RU2139157C1

RU2139157C1 - Method for automatic control of continuous rolling process with loop of metallic bar and wire

Info

Publication number: RU2139157C1
Application number: RU98104479A
Authority: RU
Inventors: М.А. Пазухин; М.Г. Бурмин; Ю.Д. Черкасов; А.И. Коробов; Г.С. Никитин
Original assignee: Галкин Михаил Петрович
Priority date: 1998-03-12
Filing date: 1998-03-12
Publication date: 1999-10-10

Abstract

FIELD: metallurgy, particularly automatization of mills for continuous and semicontinuous rolling of bars and rods having intermediate and finish stand groups in which rolling is realized with use of free loop. SUBSTANCE: method for automatically controlling process of continuous rolling comprises steps of controlling loop value in four parallel contours including stable and non-stable stages of rolling process in order to provide optimal value of loop and to keep it at predetermined level. Separate contours provide compensation of dynamic error of stand drive units at biting metal in stand rolls and adaptation of control system at deflection of parameters of process from preset values. EFFECT: enhanced accuracy of size of rolled pieces, less loss of yield. 5 dwg

Description

Изобретение относится к области металлургии, конкретно, к производству сортового и проволочного проката на непрерывных станах. The invention relates to the field of metallurgy, in particular, to the production of long and wire products on continuous mills.

Непрерывная прокатка сортового металла и проволоки осуществляется на непрерывных и полунепрерывных станах, в состав последних входят непрерывные группы клетей. Известно, что непрерывная прокатка в принципе может осуществляться в двух режимах: прокатка с натяжением и прокатка без натяжения, в частности, со свободной петлей между клетями (группами клетей). В отличие от полосовых станов, где преимущественно используется режим прокатки с натяжением, среднесортные и мелкосортные (проволочные) станы работают по преимуществу (если иметь в виду промежуточные и чистовые группы клетей) в режиме прокатки со свободной петлей. Это вызвано, с одной стороны, требованием получения точного по форме и размерам проката. Практика показывает, что на непрерывных мелкосортных станах при работе с натяжением получать прокат повышенной точности нельзя, так как натяжение не только заметно изменяет давление металла на валки, но и влияет на уширение. С другой стороны, при относительно малых сечениях проката наличие натяжения, особенно при больших скоростях прокатки, характерных для этого типа станов, может привести к обрывам прутка или проволоки, поскольку регулирование скоростного режима клетей непрерывной группы, определяющего характер и величину натяжения между клетями, требуют в этих условиях исключительного быстродействия, учитывая к тому же, что такое регулирование при наличии силовой связи между клетями через прокатываемый металл весьма сложно и требует комплексного воздействия на всю группу клетей, т.е. является многопараметричным. Обрывы заготовки приводят к бурежкам металла, дополнительному браку и существенным потерям производительности. Continuous rolling of section metal and wire is carried out on continuous and semi-continuous mills, the latter include continuous groups of stands. It is known that continuous rolling can in principle be carried out in two modes: rolling with tension and rolling without tension, in particular, with a free loop between stands (groups of stands). Unlike strip mills, where the rolling mode with tension is mainly used, medium-grade and small-grade (wire) mills operate predominantly (if we mean intermediate and finishing groups of stands) in the rolling mode with a free loop. This is caused, on the one hand, by the requirement to obtain a rolled product that is accurate in shape and size. Practice shows that it is impossible to obtain rolled products of increased accuracy on continuous small-grade mills when working with tension, since tension not only noticeably changes the metal pressure on the rolls, but also affects the broadening. On the other hand, with relatively small sections of rolled products, the presence of tension, especially at high rolling speeds characteristic of this type of mills, can lead to wire or wire breaks, since the speed control of stands of a continuous group, which determines the nature and magnitude of tension between stands, requires these conditions of exceptional speed, taking into account the fact that such regulation in the presence of a force connection between the stands through the rolled metal is very difficult and requires complex Corollary to the entire group of stands, i.e. is multi-parameter. Clippings of the workpiece lead to gouging of the metal, additional rejects and significant losses in productivity.

В противоположность этому, режим прокатки со свободной петлей обеспечивает возможность индивидуального регулирования скоростного режима клетей непрерывной группы с целью поддержания величины петли в определенных заданных пределах. Увеличение размера петли за заданный предел может привести к нарушению стабильного процесса прокатки, бурежке металла, а нерегламентированное уменьшение величины петли чревато опасностью самопроизвольного перехода в режим натяжения. Прокатка со свободной петлей позволяет также корректировать зазор между валками в каждой клети в отдельности, без передачи возмущений на остальные клети или группы клетей непрерывного стана. Поскольку регулирование скоростного режима клетей должно осуществляться индивидуально, схемы привода стана предусматривают индивидуальный привод клетей. In contrast, the rolling mode with a free loop provides the ability to individually control the speed mode of the stands of a continuous group in order to maintain the loop value within certain specified limits. An increase in the size of the loop beyond the specified limit can lead to a violation of the stable rolling process, metal cutting, and an unregulated reduction in the size of the loop is fraught with the danger of spontaneous transition to the tension mode. Rolling with a free loop also allows you to adjust the gap between the rolls in each stand separately, without transmitting disturbances to the remaining stands or groups of stands of a continuous mill. Since the regulation of the speed regime of the stands should be carried out individually, the drive circuit of the mill provides for an individual drive of the stands.

Из уровня техники известен способ автоматического управления процессом непрерывной прокатки прутков, при котором регистрируют скорости заготовки в межклетьевом промежутке после предыдущей (задней) клети и перед последующей (передней) клетью, сравнивают эти скорости между собой и по величине их разности подают регулирующий сигнал на приводы клетей (см., например, заявку Германии N 4102248, кл. 5 B 21 B 37/06, 1992). The prior art method for automatic control of the process of continuous rolling of rods, in which the speed of the workpiece in the inter-stand space after the previous (back) stand and before the next (front) stand is compared, these speeds are compared with each other and the magnitude of their difference is applied to the drive drives of the stand (see, for example, German application N 4102248, CL 5 B 21 B 37/06, 1992).

В этом способе обратная связь по регулируемому параметру (величина петли или натяжения) осуществляется косвенно, через формирующие этот параметр величины скоростей проката в разных точках его маршрута. Это снижает точность и оперативность регулирования. In this method, feedback on an adjustable parameter (loop or tension value) is carried out indirectly, through the values of rental speeds forming this parameter at different points of its route. This reduces the accuracy and efficiency of regulation.

Известен способ автоматического управления процессом непрерывной прокатки в чистовых клетях проволочного стана, предусматривающий прямое измерение величины петли металла с помощью фотодатчиков и подачу на регулирование скоростного режима последующих клетей (см., например, авторское свидетельство СССР N 184786, кл. 6 B 21 B 37/48, 1966). В этом способе величина петли регулируется в межгрупповом промежутке (между черновой и чистовой группами стана), и реализующая способ аппаратура достаточно сложна и габаритна для размещения ее в межклетьевых промежутках одной группы клетей. Таким образом, этот способ решает лишь проблему стабилизации перехода металла между группами клетей и не решает проблему аналогичной стабилизации в межклетьевых промежутках одной группы. Последнее же чрезвычайно важно, т.к. без такой стабилизации нельзя говорить о стабилизации работы стана вообще. There is a method of automatically controlling the process of continuous rolling in finishing stands of a wire mill, which provides for direct measurement of the size of the metal loop using photosensors and the submission of speed stands for subsequent stands (see, for example, USSR author's certificate N 184786, class 6 B 21 B 37 / 48, 1966). In this method, the size of the loop is regulated in the intergroup gap (between the draft and finishing groups of the mill), and the apparatus that implements the method is sufficiently complex and dimensional to place it in the inter-stand spaces of one group of stands. Thus, this method only solves the problem of stabilizing the transition of the metal between the groups of stands and does not solve the problem of similar stabilization in the inter-stand spaces of one group. The latter is extremely important, because without such stabilization it is impossible to talk about stabilizing the work of the camp in general.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является известный способ автоматического управления процессом непрерывной прокатки с петлей сортового металла и проволоки, включающий в себя определение величины свободной петли прокатываемого материала в межклетьевом промежутке, подачу сигнала на изменение скоростного режима индивидуальных приводов задней и/или передней клети и отработку этого сигнала (см. , например, патент США N 3583186, кл. 5 B 21 B 37/06, 1971). Closest to the technical nature of the invention is a known method for automatically controlling the process of continuous rolling with a loop of section metal and wire, which includes determining the free loop of the rolled material in the interstand space, applying a signal to change the speed mode of the individual drives of the rear and / or front stand and development of this signal (see, for example, US patent N 3583186, CL 5 B 21 B 37/06, 1971).

Известный способ в более полном объеме решает задачу стабилизации процесса непрерывной прокатки, т.к. регулирование величины свободной петли осуществляется во всех межклетьевых промежутках непрерывных групп стана. Возможность одновременного воздействия на заднюю и переднюю клеть межклетьевого промежутка, предусмотренная в схеме регулирования, позволяет повысить быстродействие регулирования соотношения скоростей клетей и обеспечить автономное регулирование величины петли в каждом межклетьевом промежутке. Однако существенным недостатком способа является то, что он рассчитан на установившийся процесс прокатки, когда скорости клетей стабилизированы, и в нем не предусмотрены меры стабилизации величины петли при переходных процессах работы приводов клетей, например, при задаче заготовки. Как известно, при задаче заготовки в валки, в процессе ее захвата валками, когда нагрузки на привод возрастают ввиду наличия динамической составляющей, скорость двигателя привода клети может резко уменьшиться, в соответствии с реальной характеристикой двигателя, которая на практике никогда не бывает абсолютно жесткой. Такие просадки скорости одной из клетей соседней пары приводят к резкому изменению величины петли между клетями. Устранение этого недостатка позволило бы стабилизировать процесс непрерывной прокатки со свободной петлей на всех его стадиях. The known method more fully solves the problem of stabilizing the continuous rolling process, because the regulation of the size of the free loop is carried out in all interstand spaces of the continuous groups of the mill. The possibility of simultaneous impact on the back and front stands of the interstand space provided for in the control scheme allows to increase the speed of regulation of the ratio of the speeds of the stands and to provide autonomous regulation of the loop size in each interstand space. However, a significant drawback of the method is that it is designed for a steady rolling process, when the speeds of the stands are stabilized, and it does not provide for stabilization of the loop size during transients of the drives of the stands, for example, in the case of a workpiece. As you know, when a workpiece is placed into rolls, during its capture by rolls, when the drive loads increase due to the presence of a dynamic component, the stand drive motor speed can sharply decrease, in accordance with the actual motor characteristic, which in practice is never absolutely rigid. Such drawdowns in the speed of one of the stands of the adjacent pair lead to a sharp change in the loop between the stands. The elimination of this drawback would stabilize the process of continuous rolling with a free loop at all its stages.

Другим недостатком известного способа является неустойчивость системы регулирования при изменении величины петли в колебательном режиме. В случаях резкого изменения величины петли, как это описано выше, и в особенности при выходе петли вверх за уровень прокатки петля переходит к устойчивому состоянию через промежуточный колебательный процесс. Влияние на этот процесс в направлении стабилизации его успокоения требует специальных и адекватных мер. Another disadvantage of this method is the instability of the control system when changing the magnitude of the loop in the oscillatory mode. In cases of a sharp change in the loop value, as described above, and especially when the loop goes up beyond the rolling level, the loop goes to a stable state through an intermediate oscillatory process. Influence on this process in the direction of stabilizing its calming requires special and adequate measures.

Важной проблемой является также максимально оперативное формирование петли в межклетьевых промежутках в начальный, неустановившийся период прохождения заготовки через стан. Управление процессом этого формирования во времени накладывается на переходный процесс работы приводов клетей, связанный с динамическими явлениями при задаче заготовки в клеть. В этом смысле существенно то обстоятельство, что формированием петли можно управлять независимо через скоростной режим как задней, так и передней клети, что позволяет совместить во времени работу разных управляющих контуров. В указанном известном источнике эти аспекты способа не отражены. An important problem is also the most efficient loop formation in the inter-stand spaces in the initial, unsteady period of the workpiece passing through the mill. The control of the process of this formation over time is superimposed on the transient operation of the stands drives associated with dynamic phenomena when the workpiece is placed in the stand. In this sense, the fact that the formation of the loop can be controlled independently through the speed mode of both the rear and front stands is essential, which allows you to combine the work of different control loops in time. In the specified known source, these aspects of the method are not reflected.

Наконец, в известном способе не отражены шаги, обеспечивающие адаптацию системы регулирования к изменяющимся условиям прокатки, например корректировке режимов обжатий, изменению температурных режимов, износу валков, изменению марочного сортамента и пр. Между тем любая адаптивная система регулирования обладает большим быстродействием, что весьма важно в условиях высокоскоростной прокатки, которая имеет место в рассматриваемом объекте управления. Finally, in the known method, steps are not reflected that ensure the adaptation of the control system to changing rolling conditions, for example, adjusting the compression conditions, changing temperature conditions, wear of the rolls, changing the grade mix, etc. Meanwhile, any adaptive control system has a high speed, which is very important in conditions of high-speed rolling, which takes place in the control object under consideration.

Задачей изобретения является повышение точности получаемого проката и повышение выхода годного за счет повышения эффективности управления процессом прокатки и обеспечения быстрого формирования и стабилизации петли металла на всех стадиях процесса. The objective of the invention is to increase the accuracy of the obtained hire and increase yield by increasing the efficiency of the rolling process control and ensuring the rapid formation and stabilization of the metal loop at all stages of the process.

Указанная задача решается тем, что в способе автоматического управления процессом непрерывной прокатки с петлей сортового металла и проволоки, включающем в себя определение величины свободной петли прокатываемого материала в межклетьевом промежутке и подачу сигнала на изменение скоростного режима индивидуальных приводов задней и/или передней клети и отработку этого сигнала, согласно изобретению при появлении металла перед датчиком петли до захода переднего конца металла в переднюю клеть осуществляют разовое упреждающее повышение скорости в этой клети, компенсирующее динамическую просадку привода при захвате металла, в момент захода металла в эту клеть дополнительно плавно повышают скорость в клети до заходной, а после полного захвата металла сбрасывают эту скорость до номинальной, одновременно формируют петлю в межклетьевом промежутке с помощью двух регуляторов: пропорционального, воздействующего на скорость передней клети, и пропорционально-интегрального с регулируемой постоянной времени, воздействующего на скорость задней клети, причем оба регулятора работают от входного сигнала датчика величины петли и значения задания величины петли и имеют номинальные значения коэффициента пропорциональной части и постоянной времени, равные соответствующим значениям пропорционально-интегрального регулятора в установившемся режиме прокатки, включая при появлении металла перед датчиком петли пропорциональный регулятор с коэффициентом пропорциональной части 2,5 - 3,5 от номинального и переключаясь в момент захода металла в переднюю клеть с пропорционального регулятора на пропорционально-интегральный регулятор с постоянной времени, превышающей номинальную постоянную времени этого регулятора в 1,2 - 3,0 раза, а при переходе петли через заданное значение вновь переключаясь на пропорциональный регулятор с коэффициентом пропорциональной части 2,5 - 3,5 от номинального и одновременно воздействуя на скорость задней клети посредством пропорционально-интегрального регулятора с постоянной времени до 0,2 - 0,25 от номинальной, которую изменяют в зависимости от разности текущей и заданной величины петли, далее в течение заданного постоянного времени, не превышающего времени прохода металла в трех последующих клетях, поддерживают одновременную работу обоих регуляторов, после чего переходят на управление скоростью только задней клети, в установившемся режиме с помощью того же пропорционально-интегрального регулятора с номинальной постоянной времени, поддерживая величину петли в заданном диапазоне, кроме того, при возникновении колебательного режима петли устраняют его изменением знака обратной связи в контурах управления, а при выходе петли в установившемся режиме за заданный диапазон, после регулирующего изменения скорости задней клети запоминают ее последнее значение и задают его в качестве исходного при прокатке следующей заготовки. This problem is solved by the fact that in the method of automatic control of the continuous rolling process with a loop of section metal and wire, which includes determining the free loop of the rolled material in the interstand space and supplying a signal for changing the speed mode of the individual drives of the rear and / or front stand and practicing this signal, according to the invention, when the metal appears in front of the loop sensor before the front end of the metal enters the front stand, a one-time pre-emptive increase the bores in this stand, which compensates for the dynamic subsidence of the drive during the capture of metal, at the moment the metal enters this stand, additionally smoothly increase the speed in the stand to the inlet, and after complete capture of the metal, this speed is reset to the nominal speed, at the same time, a loop is formed in the interstand space using two regulators : proportional, affecting the speed of the front stand, and proportional-integral with an adjustable time constant, affecting the speed of the back stand, both controllers The loop values and the values of the loop value are set from the sensor input signal and have the nominal values of the coefficient of the proportional part and the time constant equal to the corresponding values of the proportional-integral controller in the steady rolling mode, including when the metal appears in front of the loop sensor, the proportional controller with the coefficient of the proportional part 2, 5 - 3.5 from the nominal one and switching at the moment the metal enters the front stand from the proportional regulator to proportional-integral th regulator with a time constant exceeding the nominal time constant of this regulator by 1.2 - 3.0 times, and when the loop passes through the set value, it again switches to the proportional regulator with a proportional factor of 2.5 - 3.5 from the nominal and simultaneously acting to the speed of the rear stand by means of a proportional-integral controller with a time constant of up to 0.2 - 0.25 of the nominal, which is changed depending on the difference between the current and the set loop value, then for a set constant time , not exceeding the passage time of the metal in the three subsequent stands, support the simultaneous operation of both regulators, after which they switch to controlling the speed of only the rear stand, in the steady state using the same proportional-integral controller with a nominal time constant, maintaining the loop size in a given range, in addition, when an oscillatory mode occurs, the loops are eliminated by changing the feedback sign in the control loops, and when the loop exits in a steady state beyond the specified apazon, after the regulatory change in the speed of the back stand, remember its last value and set it as the source when rolling the next workpiece.

Такое комплексное многоконтурное автоматическое регулирование процесса непрерывной прокатки с петлей сорта и проволоки позволяет на всех стадиях процесса, включая неустановившийся режим, обеспечить стабилизацию процесса, правильное формирование и поддержание петли, исключить или свести к минимуму влияние динамических факторов и в итоге повысить выход годного и качество получаемого проката. Следует заметить, что оперативное многоконтурное регулирование в условиях высоких скоростей прокатки, которые имеют место на средне-мелкосортных и проволочных станах, может быть реализовано только с использованием современных цифровых регуляторов, быстродействие которых весьма велико. This complex multi-circuit automatic control of the continuous rolling process with a grade of wire and wire allows at all stages of the process, including the transient mode, to ensure the stabilization of the process, the correct formation and maintenance of the loop, to eliminate or minimize the influence of dynamic factors and ultimately to improve the yield and quality of the resulting rental. It should be noted that the operational multi-loop control in conditions of high rolling speeds, which take place on medium-fine grades and wire mills, can be realized only with the use of modern digital controllers, the speed of which is very high.

Далее изобретение поясняется на примере его использования и иллюстрируется чертежами, где:
на фиг.1 показана схема алгоритма работы контура компенсации динамической просадки привода при заходе металла в клеть,
на фиг. 2а и 2б показаны соответственно первая и вторая половины схемы алгоритма работы контура формирования и поддержания петли,
на фиг.3 показана схема алгоритма работы контура автоматического устранения колебаний петли,
на фиг. 4 показана схема алгоритма работы контура автоматической коррекции скоростного режима приводов клетей,
на фиг. 5 показана временная диаграмма формирования заходных оборотов клети.The invention is further illustrated by the example of its use and is illustrated by drawings, where:
figure 1 shows a diagram of the algorithm of the compensation circuit of the dynamic subsidence of the drive when the metal enters the crate,
in FIG. 2a and 2b show, respectively, the first and second halves of the algorithm for operating the loop formation and loop support circuit,
figure 3 shows a diagram of the algorithm of the circuit to automatically eliminate oscillations of the loop,
in FIG. 4 shows a diagram of the algorithm for the operation of the automatic correction of the speed mode of the stands drives,
in FIG. 5 shows a timing diagram of the formation of the input rotation of the stand.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Для компенсации динамической просадки приводов при заходе металла в клеть предусмотрен отдельный контур управления, формирующий заходные обороты клетей (фиг. 1). При заходе металла в клеть резкое возрастание нагрузки на привод приводит к просадке скорости в этой клети, что при непрерывном процессе отражается на режиме предыдущей клети и препятствует правильному и организованному формированию петли в межклетьевом промежутке. Упреждающее повышение скорости клети на холостом ходу, до входа металла в клеть, позволяет компенсировать эту просадку и получить нужную величину заходных оборотов клети. To compensate for the dynamic subsidence of the drives when the metal enters the stand, a separate control loop is provided that forms the starting turns of the stands (Fig. 1). When the metal enters the crate, a sharp increase in the load on the drive leads to a subsidence of speed in this cage, which during a continuous process is reflected in the previous cage and prevents the correct and organized formation of a loop in the interstand space. A pre-emptive increase in the stand speed at idle, before the metal enters the stand, compensates for this drawdown and obtain the desired starting speed of the stand.

При появлении металла перед датчиком петли и получении сигнала от датчика наличия металла в межклетьевом промежутке (фиг.1, поз. 1) до захода переднего конца металла в переднюю клеть начинается формирование задания заходных оборотов этой клети (поз. 2). Оно включает в себя разовое упреждающее повышение скорости. Далее, при подходе металла к валкам (поз. 3) формирование заданных оборотов клети продолжается, но уже по иному закону, предусматривающему дополнительное плавное увеличение скорости до заходной (поз. 4). По достижении заданием на заходные обороты заданной величины (поз. 5) после полного захвата металла и регистрации уменьшения величины петли на заданную величину (поз. 6) контур формирования заходных оборотов отключается (поз. 7) и скорость клети уменьшается до номинальной, т.е. возвращается к исходному значению (поз. 8). Временная диаграмма формирования значений заходных оборотов клети, в которую заходит металл, приведена на (фиг.5), где:
t₀ - время появления металла перед датчиком петли;
t₁ - теоретически рассчитанное время захода металла в клеть;
t₂ - время достижения заданных заходных оборотов;
t₃ - время отключения контура формирования заходных оборотов;
t₄ - время окончания действия контура формирования заходных оборотов.When the metal appears in front of the loop sensor and receives a signal from the metal presence sensor in the interstand space (Fig. 1, item 1) before the front end of the metal enters the front stand, the task of starting rotation of this stand (position 2) begins. It includes a one-time, forward speed increase. Further, when the metal approaches the rolls (pos. 3), the formation of the specified stand speeds continues, but according to a different law, providing for an additional smooth increase in speed to the input (pos. 4). When the task reaches the set speed (set 5) after full capture of the metal and registration of the reduction of the loop by the set value (6), the formation circuit of the set turns off (position 7) and the cage speed decreases to the nominal speed, i.e. . returns to the original value (pos. 8). The timing diagram of the formation of the values of the input revolutions of the stand in which the metal enters is shown in (Fig. 5), where:
t ₀ - time of occurrence of metal in front of the loop sensor;
t ₁ - theoretically calculated time of metal entry into the stand;
t ₂ is the time to reach the given starting revolutions;
t ₃ - turn-off time of the formation of input revolutions;
t ₄ is the end time of the formation of the input revolutions.

Значения заходных оборотов клети формируются по следующему закону:
n = n₀ + k₁ • Δn_зах, при t₀ < t < t₁,
n = n(t₁) + k₃ • (1-k₁) • Δn_зах • (t-t₁), при t₁ < t < t₂,
n = n(t₂), при t₂ < t < t₃,
n = n(t₃) - k₄ • Δn_зах • (t - t₃), при t₃ < t < t₄,
Δn_зах= Δn_зад•k₂,
k₃ = 1/(t₂ - t₁), k₄ = 1/(t₄ - t₃),
где: t - текущее время,
n - текущие заходные обороты клети,
n₀ - заданные обороты клети,
k₁ - эмпирический коэффициент, учитывающий характеристики электропривода,
Δn_зад - заданное оператором приращение скорости, учитывающее профилеразмер и марку прокатываемого металла,
k₂ - коэффициент, учитывающий изменение динамических характеристик электропривода при работе с ослабленным потоком электродвигателя,
k₃, k₄- коэффициенты задатчика интенсивности для задания и снятия заходных оборотов соответственно.The values of the input rotation of the stand are formed according to the following law:
n = n ₀ + k ₁ • Δn _zh , for t ₀ <t <t ₁ ,
n = n (t ₁ ) + k ₃ • (1-k ₁ ) • Δn _lock • (tt ₁ ), for t ₁ <t <t ₂ ,
n = n (t ₂ ), for t ₂ <t <t ₃ ,
n = n (t ₃ ) - k ₄ • Δn _lock • (t - t ₃ ), for t ₃ <t <t ₄ ,
Δn _zh = Δn _back • k ₂ ,
k ₃ = 1 / (t ₂ - t ₁ ), k ₄ = 1 / (t ₄ - t ₃ ),
where: t is the current time,
n is the current input revolutions of the stand,
n ₀ - given stand speed,
k ₁ is an empirical coefficient that takes into account the characteristics of the electric drive,
Δn _back - operator-specified increment of speed, taking into account the profile size and grade of rolled metal,
k ₂ - coefficient taking into account the change in the dynamic characteristics of the electric drive when working with a weakened flow of the electric motor,
k ₃ , k ₄ are the coefficients of the intensity adjuster for setting and removing the input revolutions, respectively.

На фиг.2а и 2б показан схематически алгоритм работы контура формирования и поддержания петли. On figa and 2b shows schematically the algorithm of the loop formation and maintenance of the loop.

Управление формированием петли в межклетьевом промежутке осуществляется следующим образом. Management of the formation of a loop in the interstitial gap is as follows.

В момент времени t₀ (см. фиг.5), т.е. в момент появления металла перед датчиком петли (поз. 9, фиг. 2а), включается контур управления скоростью передней клети ("управление вперед") с пропорциональным регулятором (П-регулятор) и коэффициентом пропорциональной части, равным 2,5 - 3,5 от номинального K_уст (поз. 10). Регулируемым параметром является величина петли, при этом управляющее воздействие пропорционально разности между текущей и заданной величиной петли. В момент времени t₁ (см. фиг.5), т.е. в момент захода металла в переднюю клеть (поз. 11), П-регулятор петли в контуре "управление вперед" меняется на пропорционально-интегральный регулятор (ПИ-регулятор) с постоянной времени интегральной части, равной 1,2 - 3,0 от номинального T_уст (поз. 12). При этом величина петли уменьшается (поз. 13). После того как величина петли станет меньше заданной (поз. 14), ПИ-регулятор петли в контуре "управление вперед" меняется обратно на П-регулятор с коэффициентом пропорциональной части, равным 2,5...3,5 от номинального K_уст (поз. 15). Одновременно включается контур "управление назад" (т.е. регулирование скорости задней клети) с форсированным ПИ-регулятором, с уменьшенной постоянной времени до 0,2... 0,25 от установившейся T_уст (поз. 16), величина которой зависит от разности между текущей и заданной величиной петли. При этом величина петли увеличивается (поз. 13).At time t ₀ (see figure 5), i.e. when the metal appears in front of the loop sensor (pos. 9, Fig. 2a), the front stand speed control loop (“forward control”) is turned on with a proportional regulator (P-regulator) and a proportional part coefficient equal to 2.5 - 3.5 from nominal K _mouth (pos. 10). The adjustable parameter is the loop value, while the control action is proportional to the difference between the current and the specified loop value. At time t ₁ (see figure 5), i.e. at the moment the metal enters the front stand (pos. 11), the loop P-controller in the forward control circuit changes to a proportional-integral controller (PI controller) with a time constant of the integral part equal to 1.2 - 3.0 of the nominal T _mouth (pos. 12). In this case, the loop size decreases (pos. 13). After the loop value becomes less than the set value (pos. 14), the loop PI controller in the forward control loop changes back to the P controller with a proportional part coefficient equal to 2.5 ... 3.5 of the nominal K _mouth ( Pos. 15). At the same time, the “control back” circuit (that is, regulation of the speed of the rear stand) is switched on with a forced PI controller, with a reduced time constant of 0.2 ... 0.25 from the established T _mouth (pos. 16), the value of which depends from the difference between the current and the given loop value. In this case, the loop size increases (pos. 13).

Одновременная работа контуров "управление вперед" и "управление назад" продолжается до того, как величина текущей петли превысит заданное значение (поз. 18). Минимальное время одновременной работы обоих контуров управления - постоянная величина. Максимальное время одновременной работы обоих контуров управления ограничено проходом металла в трех последующих межклетьевых промежутках (поз. 19). После отключения П-регулятора контура "управление вперед" (поз. 20) ПИ-регулятор контура "управление назад" работает в установившемся режиме с номинальными постоянной времени интегральной части T_уст и коэффициентом пропорциональной части K_уст (поз. 21). В том же режиме продолжает работать ПИ-регулятор на стадии поддержания петли на заданном уровне при установившемся процессе прокатки (поз. 22). После ухода заднего конца металла из зоны датчика наличия металла в межклетьевом промежутке (поз. 23) этот контур управления отключается.The simultaneous operation of the “forward control” and “reverse control” circuits continues until the current loop exceeds the set value (pos. 18). The minimum time for simultaneous operation of both control loops is a constant value. The maximum time for the simultaneous operation of both control loops is limited by the passage of metal in the three subsequent inter-stand spaces (key 19). After turning off the P-controller of the “forward control” circuit (pos. 20), the PI-controller of the “control back” contour operates in steady-state mode with the nominal time constant of the integral part T _mouth and the coefficient of the proportional part K _mouth (key 21). In the same mode, the PI controller continues to work at the stage of maintaining the loop at a given level with the steady rolling process (key 22). After the rear end of the metal leaves the zone of the metal presence sensor in the inter-stand space (key 23), this control circuit is switched off.

На фиг.3 показана схема алгоритма работы контура автоматического устранения колебаний петли. Включение в работу контура возникает при условии наличия металла в межклетьевом промежутке (поз. 24). Далее регулирующий контур работает от сигнала величины петли и значения задания величины петли. Если величина петли отрицательна (т.е. металл в зоне петли оказывается выше оси прокатки), поз. 25, регулятор меняет знак величины рассогласования между значениями задания и сигналом датчика величины петли на противоположный (поз. 26). После того как величина петли становится положительной (металл ниже оси прокатки), поз. 27, в контурах восстанавливается первоначальный знак величины рассогласования между значениями задания и сигнала датчика величины петли (поз. 28). При расположении петли выше оси прокатки возникает неустойчивый колебательный процесс, поскольку вес металла стремится, вопреки нормальному регулирующему воздействию, направленному на поддержание величины петли, уменьшить ее высоту, и под действием двух противоположных факторов петля теряет устойчивость формы. Описанный контур устраняет эту ситуацию в случае ее возникновения. Figure 3 shows a diagram of the algorithm for the circuit to automatically eliminate loop oscillations. Inclusion in the operation of the circuit occurs subject to the presence of metal in the inter-stand space (key 24). Further, the control loop operates from a loop magnitude signal and a loop magnitude setting value. If the loop value is negative (i.e., the metal in the loop zone is higher than the rolling axis), pos. 25, the controller changes the sign of the mismatch between the reference values and the loop sensor signal to the opposite (pos. 26). After the loop value becomes positive (metal below the rolling axis), pos. 27, the initial sign of the mismatch value between the reference values and the loop signal of the loop value sensor (key 28) is restored in the circuits. When the loop is located above the rolling axis, an unstable oscillatory process occurs, since the weight of the metal tends, contrary to the normal regulatory action aimed at maintaining the loop size, to reduce its height, and under the influence of two opposite factors, the loop loses shape stability. The described circuit eliminates this situation if it occurs.

Наконец, на фиг.4 показана схема алгоритма работы контура автоматической коррекции скоростного режима приводов клетей. Этот контур призван адаптировать систему управления процессом к изменяющимся характеристикам прокатываемого металла (температура, сечение, материал и пр.) или, в более общей формулировке, к изменяющимся условиям процесса прокатки (например, износ калибров). В установившемся режиме и при стабильных (в определенных пределах) технологических параметрах прокатки ПИ-регулятор контура "управление назад" работает, как описано выше (поз. 21 и 22), т.е. также в установившемся режиме (поз. 29). При изменении технологических параметров прокатки и выходе по этой причине величины петли из заданного диапазона (поз. 30), ПИ-регулятор меняет скоростной режим задней клети (поз. 31) и возвращает петлю в заданный диапазон, но при новых значениях скорости задней клети (поз. 32). Особенность этого контура управления заключается в том, что последняя скорость задней клети запоминается (поз. 33), и прокатка следующей заготовки ведется с использованием этого значения скорости как исходного (поз. 34). Система, таким образом, адаптируется к изменяющимся условиям процесса, при этом имеется в виду, что эти изменения не являются случайными, а отражают тенденцию, хотя последняя и не является строго предсказуемой. Введение адаптивного контура позволяет минимизировать время формирования петли при прокатке следующей заготовки и тем самым компенсировать (в том числе и при дальнейшем регулировании) изменение условий прокатки и их косвенный учет системой управления, которая своевременно подстраивается к этим изменениям. В дальнейшем этот учет может уточняться на основе результатов прокатки последующих заготовок, так что обозначившаяся тенденция, связанная, например, с влиянием износа валков, с самого начала будет отслежена системой управления, и в общем случае, не потребуется специальной дополнительной настройки, например, с помощью нескольких пробных заготовок. Finally, figure 4 shows a diagram of the algorithm for the automatic correction of the speed control mode of the drive stands. This circuit is designed to adapt the process control system to the changing characteristics of the rolled metal (temperature, section, material, etc.) or, more generally, to the changing conditions of the rolling process (for example, gauge wear). In the steady state and with stable (within certain limits) technological parameters of rolling, the PI-controller of the "reverse control" circuit operates as described above (keys 21 and 22), i.e. also in steady state (key 29). When rolling process parameters are changed and the loop is therefore out of the specified range (key 30), the PI controller changes the speed mode of the back stand (key 31) and returns the loop to the specified range, but with new values of the back stand speed (pos. . 32). The peculiarity of this control loop is that the last speed of the rear stand is stored (key 33), and the next workpiece is rolled using this speed value as the original (key 34). The system, therefore, adapts to changing process conditions, and it is understood that these changes are not random, but reflect a trend, although the latter is not strictly predictable. The introduction of an adaptive circuit allows one to minimize the time of loop formation during rolling of the next workpiece and thereby compensate (including with further regulation) the change in the rolling conditions and their indirect accounting by the control system, which is timely adjusted to these changes. In the future, this accounting can be refined on the basis of the results of rolling subsequent workpieces, so that the identified trend, associated, for example, with the effect of wear on the rolls, will be monitored by the control system from the very beginning, and in the general case, special additional settings, for example, using several trial blanks.

При учитываемых изменениях в процессе прокатки, например при изменении программы прокатки, переход к прокатке следующей партии иного марочного сортамента может включать в себя настройку стана на основе информации, полученной в процессе прокатки предыдущих партий с близкими характеристиками (т. е. на основе запоминаемой статистики). С этой целью комплектуется архив программ и данных по зависимостям напряжения течения σ_ср от температуры, скорости и степени деформации в широком диапазоне изменения термомеханических параметров. При отсутствии в архиве аналогичной или полностью совпадающей программы возможен оперативный расчет параметров управления на основе заданных зависимостей и настройка системы на основе результатов этого расчета. При наличии компьютерного обеспечения эти операции, как по своей выполнимости, так и по времени их выполнения не представляют проблемы.When changes are taken into account during the rolling process, for example, when changing the rolling program, the transition to rolling the next batch of a different grade mix may include setting the mill on the basis of information obtained during the rolling of previous batches with similar characteristics (i.e., based on memorized statistics) . For this purpose, an archive of programs and data is compiled on the dependences of the flow stress σ _cf on temperature, speed, and the degree of deformation in a wide range of thermomechanical parameters. In the absence of a similar or completely identical program in the archive, it is possible to quickly calculate control parameters based on specified dependencies and configure the system based on the results of this calculation. In the presence of computer support, these operations, both in their feasibility and in the time of their execution, do not present a problem.

Следует подчеркнуть, что все вышеперечисленные контуры описаны применительно к одному межклетьевому промежутку стана. Естественно, каждый межклетьевой промежуток стана (включающий переднюю и заднюю клети этого промежутка и петлю металла между ними) является автономным объектом управления, которое осуществляется на всех участках стана, где имеет место прокатка с петлей (сюда не входит, например, черновая группа сортового стана). Наличие свободной петли позволяет компенсировать кинематические рассогласования между отдельными промежутками и обеспечивать указанную автономность управления. It should be emphasized that all of the above contours are described with reference to one inter-stand space of the mill. Naturally, each inter-stand gap of the mill (including the front and rear stands of this gap and a metal loop between them) is an autonomous control object that is carried out in all sections of the mill where rolling with a loop takes place (this does not include, for example, the rough section of the section mill) . The presence of a free loop allows you to compensate for the kinematic mismatches between the individual gaps and provide the specified control autonomy.

Ниже приведен конкретный числовой пример параметров управления для межклетьевого промежутка клетей N 19 и N 20 26-клетьевого сортового полунепрерывного стана 350/250 (на котором описанная ранее система управления скоростным режимом приводов может быть использована на клетях с N 11 по N 26). The following is a specific numerical example of the control parameters for the inter-stand space of stands N 19 and N 20 of the 26-stand long semi-continuous mill 350/250 (on which the drive speed control system described above can be used on stands N 11 to N 26).

Двигатель клети N 19 МПМ2-М-500-151-6УЗ, 800 кВт, 600 B, 1420 A, 500/1000 об/мин. The engine of the stand N 19 MPM2-M-500-151-6UZ, 800 kW, 600 V, 1420 A, 500/1000 rpm.

Двигатель клети N 20 МПМ2-М-630-151-6УЗ, 1000 кВт, 600 B, 1760 A, 630/1000 об/мин. The engine of the stand N 20 MPM2-M-630-151-6UZ, 1000 kW, 600 V, 1760 A, 630/1000 rpm.

Диаметр бочки валков номинальный 320 мм. The diameter of the roll barrel is nominal 320 mm.

Прокатка круга 8 мм из стали 35 ГС. Rolling a circle of 8 mm from steel 35 GS.

Профиль в клети N 19: овал 9,2 x 16,9 мм. Profile in stand N 19: oval 9.2 x 16.9 mm.

Профиль в клети N 20: круг 9,8 мм. Profile in stand N 20: 9.8 mm circle.

Скорость клети N 19 300 об/мин, клети N 20 351 об/мин. The speed of the stand N 19 300 rpm, stand N 20 351 rpm

Коэффициент K₁ = 0,5. Настраивается при наладке исходной системы путем анализа цифровой записи формирования петли прогиба при прокатке опытной партии заготовок (не менее 10 штук). Критерием оптимальности настройки является минимизация времени достижения петлей прогиба заданного значения при отсутствии значений нулевого прогиба при перерегулировании. Диапазон изменения от 0 до 1.The coefficient K ₁ = 0.5. It is adjusted during adjustment of the initial system by analyzing a digital record of the formation of a deflection loop during rolling of an experimental batch of workpieces (at least 10 pieces). The criterion for optimality of the setting is to minimize the time the loop reaches the deflection of the set value in the absence of values of zero deflection during overshoot. The range of change is from 0 to 1.

Коэффициент K₂ = 1 (при работе в первой зоне без ослабления потока двигателя). При работе во второй зоне вычисляется по формуле
K₂ = n_{текущая}/n_номи _{нальная},
где n_{текущая} - текущая скорость (об/мин),
n_номи _{нальная} = 630 об/мин - номинальная скорость двигателя клетки N 20 в первой зоне.The coefficient K ₂ = 1 (when working in the first zone without attenuating the flow of the engine). When working in the second zone is calculated by the formula
K ₂ = n _current / n _{_{the par,}}
where n _current is the current speed (rpm),
n _{_{the par}} = 630 rev / min - nominal engine speed N cells 20 in the first zone.

Коэффициент K₃ = 6,67. Вычисляется по формуле K₃ = 1/(t₂ - t₁). Время t₂ настраивается при наладке системы путем анализа цифровой записи формирования петли прогиба при прокатке опытной партии заготовок (не менее 10 штук). Критерием оптимальности настройки является отсутствие увеличения петли при заходе металла в валки.The coefficient K ₃ = 6.67. It is calculated by the formula K ₃ = 1 / (t ₂ - t ₁ ). The time t _{2 is} adjusted during system setup by analyzing a digital record of the formation of a deflection loop when rolling an experimental batch of workpieces (at least 10 pieces). The criterion for optimality of the setting is the absence of an increase in the loop when the metal enters the rolls.

Время отключения заходных оборотов t₃ определяется моментом уменьшения текущей петли на 40 мм над измененным значением петли в момент захода металла в валки.The shutdown time of the input revolutions t ₃ is determined by the moment the current loop decreases by 40 mm above the changed value of the loop at the moment the metal enters the rolls.

Коэффициент K₄= 3,33. Вычисляется по формуле K₄ = 1/(t₄ - t₃). Время t₄ настраивается при наладке системы путем анализа цифровой записи формирования петли при прокатке опытной партии заготовок (не менее 10 штук). Критерием оптимальности настройки является минимальное возмущение петли при снятии заходных оборотов.The coefficient K ₄ = 3.33. It is calculated by the formula K ₄ = 1 / (t ₄ - t ₃ ). Time t _{4 is} adjusted during system setup by analyzing a digital recording of loop formation during rolling of an experimental batch of workpieces (at least 10 pieces). The criterion for optimality of the setting is the minimum perturbation of the loop when removing the input revolutions.

Величина заходных оборотов Δn_зад= 4 об/мин. Данный параметр задается оператором поста управления по визуальному наблюдению за поведением металла при заходе его в валки.The value of the input revolutions Δn _ass = 4 rpm This parameter is set by the operator of the control station for visual observation of the behavior of the metal when it enters the rolls.

ПИ-регулятор: T_уст = 2,2 сек; K_уст = 100 мм/2 об/мин.PI controller: T _mouth = 2.2 sec; K _mouth = 100 mm / 2 rpm.

При включении контура "управление назад" постоянная времени определяется следующим образом. При максимальном рассогласовании текущей и заданной величины петли постоянная времени равна 0,2 • T_уст = 0,44 сек. При уменьшении рассогласования до 0 постоянная времени обратно пропорционально увеличивается до T_уст.When you turn on the loop "control back" the time constant is determined as follows. With the maximum mismatch between the current and the set loop value, the time constant is 0.2 • T _mouth = 0.44 sec. When the mismatch decreases to 0, the time constant inversely increases to T _mouth .

Итак, описанный способ управления процессом непрерывной прокатки без натяжения (со свободной петлей) в среднесортнопроволочных группах клетей, основанный на параллельной работе четырех различных контуров управления, позволяет комплексно решить проблемы стабилизации процесса и тем самым повысить качество получаемого проката, исключить или свести до минимума остановки стана, связанные с нарушением процесса, что для такого высокопроизводительного агрегата, каким является прокатный стан, принципиально важно. Поскольку управление и стабилизация охватывают, помимо установившейся стадии процесса, также и неустановившуюся, повышается выход годного на стане. В совокупности указанные преимущества способа определяют собой технический результат изобретения. So, the described method of controlling the process of continuous rolling without tension (with a free loop) in mid-grade wire groups of stands, based on the parallel operation of four different control loops, allows to comprehensively solve the problems of stabilization of the process and thereby improve the quality of the rolled products, eliminate or minimize rolling mill stop associated with the violation of the process, that for such a high-performance unit, which is a rolling mill, it is fundamentally important. Since control and stabilization cover, in addition to the steady-state stage of the process, also unsteady, the yield on the mill increases. Together, these advantages of the method determine the technical result of the invention.

Claims

A method for automatically controlling a continuous rolling process with a long metal or wire loop, including determining with the aid of a sensor the free loop of the rolled metal in the inter-stand gap, signaling to change the speed mode of the individual drives of the rear and / or front stand and processing this signal, characterized in that when the metal appears in front of the loop sensor before the front end of the metal enters the front stand, a one-time forward speed increase is performed in this stand, computer which causes a dynamic subsidence of the drive during metal capture, at the moment the metal enters this stand additionally smoothly increase the speed in the stand to the inlet, and after complete capture of the metal, reduce this speed to the nominal speed, at the same time form a loop in the inter-stand space using two regulators: proportional, which affects the speed of the front stand, and proportional-integral with an adjustable time constant, affecting the speed of the back stand, and both regulators provide a signal from the sensor loop values and signal of the loop value setting value, both controllers have nominal values of the coefficient of the proportional part and the time constant equal to the corresponding values of the proportional-integral controller in the steady rolling mode, when the metal appears in front of the loop sensor, include a proportional controller with a proportional part coefficient of 2.5 - 3.5 from the nominal one and switch at the moment the metal enters the front stand from the proportional controller to the proportional-integral controller with a time constant exceeding the nominal time constant of this regulator by 1.2–3.0 times, and when the loop passes through the set value, it is again switched to a proportional regulator with a proportional factor of 2.5–3.5 of the nominal and simultaneously affects the speed of the rear stand by means of a proportional regulator with a time constant of up to 0.2 - 0.25 of the nominal one, which is changed depending on the difference between the current and the set loop value, then for a set constant time not exceeding the time the passage of metal in three subsequent stands supports the simultaneous operation of both controllers, after which they switch to controlling the speed of the rear stand only in the steady state using the same proportional-integral controller with a nominal time constant, maintaining the loop size in a given range, in addition, when the oscillatory mode of the loop is eliminated by changing the sign of the magnitude of the mismatch between the values of the reference and the signal of the sensor of the loop value, and when the loop exits in a steady state Modes for regulating the predetermined range after change speed rear stand her last stored value and set it as the next starting billet rolling.