RO125827A2 - Procedeu de reglare a grosimii benzilor subţiri laminate la rece - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu de reglare automată a grosimii unei benzi din oţel, laminate la rece pe un laminor cuarto-reversibil, care foloseşte un sistem automat. Procedeul conform invenţiei foloseşte nişte sisteme avansate de compensare activă, pornind de la valorile măsurate ale efortului de laminare, ale abaterilor de grosime a benzii faţă de o valoare impusă şi ale vitezei benzii, nişte compensatoare (13 şi 16) fiind realizate conform principiului modelului invers, având ca scop compensarea dinamicii neideale a unor elemente (6 şi 7) de execuţie hidraulic şi, respectiv, electric, realizând fazarea comenzii, astfel încât sincronizarea mărimii de execuţie în raport cu perturbaţiile de grosime se va face printr-o ajustare de fază cu caracter adaptiv, alături de ajustarea clasică a amplitudinii.

Description

PROCEDEU DE REGLARE A GROSIMII BENZILOR SUBȚIRI LAMINATE LA RECE I c

Descrierea brevetului de invenție ™ —

Invenția se refera la un procedeu de reglare a grosimii benzilor din otel utilizând sisteme avansate de compensare activa, pornind de la valorile măsurate ale efortului de laminare, abaterilor de grosime a benzii fata de valoara impusa si vitezei benzii.

Se cunosc procedee de reglare a grosimii benzii (AGC - Automatic Gauge Control), conform principiului conservării debitului masic, în cadrul cărora sunt considerate incertitudinile privind structura eterogena a materialului laminat, fenomenele legate de interacțiunea material - cilindri de laminare in timpul curgerii plastice si fenomenul de deformare elastica (cedaj) al cajei. Procedeele de reglare utilizate în prezent sunt sintetizate in lucrarea (JLS. Choi, J.A. Rossiter and P.J. Fleming Looper and tension control in hot rolling mills: A survey. Journal of Process Control. Volume 17, Issue 6, July 2007, Pages 509-521), unde sunt descrise sintetic principalele proceduri de control abordate in ultimul timp, plecând de la regulatoarele convenționale, la controlul predictiv, controlul bazat pe observere, controlul optimal, structurile cu model intern, tehnicile de control adaptiv si robust, controlul H_inf si pana la tehnicile de inteligenta artificiala. Alte surse sunt dedicate unor procedee de reglare specifice, ca de exemplu: in H. Asada, A. Kitamura, S. Nishino, and M. Konishi - Adaptive and robust control method with estimation of rolling characteristics for looper angle control at hot strip mill, ISIJ International - Voi. 43 (No.3) pp.358-365 și în G. Hearns and M. J. Grimble. Robust multivariable control for hot strip mills. ISIJ International, Vol.40 (No. 10), pp.995-1002 se utilizează metode de control adaptiv si robust iar în H. Imanari, Y. Morimatsu, K. Sekiguchi, H. Ezure, R. Matuoka, A. Tokuda, and H. Otobe. Looper h-infmity control for hot strip mill. IEEE Transactions on industry applications, 33(3) pp.790-796 se utlizeaza tehnici de control Hinf. Principalul tip de instalație de laminare abordată în lucrările menționate este cel de tip „tandem”, specific liniilor de mare capacitate. In acest caz, conducerea procesului se bazeaza, intr-o =^-2009-00394-î 2 -05- 2009 măsură hotaratoare, pe controlul tensiunii in banda laminata cu ajutorul buclatorului.

O categorie specială de procese de laminare o reprezintă cele destinate producerii benzilor foarte subțiri. Instalațiile de laminare de acest tip sunt, in general, de capacitate mai redusa si au o structura de tip „cuarto”, diferita de cea de tip „tandem”. In acest caz, procesul este format dintr-o succesiune de „treceri”, prin reducerea succesiva a distantei dintre cilindri si prin schimbarea sensului de mișcare a benzii laminate, însă problematica AGO rămâne aceeași. Comanda dată de sistemul pentru reglarea grosimii se aplică la un servosistem hidraulic pentru modificarea distanței dintre cilindrii de laminare, la comanda „în poziție” a cilindrilor sau prin comanda aplicată motorului de antrenare a rulorului respectiv derulorului, la „comanda tracțiunii” în bandă.

Toate aceste tehnici au un dezavantaj major: neglijarea distorsiunilor produse de dinamica neideală a elementelor de execuție. Este vorba de faptul ca dinamica servosistemului hidraulic de poziționare a cilindrilor de laminare, respectiv a sistemelor de acționare pentru rulor-derulor, determina o nesincronizare a comenzii regulatorului de grosime, in raport cu valoarea reala a grosimii benzii intre cilindrii laminorului. Distorsiunile produse de dinamica neideala a servosistemului hidraulic nu pot fi eliminate printr-o simpla calibrare deoarece ele sunt variabile in timp. Caracterul variant al servosistemului hidraulic este urmare a faptului ca valorile corecțiilor de grosime presupun deplasări ale cilindrilor pe distante foarte mici (de ordinul micrometrilor), pentru care efectul forțelor de frecare este major, afectând proprietățile dinamice ale elementului de execuție. In aceste condiții, răspunsul dinamic al elementului de execuție nu este repetitiv.

Procedeul conform invenției elimina dezavantajul menționat prin aceea ca, in scopul compensării dinamicii neideale a elementului de execuție, se propune un procedeu original de fazare a comenzii, in sensul că sincronizarea mărimii de execuție in raport cu perturbatiile de grosime se face printr-o ajustare de fază cu caracter adaptiv, alături de ajustarea clasică a amplitudinii comenzii. Procedeul

^-2009-00394-2 2 -05- 2009 stabilește următoarele modalitati de realizare a unui sistem cu predictie si adaptiv de reglare a grosimii benzilor subțiri:

• comanda sistemelor de execuție se face printr-un algoritm de compensare dinamica a constantelor de timp, in scopul eliminării defazajului dintre marimea de execuție si perturbatia de grosime care trebuie atenuata;

• compensatorul dinamic asociat elementului de execuție se bazeaza pe o procedura de identificare in timp real a parametrilor elementului de execuție;

• compensatorul este un sistem dinamic, construit pornind de la modelul identificat in timp real al elementului de execuție. In consecința, compensatorul dinamic se adapteaza proprietăților elementului de execuție variant;

• compensatorul elementului de execuție este realizat confom principiului modelului invers, adica se utilizează un sistem cauzal sau la limita cauzal, care aproximează sistemul invers al elementului de execuție;

• compensarea dinamicii elementului de execuție se realizează astfel incat sa se poata impune cu ușurința lărgimea domeniului de frecventa in care se face aceasta compensare. Cu cat compensarea se face intr-un domeniu de frecventa mai larg, defazajului dintre marimea de execuție si perturbatia de grosime este mai mic, insa amplitudinea comenzii aplicate la intrarea elementului de execuție este mai mare si nivelul zgomotului la ieșirea regulatorului este mai mare. Valoarea parametrului prin care se stabilește lărgimea domeniului de frecventa in care se face aceasta compensare, conform invenției propuse, este limitata de posibilitățile de implementare efectiva a comenzii anticipative, impuse de limitările de tip saturație si de nivelul de zgomot.

In toate procedeele de reglare a grosimii benzilor, se adopta drept criteriu de performanta raportul dintre dispersiile abaterilor de grosime la ieșirea din caja si la intrarea in caja iar minimizarea acestui criteriu se face prin ajustarea amplificării in bucla de reglare, pentru compensarea incertitudinilor induse de modului de plasicitate al materialului m si, eventual, de modulul de elasticitate M al cajei de

^-2009-00394-2 2 -05- 2009 laminare. In toate procedeele cunoscute, se admite implicit ipoteza ca fazarea comenzii la profilul de grosime al bezii in dreptul cajei se realizează printr-un sistem de întârziere de tipul unui registru de deplasare, in care timpul de întârziere a semnalului provenint de la traductorul de grosime din amonte este determinat de distanta dintre punctul de măsurare si focarul de deformare dintre cilindrii cajei. In acest context, este suficient sa se realizeze doar o comanda adaptiva privind amplitudinea comenzii, in vederea minimizării criteriului de performanta. In realitate, fazarea comenzii depinde nu numai de timpul de transport, ci si de dinamica elementelor de execuție iar dinamica servosistemului hidraulic de poziționare a cilindrilor este varianta.

Avantajele pe care soluția propusa le prezintă, comparativ cu soluțiile cunoscute in prezent, sunt:

• fazarea comenzii se face si prin compensarea dinamicii elementelor de execuție, astfel incat se obține o ameliorare sensibila a performantei sistemului, adica o reducere sensibila a raportului dintre dispersiile abaterilor de grosime la ieșirea din caja si la intrarea in caja;

• compensarea dinamica are caracter adaptiv, fiind bazata pe identificarea in timp real a dinamicii servosistemului hidraulic;

• lărgimea de banda in care se face compensarea dinamica se Stabilește prin ajustarea unui parametru, astfel incat sa fie respectate posibilitățile de implementare efectiva a comenzii anticipative, impuse de limitările de tip saturație si de nivelul de zgomot.

Exemplu : In continuare se prezintă un exemplu de realizare a invenției. In figurile 1, 2a, 2b, 3a, 3b si 3c se prezintă următoarele: figura 1 reprezintă shema de reglare a grosimii benzilor subțiri, laminate la rece pe un laminor cuartoreversibil, conform procedeului revendicat, figura 2a si 2b prezintă schema de principiu a compensatorului dinamic pentru servosistemul hidraulic, figura 3a, 3b si 3c ilustrează evoluția unor mărimi fizice din sistem, in scopul prezentării eficientei procedeului revendicat.

Figura 1 prezintă shema de reglare a grosimii benzilor subțiri laminate la rece pe un laminor cuarto-reversibil, prin aplicarea procedeului revendicat. Sistemul se

^-2009-00394-2 2 -05- 2009 compune din caja cu cilindrii de laminare - de lucru (1), cilindrii de sprijin (2), rulorul (3), derulorul (4), motorul de antrenare a rulorului (5), servosistemul hidraulic de poziționarea cilindrilor (element de execuție pentru comanda regulatorului de grosime) - avand funcția de transfer H_Sh(s) (6), convertorul static pentru acționarea rulorului si respectiv derulorului - avand funcția de transfer Ht(s) (7), traductoare pentru masurarea grosimii/abaterii de grosime a benzii laminate ΔΗ la intrare si respectiv Ah la ieșirea din caja de laminare (8), traductoare pentru masurarea vitezei benzii laminate Δν-ι la intrare si respectiv Av₂ la ieșirea din caja de laminare (9), buffer pentru fazarea comenzii in raport cu profilul grosimii intre cilindrii de lucru (10), amplificarea apriorica (11) pe bucla de comanda a servosistemului hidraulic, dedusa in raport cu modulul de plasicitate estimat al materialului m si in raport cu modulul de elasticitate estimat al cajei M, blocul cu amplificare ajustabila Gi (12) care satisface condiția: m_k / M_k*G_x=m_k I M_k , compensatorul dinamic (13) cu funcția de transfer H_sh(s) care aproximează inversa funcției de transfer H_Sfi(s)a servosistemului hidraulic, S_T sensibilitatea mărimii de comanda in raport cu tracțiunea Tin banda (14) in bucla de comanda a tracțiunii in banda, blocul cu amplificare ajustabila G₂ (15) care satisface condiția : m_k / (M_k + m_k)*S_T*G2 = m_k /(M_k +m_k)*S_T, unde m_k, M_k si Sr sunt mărimi reale nemasurabile, compensatorul dinamic (16) avand funcția de transfer Hț\s), care aproximează inversa funcției de transfer H_T(s) a acționarii rulorului si respectiv derulorului, pentru ajustarea tracțiunii. Coeficientul de ponderare σ stabilește ponderea comenzii sistemului hidaulic de reglare a distantei in raport cu sistemul electric de reglare a tensiunii in banda. Pentru grosimi ale benzii mai mari de 0,3 mm a tinde către unu, respectiv pentru grosimi foarte mici (sub 0,3 mm), a tinde către zero.

Blocul de optimizare (17) determina amplificările Gi si respectiv G₂ in sensul minimizării dispersiei abaterilor de grosime la ieșire in raport cu abaterile de grosime de la intrarea cajei.

fi- 2 O O 9 O O 3 9 4 - 2 2 -05- 2009

In figura 2a si 2b sunt prezentate doua structuri ale compensatorului dinamic. Aceste structuri au fost testate prin utilizarea unor date experimentale prelevate din procesul de laminare a benzilor subțiri. Figura 2a prezintă schema compensatorului dinamic si modul de conectare a acestuia la elementul de execuție (servosistem hidraulic sau acționarea pentru ajustarea tracțiunii). Funcția de transfer H_Ee(s) din componenta compensatorului dinamic este identificata recursiv, la servosistemul hidraulic, si este identificata o singura data, la acționarea pentru ajustarea tracțiunii. H_Pj(s) este funcția de transfer a unui regulator PI. Parametrul K se utilizează pentru stabilirea benzii de frecventa in care se face compensarea dinamicii elementului de execuție.

In figura 2b se introduce o noua bucla de reglare cu l~r¹sHo(s), mentinanduse bucla clasica uzuala cu Hsho- Noua bucla de reglare se utilizează numai pentru semnalele mici specifice regimului de reglare a grosimii, forțând răspunsul dinamic pe seama rezervei de putere a elementului de execuție. Pentru semnale de amplitudine mare (specifice manevrelor de pregătire a laminarii propriu zise) se utilizează bucla clasica de reglare.

Pentru a ilustra capacitatea compensatorului dinamic de a urmări marimea de comanda (ieșirea blocului 12), s-a prezentat in figura 3a evoluția comenzii menționate si a mărimii efective de execuție (vezi figura 1). In figura 3b sunt reprezentate următoarele abateri de grosime: evoluția variației de grosime dfi produsa ca urmare a laminarii fara reglaj, a abaterii de grosime dh₂ produsa ca urmare a acțiunii de comanda prin deplasarea cilindrilor si a variației finale de grosime: dh=dhy-dh₂. Ca urmare a faptului ca fazarea variabilei dh₂ cu dhy este foarte buna, datorita acțiunii compensatorului dinamic, variația finala de grosime a benzii este foarte mica.

In figura 3c s-au reprezentat semnalele corespunzătoare figurii 3b, in cazul când nu s-ar utiliza compensatorul dinamic. Datorita sincronizării slabe a comenzii in raport cu perturbatia, abaterile de grosime obținute sunt relative mari.

Claims (1)

1. ^-2009-00394-2 2 -05- 2009

   PROCEDEU DE REGLARE A GROSIMII BENZILOR SUBȚIRI LAMINATE LA RECE Revendicări

   1. Procedeu de reglare a grosimii benzilor subțiri din otel utilizând sisteme automate, pornind de la valorile măsurate ale abaterilor de grosime ΔΗ si Ah precum si forței F de laminare (figura 1), caracterizat prin aceea ca, un compensator dinamic adaptiv (13) asociat elementului de execuție hidraulic (6), respectiv compensatorul (16) asociat elementului de execuție electric (7) din figura 1, compensatoare realizate conform principiului modelului invers, elimina defazajele, care exista in instalațiile actuale de reglare a grosimii, dintre marimea de execuție si perturbatia de grosime ce trebuie sa fie atenuata, astfel incat:

   a) sa se poata impune cu ușurința lărgimea domeniului de frecventa in care se face compensarea;

   b) compensatorul (13) este adaptiv deoarece sevosistemul hidraulic are parametrii variabili in timp, parametrii care se deduc prin identificare recursiva in timp real a elementului de excutie hidraulic (6) si pe baza aceasta se generează structura variabila a modelului invers (13).