«ипу имени В. А. Трапезникова ран» (стр. 11 из 17)

На профильно-калибровочном стане осуществляют некоторое обжатие по наружному диаметру, и в результате этого улучшается качество поверхности трубы. Изменяя величину обжатия, можно, не нарушая качества наружной поверхности, изменять усредненный по длине наружный диаметр трубы, и тем самым представляется возможным уменьшать дисперсию средних диаметров в партии труб. Поскольку на данном стане также может происходить изменение толщины стенки и диаметра трубы, для него также строятся математические модели по аналогичной методике.

Система управления обоими станами включает в себя вычислительные машины, которые должны обеспечивать обработку поступающей со стана информации и построение моделей, систему датчиков и внешних логических устройств, а также устройства управления обоими станами. Так как геометрические размеры трубы зависят от рассматриваемых станов, то необходимо обеспечить управление в первую очередь именно двумя этими станами, для чего необходимо иметь модели каждого стана. Поскольку одна и та же труба проходит последовательно оба стана, то выходные параметры формовочного стана являются входными для профильно-калибровочного, что позволяет построить систему управления обоими станами с использованием одной машины. В действительности, экономии в датчиках не получается, так как между станами установлена промежуточная сварочная клеть, для которой происходит сжатие продольных кромок трубы, что изменяет ее диаметр. Данное обстоятельство заставляет измерять диаметр трубы после сварочной клети специальным датчиком. Что касается толщины стенки трубы, то ее влияние несущественно.

В связи с тем, что заготовка в виде штрипса последовательно формуется и калибруется в готовую сварную трубу, можно использовать одну вычислительную машину для управления одновременно обоими станами. Но с другой стороны разделение станов сварочной клетью может создать ряд неудобств в виде неправильного построения модели и увеличению дисперсии наружного диаметра. Из этих соображений более рациональным является раздельные адаптивные системы управление, одна из которых служит для формовочного стана, а вторая для профильно-калибровочного стана (рис. 2.4).

Блоки 26; 27; 28 входят в состав вычислительной машины формовочного стана, блоки 39, 40 – в состав профильно-калибровочного стана.

Блок 27 представляет собой модель формовочного стана по толщине стенки трубы. Для построения модели по формуле (3) необходимо знать толщину стенки

трубы, прокатанной ранее, что может осуществляться, например, косвенным методом на основании показаний датчиков ширины и диаметра заготовки, позволяющих рассчитать утонение на основании радиуса придаваемой кривизны.

Параметры гильзы, входящие в уравнение (2), определяются при помощи установленных на стане датчиков (рис. 4) или рассчитываются на основании соответствующих математических теорий. Из формул (2) и (4) видим, что в обоих случаях используются одни и те же параметры, т.е. модели стана по диаметру и толщине стенки имеют общие входы. Контроль правильности модели по диаметру осуществляется по данным датчика диаметра 23.

Рис. 2.4. Блок-схема адаптивной системы управления:

1 – рулонный штрипс; 2 – петленакопитель; 3 – формовочный стан; 4 – промежуточная сварочная клеть; 5 – профильно-калибровочный стаи; 6 – датчик наличия штрипса; 7 – электронный блок датчика наличия штрипса; 8; 9; 10 – датчики измерителя толщины штрипса; 11 – электронный блок датчика толщины штрипса; 12 – телекамера датчика ширины штрипса; 13 – электронный блок датчика ширины штрипса; 14 – измерительный блок датчика скорости штрипса; 15 – электронный блок датчика скорости штрипса; 16 – датчики положения валков формовочного стана; 17 – двигатели перемещения валков формовочного стана; 18 – устройство управления; 19; 20; 21 – датчики измерителя толщины стенки трубной заготовки; 22 – электронный блок датчика измерителя толщины стенки трубной заготовки; 23 – оптико-механический блок датчика диаметра трубы; 24 – электронный блок датчика диаметра трубы; 25 – блок задания уставок формовочного стана; 26 – вычислительное устройство; 27 – модель формовочного стана по толщине стенки трубы; 28 – модель формовочного стана по диаметру; 29 – датчик контроля сварного шва; 30 – электронный блок датчика контроля сварного шва; 31 – оптико-механический блок датчика диаметра трубы перед профильно-калибровочным станом; 32 – электронный блок датчика диаметра трубы; 33 – датчики положения валков профильно-калибровочного стана; 34 – двигатели перемещения валков профильно-калибровочного стана; 35 – устройство управления; 36 – оптико-механический блок датчика диаметра трубы; 37 – электронный блок датчика диаметра трубы; 38 – блок задания уставок профильно-калибровочного стана; 39 – вычислительное устройство; 40 – модель профильно-калибровочного стана по диаметру

Система может работать в двух режимах: в режиме обучения и в режиме управления. Режим обучения необходим при подключении системы к стану, так как коэффициенты в выражениях (2) и (4) заранее не известны. Измеряя входные параметры гильзы, обе модели прогнозируют величины отклонений на выходе стана. После прокатки трубы, когда датчики выходных размеров сообщают моделям фактические величины отклонений, осуществляется уточнение обеих моделей по выражениям (3) и (5). Через несколько шагов ошибка предсказания уменьшается настолько, что можно включать систему в режим управления.

В режиме управления исходные данные гильзы вводятся в вычислительный блок машины, который по формуле (2) предсказывает величину отклонения толщины стенки, получаемой после прокатки данной трубы. Модель стана по толщине стенки «сообщает» вычислительному устройству оценки

… , полученные в предыдущем шаге. Вычислительный блок сравнивает предсказанное значение с необходимым, которое задается блоком уставок 25. При расхождении между ними определяется величина и направление перемещения валков, требуемое для ликвидирования этого расхождения. Но изменение положения валков вызовет изменение наружного диаметра трубы, которое может быть настолько большим, что профильно-калибровочный стан не сможет выправить положение. Чтобы этого не произошло, на основании модели по диаметру вычислительный блок 26 проверяет величину отклонения диаметра , которое получится в результате перемещения валка, и если найденное значение диаметра будет превышать возможности калибровочного стана, то вычисленное корректирующее воздействие будет снижено с тем, чтобы труба не пошла в брак.

Определив величину необходимого перемещения валка, машина включает двигатели, которые переводят валки в новое положение. Штрипс задается в стан и формуется в трубную заготовку, замеряемую на выходной стороне стана выходными датчиками, показания которых служат для дальнейшего уточнения моделей. В режиме управления система не только пользуется найденными оценками параметров стана с целью уменьшения дисперсии геометрических размеров трубы, но и продолжает уточнять найденные в предыдущем режиме оценки параметров стана.

Следует отметить, что поднастройка стана осуществляется в постоянном режиме, но всегда начинается и заканчивается в промежутке между прокатками одного рулона штрипса, т.е. с точки зрения управления стан можно считать безынерционным объектом.

Система управления профильно-калибровочным станом аналогична разобранному выше случаю и по принципу действия и по схемным решениям.

Датчики

Проблема выбора датчиков имеет существенное, если не главное, значение при проектировании и эксплуатации системы, так как датчики устанавливают в производственной зоне, где имеется сильная запыленность и возможны механические повреждения.

Датчик длины штрипса

Измерение длины штрипса осуществляется бесконтактным методом, использующим алгоритм с учетом постоянства скорости его перемещения

, (6)

где

– расстояние между фотодатчиками, измеряющими постоянную часть заготовки;

– расстояние между базовыми фотодатчиками;

– время измерения «хвоста» заготовки, т.е. части, которая превышает длину постоянной части ;

– время перемещения заготовки между базовыми фотодатчиками.

Способ замера длины заготовки обеспечивает измерение скорости каждой заготовки, так как вычисляется отношение

.

Для реализации алгоритма (6) на участке между рулоном и петленакопителем установлены фотодатчика, а в машинном зале собрана логическая схема измерителя. Для снижения уровня помех в непосредственной близости к фотодатчнкам установлены усилители. Показания датчиков обрабатываются логической схемой, и результат измерения вводится в управляющий блок, в состав которого также входят контрольно-сигнальные устройства, позволяющие проверить работу схемы с пульта контроля и проверить уровни напряжения, поступающие с датчиков.