Совершенствование алгоритмов регулирования толщины и профиля зазора валков реверсивной клети толстолистового прокатного стана

Александр Сергеевич Карандаев; Вадим Рифхатович Храмшин; Вадим Рашитович Гасияров; Станислав Сергеевич Воронин; Борис Михайлович Логинов

doi:10.17213/0136-3360-2019-4-53-64

Авторы

Александр Сергеевич Карандаев Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)
Вадим Рифхатович Храмшин МГТУ им. Г.И. Носова
Вадим Рашитович Гасияров ЮУрГУ (НИУ)
Станислав Сергеевич Воронин Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)
Борис Михайлович Логинов ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат»

DOI:

https://doi.org/10.17213/0136-3360-2019-4-53-64

Ключевые слова:

толстолистовой прокатный стан, реверсивная клеть, электропривод, гидравлические нажимные устройства, толщина, автоматическое регулирование, система, совершенствование, перекос валков, регулятор, настройка, экспериментальные исследования, осциллограммы, внедрение

Аннотация

Рассмотрена структура, поясняющая концепцию автоматического регулирования толщины и раствора валков клети толстолистового прокатного стана. Концепция разработана фирмой SMS Demag AG и реализована в АСУ ТП реверсивной клети стана 5000 Магнитогорского металлургического комбината. Отмечены недостатки проектных алгоритмов системы автоматического регулирования толщины (САРТ), обнаруженные в ходе эксплуатации. Основными являются низкая точность регулирования толщины в режиме формирования конусообразного профиля на концах раската и значительный перекос раствора валков. Представлена структура САРТ стана 5000, включающая внешний контур регулирования толщины и внутренний контур регулирования положения гидравлических нажимных устройств (НУ). Рассмотрена функциональная схема RAC-регулятора, обеспечивающего компенсацию «перекоса валков». Выполнен анализ осциллограмм координат электроприводов клети и НУ, подтвердивший необходимость совершенствования алгоритмов этих систем. Представлены результаты экспериментальных исследований САРТ в режиме профилированной прокатки. Показано, что ошибка регулирования толщины по управляющему воздействию при линейном изменении сигнала задания превышает допустимые пределы. Предложено осуществлять предуправление положением нажимных устройств за счет положительной связи по сигналу задания толщины. Выполнен анализ осциллограмм, поясняющих возникновение перекоса раствора валков вследствие различия позиций гидравлических НУ со стороны электропривода и со стороны поста оператора. Показаны недостатки пропорционального RAC-регулятора. С целью ограничения перекоса валков предложено применение пропорционально-дифференциального регулятора. Выполнен сравнительный анализ осциллограмм при проектной настройке и при реализации предуправления в САРТ. Доказано повышение точности регулирования толщины в режиме изменения профиля раската. Рассмотрены осциллограммы, подтвердившие повышение точности регулирования раствора по сторонам раската при изменении настройки RAC-регулятора. В результате анализа осциллограмм подтверждена техническая эффективность внедрения предложенных решений.

Биографии авторов

Александр Сергеевич Карандаев, Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)

д-р техн. наук, профессор, гл. науч. сотрудник кафедры «Мехатроника и автоматизация» Южно-Уральского государственного университета (национальный исследовательский университет).

Вадим Рифхатович Храмшин, МГТУ им. Г.И. Носова

д-р техн. наук, профессор кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» МГТУ им. Г.И. Носова.

Вадим Рашитович Гасияров, ЮУрГУ (НИУ)

канд. техн. наук, зав. кафедрой «Мехатроника и автоматизация» ЮУрГУ (НИУ).

Станислав Сергеевич Воронин, Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)

ст. преподаватель кафедры «Мехатроника и автоматизация» Южно-Уральского государственного университета (национальный исследовательский университет).

Борис Михайлович Логинов, ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат»

инженер ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат».

Библиографические ссылки

Шиляев П.В., Усатый Д.Ю., Радионов А.А. Автоматизация процесса прокатки толстого листа на стане 5000 // Известия вузов. Электромеханика. 2011. № 4. С. 15 - 18.

Hot Rolling Mill Hydraulic Gap Control (HGC) thickness control improvement / Peter Kucsera, Zsolt Beres // Acta Polytechnica Hungarica. Vol. 12, No. 6, 2015. S. 93 - 106.

Thickness control strategies of plate rolling mill / Fei Zhang, Yongjun Zhang, Jianxin Hou, Binbin Wang // International Journal of Innovative Computing, Information and Control. Volume 11, Number 4, August 2015 pp. 1227-1237.

Automatic Gauge Control of Plate Rolling Mill / Fei Zhang, Yongjun Zhang and Handan Chen // International Journal of Control and Automation Vol.9, No.2 (2016), pp.143-156. DOI: 10.14257/ijca.2016.9.2.14

Simulation and Analyzing on Model Parameters Effect of BISRA-AGC / LI Xu, CHEN Shu-zong, Du De-shun, Chen Hua-xin, ZHANG Dian-hua // Physics Procedia, 2011, Vol. 22. Pp. 571 - 576.

Чарующий мир толстолистовой стали // SMS-group. http://sms-group-eaportal.com/brochures/R/A-319R.pdf

Identification and optimization for hydraulic roll gap control in strip rolling mill / SUN Jie, CHEN Shu-zong, HAN Huan-huan, CHEN Xing-hua, CHEN Qiu-jie, ZHANG Dian-hua // J. Cent. South Univ. (2015) 22: 2183−2191/ DOI: 10.1007/s11771-015-2742-0

John P, Nicholas S.S, Marwan A.S. A new strategy for optimal control of continuous tandem cold metal rolling [J] // IEEE Transactions on Industry Application, 2010, 46(2): 703−711.

Modeling and control of plate thickness in hot rolling mills / Roland Heeg, Andreas Kugi, Olivier Fichet, Laurent Irastorza, Christophe Pelletier // IFAC Proceedings Volumes. Volume 38, Issue 1, 2005, Pages 13 - 18. DOI: 10.3182/ 20050703-6-CZ-1902.01681

Prinz K., Steinboeck A., Müller M., Ettl A., KugiA. Automatic gauge control under laterally asymmetric rolling conditions combined with feedforward, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 53, no. 3, pp. 2560-2568, 2017, issn: 0093-9994. DOI: 10.1109/TIA.2017.2660458

Shubin A.G., Loginov B.M., Khramshin V.R., Evdokimov S.A., Karandaev A.S. System of Automated Control of Hydraulic Screw-down Mechanisms of Plate Mill Stand. Proceedings of 2015 International Conference on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems (MEACS). 2015. 6 p. DOI: 10.1109/MEACS.2015.7414858.

Karandaev A.S. Radionov A.A., Khram-shin V.R., Andryushin I.Yu., Shubin A.G. Automatic Gauge Control System with Combined Control of the Screw-Down Arrangement Position // 12th International Conference on Actual Problems of Electronic Insrument Engineering (АPEIE-2014). - Novosibirsk. 2014. Vol. 1. Pp. 88-94. DOI: 10.1109/ APEIE.2014.7040794.

Diego Alvarez, Alberto B. Diez, Faustino Obeso. Slab curvature compensation in hot rolling mill by means o Fuzzy Control, Paper at the III seminar on rolling Mill Rolls , Institute Latinoamericano del Fierro v Acero, Maxico, March 9 1988.

Ji Yafeng, Zhang Dianhua, Chen Shu-zong, Sun Jie, LI Xu, Di Hongshuang, Algorithm Design and Application of Novel GMAGC based on Mill Stretch Characteristic Curve, Journal of Central South University March 2014, Vol. 21, Is. 3, pp. 942 - 947.

Fascinating heavy plate // SMS-group - https:// www. sms-group.com/sms-group/downloads/download-detail/ 17549.

Latest Plate Production Technology of Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation / Yuji Nomiyama, Takeo Yazawa, Hirotsugu Yasui // Nippon Steel & Sumitomo metal technical report No. 110 September 2015. P. 8 - 16.

Development of new plane view control technique in plate rolling (NCC-DBR) // Nippon Kokan Technical Report. 1983. No.39. P. 21 - 30.

Гасияров В.Р. Согласование скоростей электроприводов и гидравлических нажимных устройств при автоматическом контроле профиля раската // Электротехнические системы и комплексы. 2018. № 4(41). С. 22-29. DOI: 10.18503/2311-8318-2018-4(41)-22-29.

Басков С.Н., Карандаев А.С., Осипов О.И. Энергосиловые параметры приводов и разработка систем профилированной прокатки слябов стана 2800 // Приводная техника. 1999. № 1-2. С. 21 - 24.

Khramshin V.R., Khramshina E.A., Karandaev A.S., Gasiyarov V.R., Voronin S.S. Control Methods and Systems Providing Reduced Consumption Index at Rolled Product Manufacture at Plate Mill. Proceedings of the IEEE NW Russia Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Conference (EIConRus). 2017. Pp. 1540 - 1544. DOI: 10.1109/EIConRus.2017.7910865.

Karandaev A.S., Khramshin V.R., Andryushin I.Y., Shubin A.G., Loginov B.M. Improvement of Algorithms for Automatic Gauge Control System of the Hot-Rolling Mill. Applied Mechanics and Materials Vol. 756. 2015. pp. 592 - 597. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM. 756.592.

Тонкослябовые литейно-прокатные агрегаты для производства стальных полос / В.М. Салганик, И.Г. Гун, А.С. Карандаев, А.А. Радионов. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. 506 с.

Гасияров В.Р., Логинов Б.М., Воронин С.С. Повышение точности регулирования толщины раската в режиме профилированной прокатки средствами электро- и гидропривода / // Электротехнические системы и комплексы. 2019, №2(43). С. 43 - 53. DOI:10.18503/2311-8318-2018-4(43)-43-53.

Терехов В.М. Непрерывные и цифровые системы управления скоростью и положением электроприводов. М.: Изд-во МЭИ, 1996. 100 с.

Фатеев А.В., Вавилов А.А., Смольников Л.П. и др. Расчет автоматических систем. М.: Высш. школа, 1973. 336 с.

Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Изд-во «Наука», 1975. 768 с.

Передаточная функция регулятора положения c FFW - http://bsystem.ru/Portals/0/store/docs/f1055642-9184-4742-b677-e55c51ca15ce.pdf.

Карандаев А.С., Храмшин В.Р., Петряков С.А. Следящая система автоматического регулирования толщины полосы стана горячей прокатки // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2011. № 3. С. 25 - 29.

Справочник по проектированию электропривода, силовых и осветительных приборов / под ред. Я.М. Большама, В.И. Круповича, М.Л. Самовера. М.: Энергия, 1975. 728 с.

Karandaev A.S., Loginov B.M., Gasiya-rov V.R., Khramshin V.R. Force limiting at roll axial shifting of plate mill. Procedia Engineering, 2017, Vol. 206. Pp. 1780-1786. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.10.713

Karandaev A.S., Loginov B.M., Radionov A.A., Gasiyarov V.R. Setting Automated Roll Axial Shifting Control System of Plate Mill. Procedia Engineering, 2017, Vol. 206. Pp. 1753-1750. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.10.709

Технологические схемы управления электроприводами чистовой группы широкополосного стана горячей прокатки / А.С. Карандаев, В.Р. Храмшин, И.Ю. Андрюшин, В.В. Головин, П.В. Шиляев // Труды VII конгресса про-катчиков. Т.1. (Москва 15-18 октября 2007 г.). М., 2007. С. 71 - 75.

Алгоритм расчета скоростных и нагрузочных режимов электроприводов клетей прокатного стана при прокатке толстых полос / В.В. Галкин, А.С. Карандаев, В.В. Головин, А.А. Радионов, В.Р. Храмшин, В.Р. Гасияров, О.А. Залогин // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 3: в 5 ч. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. Ч. 2. С. 12 - 17.

Система автоматического регулирования натяжения и высоты петли с перекрестными связями для широкополосного стана горячей прокатки / А.С. Карандаев, С.А. Евдокимов, А.А. Чертоусов, В.Р. Храмшин // Изв. вузов. Электромеханика. 2004. №2. - С. 21-27.

Математическая модель взаимосвязанных электротехнических систем непрерывной группы широкополосного стана / В.Р. Храмшин, И.Ю. Андрюшин, А.Н. Гостев, А.С. Карандаев // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. 2013. № 1. С. 12 - 21.

Khramshin V.R., Karandaev A.S., Evdokimov S.A., Andryushin I.Yu., Shubin A.G., Gostev A.N. Reduction of the Dynamic Loads in the Universal Stands of a Rolling Mill. Metallurgist. Vol. 59. №3-4, July 2015. Pp. 315 - 323. DOI:10.1007/s11015-015-0103-8.