0
(12)
При исследуемом линейном изменении сигнала задания толщины полосы по закону (5), когда давление металла на валки изменяется в соответствии с (6), установившаяся ошибка регулирования толщины по возмущающему воздействию определяется выражением:
5Ншн =-■
1
МІ
(1 + Sг • К1 • К2 + Мг • К2(Ту + Т1)) • у» • Мп
К1 • К2 • крп • ку • коп
(13)
При максимальном изменении толщины раската на 6 мм с максимальной скоростью УзИ=22,5 мм/с и Мдср=0,56 МН/мм динамическая ошибка регулирования составит |дИ*"к| =0,003 мм или примерно 0,5%
указанного изменения толщины.
Таким образом, в исследуемой САРТ значение установившейся ошибки при линейном изменении возмущающего воздействия значительно ниже заданной погрешности регулирования +1% [2]. Высокие динамические показатели системы в первую очередь обусловлены свойствами быстродействующей одноконтурной системы регулирования положения гидравлического НУ, котораяобеспечиваетвысокую точность регулирования по возмущающему воздействию, в том числе при настройке на технический оптимум.
Несколько иная ситуация возникает при анализе свойств системы по управляющему воздействию. Согласно (9) система обладает астатизмом первого порядка по управляющему воздействию, т.е. статиче-
с кая ошибка регулирования равна нулю. При линейном изменении сигнала задания толщины полосы по исследуемому линейному закону (3) установившаяся ошибка регулирования по управляющему воздействию согласно (2), (9) составляет:
8И - 1 + ^ * • *
У ТУ' ТУ' т/ 1/1/ К1 ‘ К 2 ‘ &рп ‘ ‘
• V, . (14)
Рис. 4.
При скорости изменения толщины проката Узь=22,5 мм/с ошибка регулирования |(%у|=0,17 мм, что составляет 2,8% от максимальной глубины профилирования (6 мм), причем ошибка регулирования будет практически постоянной в процессе регулирования зазора.
Ошибка регулирования толщины по управляющему воздействию при линейном изменении сигнала задания на толщину превышает 1% от заданного изменения толщины. Следовательно, исследуемая САРТ косвенного типа с одноконтурной системой регулирования положения гидравлического НУ, настроенной на технический оптимум, не обеспечивает технологические требования по точности регулирования.
САР положения с комбинированным управлением
Предыдущие рассуждения позволяют сделать вывод, что для обеспечения требуемой точности регулирования толщины при линейно изменяющижя воздействиях по каналам управления и возмущения достаточно уменьшить ошибку регулирования толщины по задающему воздействию при сохранении либо снижении ошибки регулирования по возмущению. На основе анализа методов синтеза следящих систем [7], а также методов повышения точности, известных из теории автоматического регулирования, признано целесообразным применение инвариантных систем [6, 8]. Основным принципом, используемым при построении инвариантных систем, является принцип комбинированного управления.
Структурная схема САР положения с комбинированным управлением, осуществляющая регулирование по первой производной задающего сигнала, представлена на рис. 4 [3]. С ее помощью обеспечивается повышение степени астатизма на единицу, что позволяет свести скоростную ошибку при линейном изменении сигнала задания на перемещение НУ к нулю.
С целью вывода передаточных функций ошибок регулирования по управляющему и возмущающему воздействиям были выполнены преобразования структурной схемы данной САР, аналогичные представленным на рис. 2, а, б. При этом были исключены перекрестные связи, а возмущающее воздействие приведено к вжду замкнутого контура положения.
Передаточная функция ошибки регулирования по каналу управления предлагаемой комбинированной САРТ (см. рис. 4):
Структурная схема САР положения с комбинированным управлением
ж,, (р) = 1 - К • (К + Кг
/ оп ^ рп К
р) -Гзи (р). (15)
После подстановки передаточной функции объекта регулирования, показанного на рис. 3, и пренебрежения членами высших порядков имеем:
(1+^ • К • К2 - К • К2 • К • КУ • Кап )•)
(1+^ • к • *2)• р+К • К2 • к • ку • коп
(16)
Аналогичным образом получена передаточная функция ошибки регулирования толщины по возмущающему воздействию, которая полностью аналогична выражению (11). Этот вывод подтверждает известное свойство комбинированных систем, согласно которому введение регулирования по задающему воздействию не изменяет характеристического уравнения системы, работающей по отклонению. Это означает, что не изменяются условия устойчивости и показатели качества переездного процесса по отклонению, которые обеспечиваются в исследованной выше исждной системе регулирования и признаны выше удовлетворительными.
Из выражения (16) можно получить значение коэффициента Кк, соответствующее минимуму ошибки регулирования:
К. =
1+ ¿у • К1 • К2
щ • к2 • ку • ка
(17)
При коэффициенте усиления корректирующего устройства, соответствующем выражению (17), при линейном изменении сигнала задания согласно (16) установившаяся ошибка регулирования толщины по задающему воздействию равна нулю.
Сравнение передаточных функций ошибок регулирования по возмущающему воздействию для САР положения с пропорциональным регулятором (11) и для рассматриваемой САР положения с дополнительным задающим воздействием позволяет сделать следующие выводы:
- статические ошибки регулирования по возмущающему воздействию в данных системах одинаковы;
- установившаяся ошибка регулирования толщины по возмущающему воздействию при линейном изменении давления металла на валки в системе с дополнительным задающим воздействием меньше на величину
доп = 1 . (1 + ' К1 ' К2) 'Узи 'МП СР (18)
*1 • К2 • Крп • Ку • Ка
Таким образом, введение дополнительного задающего воздействия по первой производной сигнала задания обеспечивает уменьшение ошибок регулирования по возмущающему воздействию и обеспечивает аста-
Следящая система автоматического регулирования толщины полосы.
Карандаев А.С.,Храмшин В.Р., Петряков С.А.
лишиш«тям unri, е.е.
Рис. 5. Результаты моделирования САРТ сдополнительным задающим воздействием
тизм второго порядка по управляющему воздействию, т.е. позволяет свести скоростную ошибку при линейном изменении сигнала задания на перемещение НУ к нулю. При этом нет необждимости в дополнительной про -верке полученной системы регулирования с комбинированным управлением наустойчивость.
На рис. 5 в относительных единицах представлены кривые переходных процессов напряжения на выходах регулятора положения (кривая 1), корректирующего устройства (кривая 2) и ошибки регулирования толщины по управляющему воздействию (кривая 3) при линейном изменении сигнала задания с принятой выше скоростью Узь =22,5 мм/с. Переездные процессы получены при моделировании САРТ косвенного типа, с комбинированным управлением, структурная схема которой показана на рис. 4.
При моделировании, с целью увеличения устойчивости системы регулирования, передаточная функция корректирующего устройства вместо идеального дифференцирующего звена была заменена реальным дифференцирующим звеном:
к • р
1+Тк • р
(19)
где Гк=0,001 с - постоянная времени фильтра.
Анализ переходного процесса ошибки регулирования (кривая 3 на рис. 5) показал, что при заданной скорости изменения сигнала задания максимальное значение суммарной ошибки регулирования толщины
в относительных единицах равно 0,9, т.е. не превышает максимально допустимого по технологическим
требованиям (+1% или +0,06 мм).
Список литературы
1. Петряков С.А., КарандаевА.С. Коррекция задания на толщину «головы» полосы для САРТ стана 2000 горячей прокатки ОАО «ММК» // Материалы 67-й научно-технической конференции: сб. докл. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. Т. 2. С. 60-63.
2. БасковС.Н., КарандаевА.С., ОсиповО.И. Энергосиловые параметры приводов и система профилированной прокатки слябов стана 2800 // Приводная техника. 1999. № 1-2. С. 21-24.
3. Карандаев А.С. Исследованиесистемы управления профилированной прокаткой слябов в черновой кпети топстопистового стана Ч. 1: Описание системы // Научные идеи В.А. Шубеню на рубежевеюв: меж^унф. науч.-техн. конф.: сб. ст. Екатеринбург: УГТУ, 1999. С. 40-47.
4. Hydrauic automatic gauge control // Davy McKee (Sheffield) Ltd. 1987. 10 p.
5. Петряков C.A., Карандаев A.C., Храмшин В.P. Основные принципы построения САРТ непрерывного стана горячей прокатки // Электро-тех нические системы и комплексы: межЕуз. сб. науч. трудов. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2008. Вып. 15. С. 142-149.
6. Расчет авгсматмческихсистем / А.В. Фатеев, А.А. Вавилов, Л.П. Смольников и др. М.: Высш шк., 1973. 336 с.
7. Терехов В.М. Непрерывные и цифровые системы угравления скоростью и положением электроприводов. М.: Изд-во МЭИ, 1996. 100 с.
8. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1975. 768 с.
Bibliography
1. Petrjakov S.A., Karandaev A.S. correction of the job for a thickness of «head» of a strip for CAPT a mill 2000 hot rolling of open joint-stock company «ММК» // Substances of 67th scientific and technical conference: a Sat. Doc. Magnitogorsk: state educational establishment of the high professional education «МГТУ», 2009. T. 2. With. 60-63.
2. Baskov S.N., Karandaev A.S., Osipov O. I. Power energy parameters of drives and system shaped slabbings of a mill 2800 // the Power-driven engineering. 1999. № 102. with. 21D24.
3. Karandaev A.S. exploration of a management system shaped slabbing in the plate mill roughing stand. 4.1: the System definition // V.A.Shubenko Scientific ideas on a boundary of centuries: international. tehn. konf.: a Sat. The item. Ekaterinburg: УГТУ, 1999. With. 40D47.
4. Hy drauic automatic gauge control // Davy McKee (Sheffield) Ltd. 1987. 10 with.
5. Petrjakov S.A., Karandaev A.S., Hramshin V.R. of construction thickness automatic control system (CAPT) of a continuous hot-rolling mill // Electrotechnical systems and complexes: Interhigh school. collected papers. Works. Magnitogorsk: state educational establishment of the high professional education «МГТУ», 2008. Issue. 15. With. 142-149.
6. Account of automatic systems / A.V.Fateyev, A.A.Vavilov, L.P.Smolnikov, etc. M: Hi. School, 1973. 336 with.
7. Terekhov V.M. Continuous and digital management systems of rate and a rule of electric drives. M: Publishers MEI, 1996. 100 with.
8. Besekersky E.A, Popov E.P. Theory of automatic control systems of regulatory type. M: Publishers «Science», 1975. 768 with.
УДК 621.317.31
Коваленко Ю.П., Чернышёв Г.В., Коваленко А.Ю., Корнилов Г.П., Николаев А.А., Иванов В.А.
ВЫЯВЛЕНИЕ НЕИСПРАВНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ПРИМЕРЕ ОАО «ММК»*
сов. Технические устройства, из которых они состоят, вносят заметную погрешность в измерения, определяемую более чем тридцатью составляющими [1]. Частичное повреждение или полный отказ в работе аппаратных средств приводят к грубым ошибкам энергоучета.
Это относится, прежде всего, к многочисленному семейству счетчиков электроэнергии с устаревшей
Объемы элекгропотребления промышленного предприятия, его цежв и технологических агрегатов вычисляются по показаниям измерительных комплек-
* Работа проводилась прифинансовой поддержке Федерального агентства по науке и инновациям (государственный контракт № 02.740.11.0755).
