Система управления клетью прокатного стана

Клети прокатного стана могут быть нереверсивными и реверсивными. Реверсивные клети, кроме горизонтальных прокатных валков, могут иметь пару вспомогательных вертикальных валков для обжатия боковых граней заготовки. Такие клети называются универсальными (слябинги, некоторые толстолистовые и балочные станы).
Различают групповой и индивидуальный приводы прокатных валков. При групповом приводе прокатные валки 2, установленные в станине клети 7, приводятся во вращение от общего двигателя 5 через шестеренную клеть 4 и универсальные шпиндели 3. При индивидуальном приводе каждый из прокатных валков 2 имеет привод от отдельного электродвигателя 5. Система передачи вращающего момента от верхнего двигателя, более удаленного от клети 7, кроме универсального шпинделя 3, снабжена промежуточным валом 4.
Основные преимущества индивидуального привода валков перед групповым состоят в: увеличении предельной мощности, которая может быть приложена к каждому валку; уменьшении суммарного момента инерции, приходящегося на единицу мощности привода; отсутствии шестеренной клети, потери мощности в которой могут достигать 5 % мощности привода; отсутствии необходимости в точном подборе диаметров валков. Уменьшение момента инерции в свою очередь дает ряд преимуществ: уменьшается продолжительность прокатки вследствие увеличения допустимых ускорений и замедлений; сокращается расход энергии на 1 т проката и на нагревание электрических машин; менее опасными становятся срывы при захвате металла; скорость захвата из-за изменения условий захвата может быть увеличена, что приводит к возрастанию средней скорости прокатки и, следовательно, к росту производительности стана.
Основными недостатками индивидуального привода по сравнению с групповым являются: увеличение количества электрооборудования; усложнение схемы управления, связанное с необходимостью регулирования соотношения скоростей и выравнивания нагрузок двигателей; увеличение в некоторых случаях размеров машинного зала, так как угол наклона шпинделей не должен превышать (6... 8)°, вследствие чего двигатели должны быть удалены от клети на большое расстояние.
Индивидуальный привод валков целесообразно применять для мощных обжимных станов с диаметром валков 1100... 1300 мм. Для блюминга диаметром 1000 мм можно применять индивидуальный и групповой приводы. Для заготовочных, рельсобалочных станов диаметром 900 мм и менее предпочтительно применение группового привода.
Цикл работы реверсивной клети стана горячей прокатки для одного пропуска в общем случае включает в себя разгон валков вхолостую до скорости захвата слитка, разгон со слитком в валках до установившейся скорости, прокатку на этой скорости, торможение до скорости выброса слитка и реверс вхолостую до скорости захвата слитка, повторный разгон со слитком в валках до установившейся скорости, прокатку на этой скорости, торможение до скорости выброса слитка и реверс вхолостую до скорости захвата при противоположном направлении вращения валков.
Во время паузы между пропусками металла с помощью нажимного устройства клети перемещают верхний прокатный валок для изменения раствора между валками в соответствии с требуемым обжатием. При необходимости заготовка перемещается в поперечном направлении по рольгангу посредством линеек манипулятора и кантуется (поворачивается на 90° вокруг своей продольной оси) с помощью кантователя. Рабочий рольганг возвращает заготовку к клети для последующего пропуска. По окончании последнего пропуска заготовка транспортируется рольгангом к следующему механизму, а нажимное устройство перемещает верхний прокатный валок в первоначальное положение.
Работа электропривода реверсивных клетей характеризуется частыми реверсами (с числом включений до 1000 и более в 1 ч) и ударной нагрузкой, которая может превышать номинальную в 2 раза и более. Диапазон регулирования скорости, определяемый скоростями прокатки и захвата, достигает 10:1.
Номинальная частота вращения прокатных двигателей обычно 50...70 мин-1. Диапазон регулирования скорости изменением магнитного потока двигателя не превышает 2:1. Уменьшение потока двигателя применяется только при небольших обжатиях, главным образом при последних пропусках металла, так как работа при ослабленном возбуждении ведет к непроизводительному нагреванию и снижению перегрузочной способности двигателя.
По условиям технологического процесса прокатки ускорение привода постоянно. Ускорение и замедление во время паузы между пропусками при изменении скорости от скорости выброса до скорости захвата определяются, как правило, временем работы нажимного устройства и лежат в пределах: для группового привода соответственно 40...60 и 50...70 мин-'с-1, для индивидуального привода 70... 100 и 80... 130 мин~'с-1. Среднее значение динамического момента при этом обычно составляет 0,8... 1 номинального, что позволяет использовать большую часть допустимого момента двигателя при разгоне со слитком в валках для обжатия металла.
При увеличении скорости захвата и уменьшении скорости выброса слитка лучше используется запас кинетической энергии вращающихся частей привода, уменьшается нагревание двигателей, а также снижается изменение активной и реактивной мощностей при использовании вентильного электропривода.
Предельная скорость захвата определяется коэффициентом трения металла о валки, который снижается с увеличением скорости. Скорость выброса не может быть слишком низкой. Если продолжительность паузы определяется временем работы вспомогательного механизма, например нажимного устройства, чрезмерное снижение скорости выброса приводит к уменьшению производительности стана. Для реверсивных станов частота вращения привода захвата выбирается в пределах 10... 45 мин-1. Меньшие значения принимаются для первых пропусков, большие — для последующих. Примерно в тех же пределах меняется и частота вращения привода при выбросе. При последнем пропуске выброс слитка производится на скорости прокатки.
В универсальных клетях, где прокатка заготовки происходит одновременно в горизонтальных и вертикальных валках, необходимо обеспечить определенное соотношение линейных скоростей валков с учетом направления прокатки (от вертикальных валков к горизонтальным или наоборот), удлинения металла при обжатии во избежание нежелательных деформаций металла (на балочных станах) и перегрузки механического оборудования и электроприводов вертикальных валков.
Расчет мощности прокатных двигателей реверсивного стана горячей прокатки является поверочным. Исходными данными при расчете служат программы прокатки и проектная производительность стана. В программе прокатки указываются число пропусков, размеры слитков до и после каждого пропуска, порядок кантовки слитков, марка и температура стали, диаметр валков в каждом калибре. Расчет обычно выполняют для всего сортамента стана, после чего устанавливается самая трудная программа прокатки, характеризующаяся наибольшим произведением полного удлинения металла на максимальную производительность с учетом числа пусков в 1 ч.
В случае универсальных станов скорость захвата металла горизонтальными валками при движении металла от вертикальных валков к горизонтальным и скорость выброса металла из горизонтальных валков при движении его от горизонтальных валков к вертикальным принимают равными скорости прокатки.
График моментов строится для всего цикла прокатки. По нему определяют эквивалентный момент, который сравнивают с номинальным моментом предварительно выбранного двигателя. В случае ослабления магнитного потока момент двигателя условно увеличивают пропорционально скорости. Таким образом, фактически расчет ведется по методу эквивалентного тока. Если расчетный средний квадратический момент превышает номинальный момент предварительно выбранного двигателя, то выбирают другой двигатель или меняют программу прокатки, уменьшая обжатие и увеличивая число пропусков.
Питание прокатных двигателей реверсивных станов осуществляется от полупроводниковых преобразователей.
Основным требованием, предъявляемым к реверсивным станам горячей прокатки, производящим заготовки для всех остальных станов прокатного производства, является максимальная производительность. Для уменьшения продолжительности цикла прокатки слитка необходимо по возможности сокращать время отработки заданного перемещения, определяемого длиной заготовки в каждом пропуске, и время паузы между пропусками.
Оптимальный по быстродействию закон изменения во времени скорости п в пределах номинальной, т.е. закон, позволяющий получить минимальное время отработки заданного перемещения при номинальном нагреве двигателя, представляет собой параболу, которой соответствует линейное во времени изменение динамического тока.
Обычно стремятся получить линейное изменение скорости по времени, которому соответствует неизменный динамический ток. Это объясняется следующими причинами: линейное изменение скорости проще осуществить, чем параболическое; для достижения скорости захвата за минимальное время при заданной температуре нагревания оптимальным является линейный закон изменения скорости, а не параболический; небольшое преимущество параболического закона изменения скорости по сравнению с линейным (в идеальных условиях выигрыш во времени составляет 7 %) становится меньше, если учесть ограничения, налагаемые на производную тока по условиям коммутации двигателя, а также на значения тока и скорости.
Широко распространены системы управления приводами реверсивных прокатных станов, основанные на принципе подчиненного регулирования. На рис изображена схема двухзон-ного регулирования скорости реверсивной клети с индивидуальным приводом горизонтальных валков для случая согласованного управления вентильными преобразователями. Каждый из двигателей имеет автономную схему регулирования напряжения якоря и магнитного потока возбуждения.
Контур скорости содержит регулятор скорости PC. Делительное устройство /рс/Ф на выходе PC позволяет сохранять оптимальную настройку контура скорости при любом потоке двигателя. Регулятор мощности РМ изменяет максимальную уставку по току якоря в соответствии с перегрузочной способностью двигателей.
Схема регулирования возбуждения двигателя имеет контур регулирования потока с ПИ-регулятором РТВ и обратной связью по потоку двигателя и контур ЭДС двигателя с ПИ-регулятором ЭДС (РЭ). Задающий сигнал Еном устанавливает ЭДС двигателя, по достижении которой начинает ослабляться возбуждение двигателя. Благодаря делителю /рэ/со на выходе РЭ сохраняется оптимальная настройка контура ЭДС при скорости выше основной. Блок ограничения определяет максимальный магнитный поток, равный номинальному значению.
Выравнивание токов двигателей осуществляется подачей напряжения соответствующей полярности, пропорционального разности токов двигателей Д/яо, на вход регуляторов скорости.
Устройство задания скорости УЗС, содержащее командоаппарат и устройство согласования формирует сигнал на входе задатчика интенсивности ЗИ. С помощью напряжения обратной связи по потоку Ф достигается уменьшение темпа изменения выходного сигнала ЗИ по мере ослабления возбуждение, благодаря чему динамический ток при разгоне и торможении поддерживается постоянным.
Перед захватом металла скорость нижнего валка должна быть выше скорости верхнего валка, что достигается с помощью реле РЛО, управляемого оператором с поста управления и шунтирующего часть резистора на входе PC нижнего валка.
Схема управления вертикальными валками аналогична схеме для горизонтальных валков за исключением задающего узла. Узел задания скорости для вертикальных валков изображен на рис. 4.44, б. Задающий сигнал для скорости вертикальных валков поступает от тахогенератора ТГ горизонтального валка. Узел задания скорости обеспечивает необходимое соотношение скоростей вертикальных и горизонтальных валков.
Силовая схема вентильного электропривода горизонтальных валков слябинга включает в себя два реверсивных преобразователя (по числу двигателей), каждый из которых состоит из двух нереверсивных преобразователей.
В схемах электроприводов реверсивных станов предусматриваются следующие защиты: максимально-токовая от мгновенной перегрузки по току; от пробоя вентилей; от аварийных токов в уравнительных контурах; от аварийных токов в якорной цепи двигателя; минимально-токовая от размыкания цепи обмотки возбуждения двигателя; от чрезмерного повышения напряжения на двигателе; от чрезмерного повышения скорости; от включения линейных автоматов при отключенном, но вращающемся двигателе при наличии напряжения на двигателе и на преобразователе.
Защита выполняется с помощью электрических аппаратов, установленных в соответствующих цепях электрической схемы привода. Повышение скорости контролируется центробежным реле, установленным вместе с тахогенератором на валу двигателя.
Современной тенденцией в реализации привода валков (главного привода клети) является применение двигателей переменного тока: синхронных или асинхронных с короткозамкнутым ротором. При этом используются комплектные преобразователи частоты со звеном постоянного тока или непосредственные преобразователи частоты НПЧ (циклоконверторы), которые применяются в безредукторных приводах с пониженной частотой питания (от 25 Гц и ниже).
Рассмотрим систему управления клетью толстолистового прокатного стана 2800. Кинематическая схема двухвалковой клети (дуо) стана с индивидуальным приводом валков приведена на рис. 4.45, где / — двигатели, 2 — шпиндели, 3 — валки, 4 — нажимные винты, 5 — редуктор, 6 — двигатели нажимного устройства.
Кроме нажимного устройства, осуществляющего изменение раствора валков перед каждым пропуском (проходом) металла, клеть прокатного стана имеет ряд вспомогательных приводов с электрогидравлическим управлением для уравновешивания верхнего валка, смены валков и т.п., схемы управления которыми не приводятся.
На рис приведена схема управления главным приводом клети с синхронными двигателями для каждого валка мощностью 4000 кВт, частотой вращения 40/80 мин-1, напряжением 923 В при использовании циклоконвертора фирмы «Siemens» (диапазон частот 0...4/8 Гц). Фазовое управление силовыми тиристорны-ми модулями осуществляется микропроцессорной системой SIMADYN D при коммутации тиристорных групп в функции положения ротора (датчик BR).
Возбуждение двигателя предусмотрено от комплектных тиристорных блоков с интерфейсом для управления от системы SIMADYN D.
Таким образом, управление приводом осуществляется по схеме вентильного двигателя.
Структурная схема системы управления главным приводом клети в комплексе управления участка прокатного стана приведена на рис.
Система управления SIMADYN D имеет модуль связи с промышленной сетью управления приводами Profibus DP и таким образом получает команды на режимы работы от системы программно-логического управления, реализованной на контроллере SIMATIC S7-400 и связанной через модули удаленного ввода-вывода ЕТ-200 М с пультом оператора ПО типа АР и информационным терминалом (текстовая панель ОР оператора) на посту управления.