Файл: Круашвили, З. Е. Автоматизированный нагрев стали.pdf

Реализация приведенного алгоритма предполагает необходимость поисковой операции для определения ко­ эффициентов k\ и &2, что существенно усложняет си­ стему.

В ПКИ «Автоматпром» В. Б. Файном предложена методика, позволившая освободиться от необходимости

Рис. 6

Структурная схема реализации алгоритма управления

непрерывной самонастройки в результате применения периодической подстройки коэффициентов на модели и сравнения ее с результатами нагрева контрольных сля­ бов. В этом случае алгоритмы могут быть использованы с неизменными коэффициентами в течение длительного срока.

Применительно к пятизонной печи № 3 стана 2000 НЛМЗ алгоритмы имеют следующий вид:

поверхности металла в сечениях, опре­ деляемых моделью;

т— коэффициент, определяемый по тепло­ физическим свойствам стали (эквива­

лент теплопроводности);

къ —kt — коэффициенты, зависящие от динами­ ческих свойств печи, которые подбира­ ются таким образом, чтобы получить заданный перепад At* температуры по сечению сляба на выходе из печи при минимальной суммарной стоимости топ­ лива и окислившегося металла в уста­ новившихся режимах.

Эти коэффициенты определяются моделированием для каждой печи и могут оставаться неизменными от ре­ монта к ремонту, так как они всецело зависят от тепло­ технических и конструктивных особенностей печей. Сле­ дует учесть, что задаваемое значение температуры на выходе из печи t* д является также и функцией удален­

ности печи от стана. Достигнутая реализацией алгорит­ мов (1-77) —(1-79) температура металла может потерять свою значимость в том случае, если интервал времени между выдачей металла из печи и началом его прокатки будет колебаться. Для стабилизации свойств прокаты­ ваемого металла система управления нагревом должна быть дополнена системой связи печи — стан, обеспечи­ вающей минимизацию колебаний интервалов времени между выдачей и началом прокатки.

Комплекс средств, объединенных в систему, реа­ лизующую все поставленные задачи в упрощенном виде представлен на рис. 7.

Рассмотрим в общих чертах работу комплекса. Следует отметить, что система обеспечивает реали-

зацию упрощенного алгоритма управления по уравне­ ниям (1-77) — (1-79) без использования управляющей вычислительной машины, однако в ней предусмотрен ре­ жим, позволяющий вводить управляющие воздействия и из УВМ (в этом случае описываемая система выполня­ ет роль «дублера» УВМ). Пятизонная печь, каждая из зон которой оборудована стандартными топливосжигаю­ щими устройствами и стандартными узлами регулирова-

Рис. 7

Блок-схема системы оптимального управления:

П Р В — пульт ручного ввода; Б В П С — блок ввода параметров садки; С С Г С — си­ стема слежения границ садок; З У — запоминающее устроііство; f — измеритель частоты выдачи; Б Р А — блок реализации алгоритма управления; Р — локаль­ ные системы регулирования температуры; Ф Р — фотореле выдачи; Ь0 — ширина выдаваемого сляба; S — толщина сляба; k — коэффициенты, подбираемые при

моделировании

ния температуры в зонах, оснащена дополнительно еще

иследующими устройствами:

1)пирометрами для измерения температуры поверх­ ности металла внутри печи fn.M(используется спектраль­ но-дифференциальный пирометр разработки ТНИИСА);

2)арифметическими блоками реализации алгоритма

(БРА);

3)блоком измерения темпа прокатки (JVt );

4)пультом ручного ввода параметров садки (ПРВ);

ний основных параметров теплового режима отдельно для методических и кольцевых печей; причем большое внимание уделяется задачам управления температурным режимом в условиях переменного ритма работы прокат­ ного оборудования и изменяющихся параметров садки. Кроме того, приведены результаты исследования влияний времени транспортирования металла от печи к стану на распределение температуры в заготовке перед ее прокат­ кой и производительность стана.

1. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПЕЧИ КАК ОБЪЕКТЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫМ РЕЖИМОМ

Методические печи представляют собой многоемкост­ ные объекты с распределенными параметрами, для кото­ рых характерны запаздывания, нелинейные зависимости величин и взаимное влияние отдельных зон печи друг на друга. Для таких объектов даже приближенный рас­ чет их динамических и статических свойств является сло­ жной и к тому же не всегда дающей точные результаты задачей, так как очень трудно учесть влияние многих пе­ ременных на динамику исследуемого параметра. Наибо­ лее достоверные данные о динамических и статических характеристиках действующей методической печи могут быть получены экспериментально.

При определении кривых разгона входной величиной объекта считалось место установки регулирующего органа, при помощи кото­ рого в ходе опытов вводили возмущения, а выходной величиной — значение регулируемой величины в месте установки чувствительного элемента.

Из полученных кривых разгона Определены запаздывания (/) по­ стоянные времени (Ѳ) и коэффициенты передачи объекта (&0б), ко­ торые в дальнейшем использовались для выбора законов регулиро­ вания температуры в отдельных зонах печи, выяснения взаимосвязи зон печи между собой и др.

Динамические характеристики отдельных зон определены при раз­ личных производительностях печи. При определении характеристик какой-либо из зон печи при данной производительности расходы топ­ лива и воздуха в остальных зонах были стабилизированы. Для вы­ яснения линейности объекта при данной производительности все опы­ ты по определению динамических характеристик проведены при 5— 20%-ных возмущениях, что соответствует наиболее часто встречаю­ щимся возмущениям при работе печи. При определении динамиче­ ских характеристик по температуре регулятор соотношения в зонах и регулятор давления в рабочем пространстве были включены.

При экспериментальном определении характеристик печей не при­ меняли какую-либо специальную аппаратуру, а в основном использо­ вали парк действующей на объекте контрольно-измерительной и ре­ гулирующей аппаратуры.

зонах оказывают незначительное влияние на температу­ ру в томильной зоне. Изменение расхода топлива в томильной зоне также незначительно влияет на темпе­ ратуру в сварочных зонах, однако небольшие изменения расхода топлива в верхней сварочной зоне вызывают до­ статочно чувствительное изменение температуры в ниж­ ней сварочной зоне и наоборот. Результаты эксперимен­ тов показывают, что наибольшее влияние на эту тем­ пературу при любой производительности печи оказывает изменение расхода топлива в верхней сварочной зоне. Полученные результаты показывают, что, если значения постоянной времени и запаздывания в широком диапа­ зоне изменения производительности печи остаются при­ близительно постоянными, то коэффициенты передачи в отдельных зонах печи изменяются более чем в два раза.

Коэффициенты передачи взаимного влияния зон печи один относительно другого в 2—3 раза меньше коэффи­ циента передачи зоны при изменении расхода топлива именно в этой зоне. В связи с этим можно сделать вы­ вод, что использование в системе регулирования управ­ ления тепловым режимом печи не связанных между со­ бой схем регулирования температуры в отдельных зонах печи вполне возможно.

При определении зависимости температуры в какойлибо зоне печи от расхода топлива в этой зоне (стати­ ческих характеристик) расход топлива п воздуха в ос­ тальных зонах поддерживался неизменным.

Обработка большого числа экспериментальных дан­ ных, анализ кривых и определение динамических пара­ метров методических печей позволили выбрать законы регулирования отдельных параметров теплового режима печи для правильного подхода в дальнейшем к вопросам построения системы автоматического регулирования теп­ лового режима печи.

Особенностью системы регулирования температуры является то, что она работает при переменном коэффи­ циенте передачи объекта, который изменяется при изме­ нении производительности печи.

Для обеспечения требуемого переходного процесса при любой производительности печи необходимо приме­ нение самонастраивающихся регуляторов, коэффициент передачи которых изменялся бы при изменении режима работы печи или темпа прокатки.

2. КОЛЬЦЕВЫЕ ПЕЧИ КАК ОБЪЕКТЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫМ РЕЖИМОМ

Так как кольцевые печи представляют собой много­ емкостные объекты с распределенными параметрами, т. е. в этом смысле их динамические свойства аналогичны свойствам методических печей, метод определения их ха­ рактеристики совпадает с методом, описанным в п. 1 этой главы.

Температуру на участках горения измеряли радиа­ ционными пирометрами ПРК-600, визированными на дно карбофраксовых стаканов, установленных по наружной стене печи на уровне 400—500 мм от поверхности пода и утопленных в рабочее пространство на 30—40 мм. За­ пись температур осуществлялась на диаграммах элект­ ронных потенциометров ЭПП-09. Результаты обработки

и расчет частотных характеристик выполняли по извест­ ной методике. Из табл. 2 и 3 видно, что время запазды­ вания практически не зависит от производительности и меняется в пределах 25—40 сек. То же самое можно сказать и о постоянной времени, которая меняется в пре­ делах 200—300 сек, а коэффициенты передач участков горения в той или иной степени меняются от изменения производительности.

Следует отметить различную степень влияния от­ дельных участков горения друг на друга. Степень влия­ ния увеличивается от зон, расположенных ближе к окну выгрузки, к зонам, расположенным ближе к окну за­ грузки, что естественно вытекает из направления движе­ ния продуктов сгорания в печном пространстве. Однако коэффициенты передачи влияния зон печи друг на друга в 3 и более раз меньше коэффициентов передачи зон при изменении расхода топлива именно в этой зоне (на уча­ стке). В связи с этим можно сделать заключение, что контуры стабилизации температуры на участках горения можно рассматривать как автономные.

Законы регулирования температуры в зонах (на уча­ стках) горения выбирали без учета переменного &0бВо­ просы регулирования температур с учетом переменного коб рассмотрены отдельно.

Температурный режим в кольцевых печах управляет­ ся несвязанными локальными системами стабилизации,