Прокатне виробництво охоплює процеси отримання виробів з металів шляхом прокатування, тобто шляхом деформації металів валками, що обертаються
Вироби, що отримуються прокатуванням, або прокат підрозділяють на полупродукти і готовий прокат. До напівпродуктів відносять блюми квадратного і прямокутного поперечного перетину, сляби плоского поперечного перетину і заготівку квадратного, прямокутного і круглого перетину. Готовий прокат залежно від форми поперечного перетину (профілю) підрозділяють на листовий прокат, сортовий прокат, труби і спеціальні види прокату. Блюми, сляби і заготівки прокатуються із зливків. Готовий прокат виробляється з блюмів, слябів і заготовок, отриманих плющенням із зливків або безперервної розливкою.
Основне завдання прокатного виробництва полягає в забезпеченні необхідної якості прокату, тобто в забезпеченні відповідності геометричних розмірів, форми, фізико-механічних властивостей і стану поверхні проката заданим вимогам.
Технологічний процес виробництва прокату складається з наступних основних технологічних операцій:
- підготовка металу до прокатування;
- нагрів металу перед прокатуванням (при гарячому прокатуванні);
- прокатуванняметалу;
- обробка прокату.
Процес виробництва прокату може здійснюватися в декілька стадій, кожна з яких включає операції підготовки, нагріву і плющення металу.
Прокатування металу є основною технологічною операцією процесу виробництва прокату. Інші технологічні операції забезпечують можливість здійснення плющення і отримання необхідної якості прокату.
Агрегат, призначений для здійснення прокатування металів, називається прокатним станом. Устаткування прокатного стану підрозділяється на основне і допоміжне.
Основне устаткування забезпечує власне плющення металу і складається з однієї або декількох робочих клітей, в яких розміщуються прокатні валки, а також приводів обертання прокатних валків.
Допоміжне устаткування стану включає пристроям системи, призначені для переміщення прокатаного металу, його розмотування і змотування в бунти або рулони, підігріву і охолоджування, різкі і виконання інших допоміжних операцій.
Сучасним напрямом автоматизації прокатних станів є створення АСУ ТП прокатних станів на основі мікропроцесорів і УВМ.
Розглянемо її загальну структуру і функції.
АСУ ТП прокатного стану зазвичай будується як трирівнева ієрархічна система управління:
I Безпосереднє управління станом здійснюється локальними пристроями, що управляють, як жорстко комутованими, так і вільно програмованими на основі мікропроцесорів.
II Наступний рівень ієрархії управлінь утворює зональні УВМ, що здійснюють управління локальними системами окремих зон (ділянок) стану, наприклад, зони нагрівальних печей, чорнової групи стану і тому подібне
III На верхньому рівні ієрархії управління розташовується центральна УВМ, що забезпечує управління станом в цілому дією на його зональні системи управління.
Функціональні завдання АСУ ТП прокатного стану численні і різноманітні і можуть бути класифіковані по наступних ознаках:
1) по стадії управління:
а) Інформаційні (збір інформації про стан стану і представлення її в зручному для подальшого використання вигляді);
б) управляючі (вироблення на підставі інформації про стан стану дій, що управляють, і їх реалізація);
2) по виду об'єкту управління:
а) завдання управління станом в цілому;
б) завдання управління зонами (ділянками) стану;
у) завдання управління агрегатами;
г) завдання управління окремими пристроями і системами;
3) по періодах управління:
а) завдання управління станом при плющенні послідовності партії смуг;
б) завдання управління станом при плющенні окремих партій смуг;
в) завдання управління станом при плющенні окремих смуг;
г) завдання управління станом при здійсненні окремих проходів;
4) по характеру завдання управління:
а) завдання підготовки стану до плющення;
б) завдання безпосереднього управління плющенням;
5) по виду керованих показників:
а) завдання управління змінними пристроїв стану;
б) завдання управління технологічними змінними стану.
Керовані показники процесу плющення на стані можна підрозділити на змінні, що характеризують роботу приводів, пристроїв і систем стану (кутові швидкості обертання валків і тому подібне), які скорочено називатимемо змінними пристроїв стану, і змінні, що безпосередньо характеризують процес прокатки (розміри поперечного перетину прокатаної смуги і т. п.), які умовимося називати технологічними змінними стану.
Можлива класифікація функціональних завдань АСУ ТП прокатного стану також і по інших ознаках. Управління станом будується з використанням прінципів як звичайного, так і оптимального управління з використанням методів адаптації.
Розглянемо деякі характерні функціональні завдання АСУ ТП нереверсивного прокатного стану.
Найважливішою інформаційною функцією є слідкування за проходженням прокатуваного металу по всій технологічній лінії стану від складу заготівки до складу продукції.
Управління станом при прокатуванні партії смуг складається з:
- підготовки стану до прокатування;
- управління процесом прокатування партії смуг.
Підготовка стану до прокатування чергової партії смуг включає: розрахунок програми плющення; настройку стану.
Розрахунок програми плющення партії смуг полягає у визначенні законів зміни завдань локальним системам у функції часу і положення смуг, що забезпечують оптимальне плющення партії смуг.
Настройка стану полягає у видачі завдань локальним системам, що забезпечують приведення стану до початкового стану для прокатування чергової партії смуг, і реалізацію цих завдань локальними системами. Розрахунок програми плющення виконується зональними УВМ на підставі характеристик партії смуг таким чином, щоб забезпечити оптимальне протікання процесу прокатуванняння. У випадку, якщо значення завдань локальним системам в процесі плющення смуги залишаються постійними, рівними початковим, розрахунок програми прокатки зводиться до розрахунку цих значень (до розрахунку настроювання стану).
Управління прокатуванням партії смуг включає: управління темпом плющення; управління станом при прокатуванні окремих смуг партії.
Управління темпом прокатування має на меті забезпечити плющення смуг на стані з оптимальними інтервалами між ними. Воно здійснюється УВМ. зони нагрівальних пристроїв на підставі програми прокатування з урахуванням інформації про фактичне положення смуг в лінії стану шляхом вироблення команд на видачу заготівок з нагрівальних пристроїв стану. Управління станом при прокатуванні окремої смуги партії можна розділити на:
- підготовку стану до прокатування смуги;
- управління процесом її плющення.
Підготовка стану до прокатування чергової смуги партії включає:
- корекцію програми прокатування;
- підстроювання стану.
Корекція програми прокатування представляє зміну програми прокатування з метою забезпечити оптимальне прокатування чергової смуги з урахуванням її фактичних характеристик.
Підстроювання стану полягає в приведенні його пристроїв і систем стану в початковий стан для плющення чергової смуги відповідно до відкорегованої програми прокатування. Корекція програми прокатування проводиться зональними УВМ. При прокатуванні першої смуги партії корекція виконується на підставі інформації про відхилення фактичних характеристик смуги від характеристик партії, на підставі яких розраховувалася програма. При прокатуванні подальших смуг корекцію доцільно здійснювати на підставі інформації про відхилення характеристик чергової смуги від характеристик попередньої. Корекція програми плющення і підстроювання для окремих зон (агрегатів) стану може проводитися після проходження смугою попередніх зон (агрегатів) стану і уточнення фактичних значень її характері¬стік. Якщо завдання локальними системами в процесі плющення смуги зберігають постійні значення, рівні початковим, то корекція програми прокатування зводиться до розрахунку змін цих значень (до розрахунку підстройки стану).
Управління процесом плющення окремої смуги партії зводиться до зміни завдань локальним системам стану у функції часу і положення прокатуваної смуги відповідно до відкоректованого програмою прокатування смуги і реалізації цих змін локальними системами.
Для реверсивного стану функції настройки і підстроювання не виділяються. Розрахунок програми прокатування для реверсивного стану, як і для нереверсивного, проводиться перед початком прокатування партії смуг, а її корекція може здійснюватися перед плющенням чергової смуги партії і перед черговим проходом. Розглянемо детальніше локальні системи управління прокатним станом.
Як вже указувалося, керовані змінні прокатного стану як об'єкту управління можна розділити на дві групи:
змінні пристроїв стану;
технологічні змінні стану.
До змінних пристроїв стану, які характеризуюють функціонування його пристроїв і систем, відносяться:
координати і швидкості руху робочих органів пристроїв стану;
зусилля і моменти, що розвиваються пристроями стану;
витрати рідини, що охолоджує, то що.
Технологічні змінні стану безпосередньо характеризують процес прокатування, і зокрема прокатувані смуги, і включають:
координати і швидкості руху смуг;
показники геометрії смуг;
натягнення смуг між клітями при безперервному плющенні;
температуру прокатуваного металу.
Показники геометрії смуги включають
розміри поперечного перетину,
показники форми і довжину смуги.
Натягнення смуги між клітями і її прогин або довжину петлі умовимося називати показниками стану смуги між клітями при безперервному плющенні.
Відповідно до класифікації керованих змінних стану локальні системи управління можна розділити на:
1) системи управління змінними пристроїв стану:
а) положенням і швидкістю пристроїв;
б) зусиллями (моментами) пристроїв;
у) витратами рідини через пристрої і тому подібне
2) системи управління технологічними змінними стану:
а) положенням і швидкістю переміщення смуг;
б) показниками геометрії смуг;
у) показниками стани смуг між клітями;
г) температурою прокатуваного металу.
До систем автоматичного управління геометрією прокату відносяться системи регулювання розмірів поперечного перетину і показників форми прокатуваних смуг, а також системи розкрою смуг.
Системи автоматичного управління станом прокату між клітями включають системи регулювання прогину смуги і системи регулювання натягнення смуги між клітями при безперервному плющенні, або системи регулювання петлі і натягнення.
Системи автоматичного управління температурою прокатуваного металу представляють системи регулювання температури металу на різних етапах процесу плющення.
Автоматичне регулювання розмірів поперечного перетину і показників форми прокатуваних смуг є основним засобом отримання прокату, який має необхідні розміри поперечного перетину і форму. Автоматичний розкрій прокату забезпечує прорізку прокатаних смуг на частини необхідної довжини з мінімальними відходами. Автоматичне управління станом смуги між клітями при безперервному плющенні має на меті перш за все забезпечити здійснення процесу безперервного плющення, який неможливий без постійного управління цими показниками. Окрім того, управління станом смуги між клітями безперервного стану сприяє отриманню прокату з потрібними розмірами поперечного перетину і необхідної форми.
Автоматичне регулювання температури металу здійснюється з метою отримання необхідних фізіко-механічних характеристик прокату.
У зв'язку з великим різноманіттям завдань автоматичного управління станом як локальні системи управління знаходять застосування системи регулювання, стеження, програмного, логічного і програмно-логічного управління з управлінням у функції відхилення керованої величини від заданого значення, задаючих і основних обурюючих дій, а також часу і положення прокатуваних смуг. Неможливість або складність прямого вимірювання ряду важливих
технологічних змінних зумовили широке застосування в локальних системах прокатних станів принципів комбінованого управління з прямим і непрямим вимірюванням обурень і методів адаптації.
У системах управління пристроями стану дії, що управляють, здійснюються безпосередньо на їх органи, що управляють.
Системи управління технологічними змінними, як правило, будуються як системи підлеглого управління: управляючими діями в них є зміни завдань для систем управління пристроями стану. Проте застосовується також управління технологічними змінними з безросередньою дією на управляючі органи пристроїв стану.
Автоматичне управління показниками процесу плющення забезпечує збільшення частки прокату вищих категорій якості по геометрії і механічним властивостям. Воно сприяє розширенню сортаменту прокату, створюючи умови для виробництва таких видів прокату, випуск яких при ручному управлінні процесом прокатки неможливий. Що досягається при автоматичному управлінні процесом прокатування підвищення швидкості і темпу плющення, скорочення часу настройки і перестройки стану, а також скорочення часу простоїв, викликаних порушеннями технологічного процесу, збільшує продуктивність прокатних станів. Автоматичне управління процесом прокатування забезпечує зниження витрати металу за рахунок зменшення частки браку по геометрії і механічним властивостям і в результаті порушення технологічного процесу, ефективнішого розкрою прокату, а також при випуску прокату по теоретичній масі. При автоматичному управлінні в процесі плющення скорочується витрати електроенергії і палива. Автоматичне управління процесом плющення істотно полегшує умови праці оперативного персоналу прокатних станів і підвищує його продуктивність.
Разом з автоматизацією прокатних станів важливе значення має також автоматизація агрегатів підготовки металу до прокатування і обробки прокату, в тому числі травильних агрегатів, ліній відпалу, дрессировочних станів, агрегатів різкі і так далі
Надалі обмежимося розглядом головним чином локальних систем автоматичного управління показниками процесу плющення.