Модуль 4-канального релейного виводу для установки на DIN-рельс ADAM-3854

ОСНОВНА ЧАСТИНА

2.1 Розробка та дослідження системи автоматичного управління швидкісним режимом прокатки з петлею на безперервному прокатному стані

Практика роботи безперервних дрібносортних станів дозволяє певним чином класифікувати сформовані технологічні режими прокатки у чистових групах клітей. При цьому необхідно враховувати спосіб керування технологічним процессом з позицій роботи станів на більш високих швидкостях з високою точністю розмірів.

Принципово можливі режими без натягу, з натягом, величина яких незначна й практично не викликає утяжки профілю в калібрі, із натягом, що призводить до утяжки.

Під прокаткою без натягу варто розуміти режим, при якому відсутня силова взаємодія клітей через раскат. Такий режим можна забезпечити, створивши між клітями петлю в горизонтальній площині.

Для побудови системи автоматичного керування швидкісним режимом прокатки з петлею необхідний вимірювальний перетворювач довжини петлі розкату. Довжина петлі регулюється по величині прогину.

За умовами експлуатації, пропонованим до вимірників довжини петлі розкату в чистових групах дротових станів найбільше підходять фотоелектричні перетворювачі із застосуванням горизонтального петлевого столу.

2.2 Принцип дії системи автоматичного керування швидкісним режимом прокатки з петлею на безперервному дрібносортному прокатному стані

Система петлерегулювания служить для створення й зняттяпетлі.Що вимагається для цього спостереження за розкатом базується на виявленні переднього й заднього кінців розкату датчиком наявності розкату й датчиком

положення петлі. Система керування петлею видає команди на введення й виведення петлевідхилювачів і системи формування завдання для утворення й зняття петлі.

Створити вільну петлю стійкої форми на поверхні горизонтального петлевого столу (петлерегулятора) можливо тільки при примусовому, силовому петлеутворенні, наприклад, за допомогою гибочного ролика, що відхиляє розкат у міжклітьовому проміжку у бік від осі прокату.

Петлерегулятор горизонтального типу застосовується для прокатки з петлею на проміжку між діючою 20-ою кліттю сортової лінії 250 та 10-м дротовим блоком на безперервному дрібносортному стані ПС 250/150-6.

Горизонтальний петлерегулятор в основному складається з петлевого столу, підставки, захисного пристрою, ролика, буфера й трубопроводу. На петлевому столі встановлені або прикріплені деталі, необхідні для перетворення петлі (див. рис 2.1, 2.2).

На вхідній і вихідній сторонах петлевого столу встановлені напрямні ролики 1, один із яких регулюється. Затискний ролик 5 запобігає відхилення розкату. На вхідній стороні перебуває поворотний ролик 2, що відводить прокатний матеріал, що і підготовлює утворення петлі.

Ролик задається через важіль і пневмоциліндр 3, що перебуває на звороті петлевого столу. Виліт важеля обмежується регульованим буфером 4. У вихідному положенні важіль ударяється по регульованій прокладці, при цьому діє амортизація циліндра.

До петлевого столу прикріплена опора для поворотного захисного пристрою 6. Рух захисного пристрою здійснюється за допомогою гідроциліндра 7.

Петлерегулятор передбачений для утворення петлі постійно ї величини між діючою 20-ою кліттю сортовою лінією 250 і 10-им дротовим блоком. Після проходження розкату через петле вий стіл і захід у чистовий блок датчиком імпульсу здійснюється поворотний ролик, і розкат відхиляється убік.

Рисунок 2.1 - Кінематична схема горизонтального петлевого столу

Опираючись у ролику, встановлені на початку й кінці петлевого столу, що підкочує матеріал утворює петлю, висота якої регулюється залежно від поперечного перерізу розкату.

За короткий час до виходу кінця матеріалу, що прокочується, з попередньої кліті, пневмоциліндр призводить поворотний ролик у вихідне положення, тобто усередину.

Керування пневмоциліндром здійснюється за допомогою датчиків імпульсу, розміщених у відповідних місцях прокатного стану.

Під час прокатки для безпеки обслуговуючого персоналу петлевий стіл закривається захисним пристроєм. Контроль за положенням захисного пристрою ведеться за допомогою магнітного датчика, від якого надходить

сигнал на пост керування. Відкриттям і закриттям захисного пристрою управляє розподільник.

При досягненні оптимальної величини петлі, установлений над нею датчик положення забезпечує її постійну величину шляхом регулювання швидкості прокатки наступної або попередньої кліті.

Рисунок 2.2 - Горизонтальний петлевий стіл

2.3 Петлерегулювання на безперервному прокатному стані

Для контролю виміру довжини петлі розкату розроблені різні вимірювальні пристрої, засновані на контактному й безконтактному способі виміру.

У данному проекті використовується фотоелектричний датчик положення петлі розкату типу ROTA-MESS-SONDE серії TS2006.

Цей перетворювач працює по принципу зондування й реєстрації інфрачервоного випромінювання. Генерована ним напруга пропорційна куту положення гарячого матеріалу, що прокочується, у зоні огляду. Температура цього розкату, наприклад для сталі, може знижуватися до 250ºС.

Завдяки своєму міцному, відлитому з легкого металу, кожуху, зонд TS2006 являє собою автономний вимірювальний прилад.

Прилад TS2006 працює за принципом зондування випромінювання. Його оптичне візоване поле генерується променем обертового дзеркального ротора. Цей принцип забезпечує великий вертикальний кут огляду, що може досягати значення до 50. Система зондування випромінювання зображена на рис 2.3.

Як тільки гарячий розкат попадає в зону оптичного променя, чутливий осередок зонду генерує сигнал, вимірюваний вбудованим електронним детектором (так званий "вимірювальний сигнал"). Цей сигнал розподіляється по двох каналах:

- канал "наявності розкату" для звичайної реєстрації (вихід “ТАК-НІ”- "матеріал є"). Ця реєстрація виробляється східчасто регульованим інтегратором. При відсутності розкату є високе граничне значення, що набудовує "потенціометром чутливості".

Як тільки розкат попадає в зону оптичного променя, граничне значення автоматично зменшується. Завдяки цьому на роботe зонда не роблять впливу такі фактори як, наприклад, чорні плями, водяні пари або окалина, а також коливання температури між переднім і заднім кінцями розкату.

- канал "вимірювальний імпульс", у якому виробляється безпосередньо вимір кута. При цьому вимірювальний сигнал, "аналоговий сигнал" перетвориться тригерною схемою з регульованим із залежністю від максимальної напруги граничним значенням у калібрований прямокутний сигнал. Завдяки цьому досягається "вимірювальний імпульс", передній фронт якого в значній мірі не залежить від величини вимірювального сигналу й, отже, температури гарячого матеріалу.

Крім того, рефлекторний фотоелектричний пристрій (діод-передавач) в електронному осередку визначає положення ротора обмацуванням маркування на його верхній крайці.

Електронною схемою формується "опорний імпульс", що відповідає початку

визованого поля для кожної секції ротора (див. рис 2.3).

Час між опорним і вимірювальним імпульсом дає вимірюване значення для кута "а" між початком вимірюваного поля й першим краєм гарячого розкату, що досягається вимірювальним променем рис 2.3. Час t перетвориться потім у пропорційне куті "а" і незалежне від числа оборотів двигуна аналогова напруга v.

Рисунок 2.3 - Формування "опорного" імпульсу в датчику довжини петлі розкату TS2006

Рисунок 2.4 - Система зондування випромінювання датчика довжини петлі розкату TS2006

Таблиця 2.1 – Входи та виходи системи автоматичного управління швидкісним режимом прокатки з петлею на безперервному прокатному стані

ВИХОДИ ВІД ДАТЧИКА ПЕТЛІ ДО ЕОМ
Біт	Вид сигналу	Опис сигналу	Напру-га	Похиб-ка
	дискретний	Матеріал є. Релейний вихід, гальванічна розв’язка.	0/24В	1,5+-2%.
	дискретний	Наявність розкату на петлевому столі.	0/24В	+-0,5%.
	дискретний	Контроль - 0 В, якщо реєстрація гарячого матеріалу стає критичною, тобто. якщо сигнал у вимірюваному осередку майже не перевищує встановлений рівень чутливості.	0/24В	+-1,5%.
	дискретний	Тривога - 0В, якщо система автоматичного контролю приладу сигналізує збій (зникнення живлячої напруги, несправність двигуна, перевищення температури), -24В, якщо система автоматичного контролю приладу не сигналізує ці несправності.	0/24В	+-2%.
	аналоговий	Пропорційна напруга. Фактичне значення довжини петлі розкату.	0-10В, 10мА	+-3%.
	дискретний	Наявність розкату перед петлевим столом. Управління пневмоциліндром поворотного ролика.	0/24В	+-1%.
	дискретний	Захисний пристрій зачинено або відчинено.	0/24В	1,2%.
	дискретний	Аварія. Збірний сигнал.	0/24В	+-3%.
ЗАВДАННЯ З КЛАВІАТУРИ. ВИХОДИ З ЕВМ
Біт	Вид сигналу	Опис сигналу	Напру-га
	дискретний	Включення/відключення датчика петлі	0/24В
	дискретний	Включення/відключення поворотного ролика	0/24В
слово	цифровий	Завдання параметрів довжини петлі.
слово	цифровий	Завдання швидкості 20-ї кліті та чистового 10-ти клітьового блоку.

2.4 Розробка й опис алгоритму системи автоматичного управління швидкісним режимом прокатки з петлею на безперервному стані

При розробці алгоритму враховуємо, що система петлерегулювання ввімкнена в систему управління швидкісним режимом прокатки прокатного стану. Запуск системи припускає роботу стану вхолосту із заданим режимом прокатки. Після запуску стану здійснюється запит про наявність поломок і помилок системи.

У випадку їх виявлення відбувається зупинка стану. Також аварійна зупинка здійснюється в процесі роботи при перевищенні припустимих значень величин, подальша зміна яких може призвести до аварії. Блок-схема алгоритму системи автоматичного управління швидкісним режимом прокатки з петлею показана на рис 2.5. У блок-схемі алгоритму прийняті наступні позначення:

qі –завдання швидкості i/ї кліті;

Aqt– елементарна добавка швидкості;

qn –завдання довжини петлі;

D_h.p - датчик наявності розкату;

Dn– датчик довжини петлі;

l– довжина петлі розкату;

lзад– довжина петлі задана оператором.

При запуску системи відбувається опитування сигналів на вихідне положення системи: датчик петлі включений "1"; вихідне положення гибочного ролика "0"; наявність розкату на петлерегуляторі "0"; захисний пристрій закритий "1". При наявності цих умов система петлерегулювання готова до роботи.

З появою розкату перед петлевим столом датчик імпульсу дає сигнал на відхилення поворотного ролика через заданий час для відводу розкату у бік.

Одночасно відбувається збільшення частоти обертання 20-ї кліті для утворення петлі на петлевому столі.

Після заходу розкату у 10-клітьовий чистовий блок, про що системі сигналізує датчик наявності розкату на петлевому столі, швидкість прокату стає рівною заданій за рахунок зменшення частоти обертання 20-ї кліті. Задана з ПУ величина петлі контролюється датчиком петлі ДПП. При перевищенні припустимих граничних значень довжини петлі відбувається аварійне різання матеріалу, що прокочується.

Якщо петля не перевищує припустимих граничних значень, тоді відбувається регулювання довжини петлі в рамках заданого значення за допомогою зміни частоти обертання 20-ї кліті.

За короткий час до виходу кінця матеріалу, що прокочується, з попередньої кліті, пневмоциліндр призводить поворотний ролик у вихідне положення, тобто усередину. При цьому система зупиняється до появи нового розкату.

У системах регулювання довжини петлі розкату передбачають два контури: внутрішній-статичний з малим коефіцієнтом підсилення, що забезпечує стійкість, і зовнішній-астатичний, що має більший діапазон зміни швидкості приводу в порівнянні із внутрішнім.

Застосовуються два типи систем стабілізації параметрів: по відхиленню і по змушену. У першому випадку за допомогою зворотного зв'язку в блок керування вводиться поточна інформація про величину регульованого параметра. Регулятор здійснює порівняння цієї величини із заданою формує керуючий вплив. Воно підводить до відповідного входу об'єкта керування й забезпечує зміну контрольованого параметра в потрібному напрямку з метою усунення впливу, що змушує змінюватися сам по собі або з фізикою процесу.

Управління по цьому принципу реагує на будь-яке відхилення регульованого параметру незалежно від причини що його викликала.

У другому випадку контроль величини основного впливу, що змушується, викликаючого найбільше відхилення стабилизованої координати, дозволяє

побудувати керуючий пристрій по змушенню (від рос. “возмущению”). У цьому випадку застосовується позитивний зворотний зв'язок.

Алгоритм має вигляд:

(2.4.1)

де Uвых₂ - вихідний сигнал управління по змушенню;

Uoc₂ – вхідний сигнал зворотнього зв'язку, що компенсує; к₁₂ - коефіцієнт.

Управління по змушенню дозволяє досягти повної інваріантості (незалежності) стабілізованої координати від основного змушення.

Вперше ідеї інваріантості були сформульовані в 1939р. Радянським ученим В.Г. Щипачовим і детально розроблені представником вітчизняної математичної школи Н.Н. Лузіним.

Знаходить широке застосування,комбіноване керування. Система будується інваріантною у відношенні найбільш істотного впливу, що обурює, а вплив інших збурювань компенсується керуванням по відхиленню стабілізуємої координати.

Найбільше поширення одержали двухзонні ПІ - регулятори.

Розглянуту систему автоматичного керування швидкісним режимом прокатки з петлею необхідно застосовувати на дрібносортних станах з горизонтальним петлеутворювачем, обладнаних цифровими контурами регулювання швидкостей приводів і цифровим завданням петлі.

Рисунок. 2.5 - Блок – схема алгоритму системи автоматичного управління

швидкісним режимом прокатки з петлею

Прикладом першої ситуації може бути ухвалення рішення при перегріві двигуна кліті безперервного прокатного стану, а другий-з появою сигналу про те, що струм двигуна досяг максимально припустимої за умовами комутації величини.

Необхідність переробляти більші обсяги інформації й з високою точністю обчислювати керуючі впливи по складних алгоритмах у реальному часі, поміняти алгоритм при відповідній ситуації на керованому об'єкті призвела до того, що як керуючі пристрої, застосовуються керуючі обчислювальні машини.

АСУТП (автоматична система управління технологічним процесом) незалежно від їхнього рангу й складності розв'язуваних завдань мають єдину функціональну структуру обумовлену основними етапами, з яких складається процес вироблення керуючої інформації; тому розглядати технічні засоби АСУТП доцільно по спеціалізованим (функціональним) пристроям.

УОМ (управ. обчислювальна машина) складається з елементів блоків:

а) запам'ятовувальні відомості про об'єкт і поточні завдання;

б) збору й перетворення інформації, тобто обробки інформації про поточний стан об'єкта й діючих змушень;

в) центрального процесора, що виконує задані алгоритмом перетворення інформації для вироблення керуючого впливу, що здійснює взаємодію всіх елементів УОМ і арифметичного (АЛУ), логічного керуючого (АЛУ) і оперативно запам'ятовувальних пристроїв (ОЗУ);

г) зв'язку з об'єктом, що передає керуючі впливи.

УОМ мають ряд допоміжних елементів (блоків), необхідних для організації процесу керування. До них відносяться: засоби зв'язку людини з машиною, призначені для одержання інформації про хід технологічного процесу, корекції алгоритму керування й прийняття обслуговуючим персоналом необхідних мір в аварійних ситуаціях; засоби висновків інформації, монітори, принтери і т.д.

На вхід від датчиків в основному надходить поточна інформація аналогового виду. Так як УОМ оперує з дискретними величинами, то аналогові сигнали необхідно перетворювати в дискретну форму за допомогою аналого-цифрових перетворювачів. Для керування виконавчими механізмами в більшості випадків необхідні безперервні сигнали, а УОМ виробляє керуючі сигнали в дискретній формі, тому необхідно здійснювати їхнє цифро-аналогове перетворення (ЦАП).

Для АСУТП також характерно застосування датчиків, що здійснюють перетворення контрольованого параметра в аналоговий або цифровий сигнал.

Всі ці технічні засоби АСУТП обрані так, щоб відповідати вимогам пропонованим до якості й продуктивності технологічних процесів.

2.5 Вибір комплексу технічних засобів для системи автоматичного керування швидкісним режимом прокатки з петлею на безперервному дрібно сортному стані

Для реалізації системи регулювання довжини петлі розкату, у данному проекті було обрано наступне встаткування фірми "ADVANTECH".

Рисунок 2.6 Компонування технічних засобів фірми ADVANTECH системи автоматичного управління швидкісним режимом прокатки з петлею на безперервному прокатному стані

Процесорна плата Pentіum MMX з інтерфейсами VGA, Ethernet та SCSІ-PCA-6159

Плата являє собою повно розмірну процесорну плату, оснащену VGA-портом й іншими високопродуктивними інтерфейсами вводу-виводу. Плата побудована на базі процесора Pentіum і підтримує оперативну пам'ять обсягом до 256 Мбайт. На платі встановлюється кеш-пам'ять другого рівня обсягом 512 Кбайт.

Плата РСА-6159 оснащена розвиненими засобами керування енергоспоживанням й у повній відповідності зі стандартом підтримує режими вповільнення.

Високопродуктивний VGA–інтерфейс підтримує як електронно-променеві трубки, так і плоскі дисплейні панелі, до 2 Мбайт відеопам'яті й режими з 16 мільйонами кольорів. Як з використається, оснащений функціями прискорювача Wіndows.

Таблиця 2.2 – Перелік обладнання технічних засобів системи на локальному рівні.

Поз. №	Позначення	Найменування	Кіл., шт.	Примечание
	РСА-6159Н	Процесорна плата Pentіum ММХ із інтерфейсами VGA, Ethernet, SCSІ
	FPM-30	Промисловий плоскопанельний монітор
	РСА-6302	Компактна 101-клавішна клавіатура
	PCL-711S	Плата аналогового й дискретного введення/висновку
	PCLD-7115	Клемна плата для PCL-711S
	ADAM-3012	Модуль гальванічно ізольованого введення аналогових сигналів
	ADAM-3854	Модуль 4-канального релейного висновку для установки на DIN-рельс
	РСА-6106РЗ	Пасивна поєднальна панель
	IPC-6806S	Шасі промислового комп'ютера з 6 гніздами розширення для настінного монтажу

Плата РСА-6159 розроблена спеціально для промислових застосувань.

Основні технічні характеристики:

- допускають використання процесорів Pentіum (P54C), Pentіum MMX

(Р55С), Cyrіx 6x 86 (Ml), AMDK 5й AMD К6;

- базова система вводу-виводу (BІOS), що зберігає в flash-пам'яті;

- вбудований інтерфейс VGA з підтримкою ЕПТ (ЭЛТ) і ЖКД (ЖК);

- вбудований мережнийадаптер 10base-T;

- процесорна плата зі сполученими шинами PCІ й ІSA по стандарті

PІCMG;

- контролер Ultra Wіde SCSІ на шині PCІ;

- два порти RS-232 на базі універсального асинхронного

прийомопередатчика, сумісного з 16С550;

- один паралельний порт, сумісний з режимами SPP/EPP/ECP;

- порт миші PS/2;

- навантажувальна здатність шини ІSA до 64 мА;

- програмносторожовий таймер, що набудовує, з 63 варіантами інтервалу

спрацьовування;

- розвинені засоби керування енергоспоживанням у відповідності зі

стандартом АРМ1.1;

- автоматичнее зниження тактової частоти процессора при перегріві плати;

- порт універсальної послідовної шини (USB);

- інфрачервоний порт для бездротового інтерфейсу.

Промислові плоско панельні монітори FPM30CT фірми "ADVANTECH" є сучасною альтернативою звичайним моніторам.

Вони надають традиційні переваги плоскопанельних дисплеїв, включаючи компактність, малу вагу й мале енергоспоживання.Ці пристрої також забезпечують додатковий ступінь захисту для тяжких умов експлуатації відповідно до NEMA 4/12 (ІP52/56).

Малі розміри й стійкість до тяжких умов експлуатації дозволяють застосовувати монітори серії FPM30 для рішення широкого кола завдань.

Основні характеристики:

- мала вага й невелика товщина;

- захист передньої панелі відповідно до NEMA 4/12 (ІP52/56);

- простота установки на стіну або переднюю панель;

- низьке енергоспоживання;

- регулятор яскравості / контрастності;

- відеоадаптер, екранований кабель і програмне забезпечення.

Компактна 101-клавішна клавіатура РСА-6302

Основні характеристики:

- 101 клавіша з відчутним натисканням;

- сумісність із PC/AT;

- більше 20 млн. натискань;

- кручений кабель із 5-контактним DIN-поєднувачем;

- розміри: 400 х 188 х 40мм.

Плата аналогового й дискретного введення/виводу PCL-711S

PCL-71ІS-функціонально закінчений комплект для реалізації найпоширеніших функцій введення/виводу для ІBM PC сумісних систем: АЦП, ЦАП, введення й висновок дискретних сигналів. Це недорога плата, що поставляється в комплекті з 20-провідним кабелем і клемною платою PCLD-7115, сумісна з більшою кількістю додаткових плат й аксесуарів, ідеальне рішення для невеликих локальних завдань.

Основні характеристики:

- 8 вхідних каналів із загальним проведенням;

- програмувальний діапазон вхідної напруги;

- автономна схема запуску;

- 1 канал з дозволом 12 біт;

- дозвіл ЦАП та АЦП 12біт;

- 16 дискретних входів і 16дискретних виходів;

- клемна плата й кабель у комплекті;

- драйвери й програми для калібрування демонстраційні приклади в

комплекті.

Пристрої нормалізації сигналів

Модуль гальванічно ізольованого введення аналогових сигналів ADAM-3012

Загальні параметри:

- погрішність: ±0,1% відповідної шкали;

- стабільність (температурний дрейф): ±177,7 мкВ/ºС;

- рівень знищення перешкод загального виду: не менш 100 дБ на частоті

50 Гц;

- споживана потужність: 0,85 Вт.

Модуль 4-канального релейного виводу для установки на DIN-рельс ADAM-3854

Модуль АDАМ - 3854 містить 4 потужних електромеханічних реле з одним перемикаючим контактом (тип С) і призначений для установки на DIN-рельс. Реле управляються напругою 24 В постійного струму й оснащені контрольними світлодіодними індикаторами для відображення поточного стану. Всі вихідні контакти реле оснащені варисторними шунтами для захисту їх від ушкодження при роботі на індуктивне навантаження.

Основні характеристики:

- силове реле, здатні комутувати струм до 5А при напрузі від 30 до

250 В.

- 4 реле з одним перемикаючим контактом;

- промислові гвинтові колодки для зручності монтажу;

- світлодіодні індикатори стану;

- вбудована варисторна захист вихідних ланцюгів;

- можливість установки на DIN-рельс.

Пасивна об'єднавча панель РСА-6106РЗ

Крос-плата на 2 слоти ІSA, 3 слоти PCІ й 1 слот для процесорної плати стандарту PІCMG.

Шасі промислового комп'ютера з 6 гніздами розширення для настінного монтажу ІPC - 6806P.

Шасі для настінного монтажу ІPC-6806P призначено як для системних інтеграторів, так і для користувачів, яким потрібна компактна, міцна ІBM PC/AT сумісна система.

ІPC-6806P постачено джерелом живлення потужністю 150Вт і може підтримувати об'єднавчу пасивну плату з 6 гніздами розширення ІSA або ІSA/PCІ.

У проекті використається фотоелектричний датчик положення петлі розкату типу ROTA-MESS-SONDE серії TS2006.

Технічні дані:

- кожух з алюмінієвого лиття, ступінь захисту ІP66;

- вага: 9кг;

- спектральна чутливість: PbS-спектр, тобто до 3 мкм із максимальною

чутливістю 2,2 мкм;

- температурний діапазон регистрованих матеріалів від 250ºС до 1500 ºС;

- кут огляду від 10º до 50º;

- напруга 110 або 220В ±10%;

- частота 50 Гц;

- потужність 30 Вт.

2.6 Система управління електроприводом

Для приводів постійного струму, як правило, застосовується багатоконтурна система регулювання послідовної підлеглої дії (див рис 2.7).

Рисунок 2.7 - Узагальнена структурна схема системи підлеглого регулювання

Кожен контур системи має окремий регулятор W_P1(p), що набудовує відповідно до передатної функції об'єкта регулювання W_O1(р) свого контуру. Число послідовно включених регуляторів дорівнює числу регульованих параметрів, причому кожен попередній регулятор виробляє завдання для наступного. Такий спосіб одержав назву способу підлеглого регулювання.

Перший (внутрішній контур) призначений для регулювання струму якоря; другий (зовнішній стосовно контуру струму) - для регулювання частоти обертання; третій - для зрегулювання положення і т.д.

Регулятор зовнішнього контуру Wp₃(р) управляє основним параметром (положенням, натягом і т.п.). Робота регулятора W_P2(p), також як й W_P1(p) підлегла тій же головній меті - регулюванню основного параметра.

Об'єкт регулювання кожного контуру може бути представлений у вигляді ланки з передатною функцією W_OІ__K(р) утримуючої більшу постійну часу й ланцюгом послідовно з'єднаних аперіодичних ланок із малими постійними часу:

(2.6.1)

де W_OI__K(P) - передатна функція ланок, дія яких усувається регулятором. Другий співмножник - добуток передатних функцій еквівалентних аперіодичних ланок, дія яких принципово не може бути скомпенсована в силу їхньої фізичної природи, а також реальних аперіодичних ланок, компенсація яких у даних умовах недоцільна. Ці ланки (запізнювання перетворювача, постійна часу датчика ЕДС, еквівалентні постійні часу оптимізованого контуру) визначають межі швидкості дії системи.

Якщо представити об'єкт регулювання у вигляді аперіодичної ланки:

(2.6.2)

де Т_о - постійна часу об'єкта регулювання. Очевидно, що для одержання ідеального перехідного процесу передатна функція замкнутого контуру повинна мати вигляд:

(2.6.3)

Для забезпечення цієї умови регулятор повинен бути виконаний у вигляді ланки, що форсує, з передатною функцією:

(2.6.4)

Ланки такого типу фізично нереалізовані через обмеження на прискорення регульованих параметрів технологічних механізмів і появи перешкод з амплітудою, у порівнянні з амплітудою корисного сигналу.

Тому в реальних системах для об'єктів, що мають передатну функцію аперіодичної ланки, регулятор виконується пропорційно-інтегральним.

(2.6.5)

де Т_И - постійна інтегрування.

Передатна функція замкнутого контуру, до складу якого входять об'єкт із передатною функцією (2.6.2) і регулятор з передатною функцією (2.6.5), має вигляд:

(2.6.6)

Таким чином, включення ПІ-регулятора з передатною функцією виду (2.6.5) послідовно з об'єктом виду (2.6.2) дозволяє одержати передатну функцію розімкнутого контуру, описувану рівнянням (2.6.6). Як наслідок, розімкнутий контур з постійною часу Т₀ замінений замкнутим контуром з меншої постійної часу Т_И.

2.7 Модель електроприводу на безперервному дрібносортному стані ПС 250/150-6

Це модель управління електроприводом за контролем положення петлі прогину прокату за допомогою датчика положення у зовнішньому зворотньому зв’язку. Модель електропривода (рис 2.8, 2.9) містить у собі:

- регулятор датчика довжини петлі розкату;

- регулятор швидкості;

- регулятор струму;

- тиристорний перетворювач;

- електричний двигун.

Система регулювання побудована за принципом підлеглого регулювання й містить контур регулювання довжини петлі розкату й два підлеглі контуру (регулювання швидкості й регулювання струму якоря). Регулятор швидкості обмежує завдання на струм якоря, регулятор довжини петлі розкату - завдання на швидкість.

Двигун постійного струму складається із двох ланок:

, ; (2.7.1)

де Rэ - активний опір головного ланцюга;

Тэ - електромагнітна стала часу;

Тм - електромеханічна стала;

С - конструктивна постійна двигуна;

Ф - магнітний потік двигуна.

Тиристорний перетворювач представлений у вигляді аперіодичної ланки:

; (2.7.2)

де Tμ- некомпенсована постійна часу тиристорного перетворювача;

Ктп - коефіцієнт підсилення тиристорного перетворювача. Визначаємо передатні функції регуляторів. Контур струму якоря. Передатна функція замкнутого контуру струму має вигляд:

; (2.7.3)

При ат = 2 контур регулювання струму налаштований на модульний оптимум.

Контур швидкості.

Передатна функція замкнутого контуру швидкості має вигляд:

; (2.7.4)

При ас=ат=2 контур регулювання швидкості налаштований на модульний оптимум.

Контур положення.

Рівняння для коефіцієнта підсилення регулятора положення, що не залежить від даної довжини петлі:

(2.7.5)

2.8 Перетворення структурної схеми моделі електроприводу

Контур регулювання струму якоря представлений у згорнутому виді. Його передатна функція за умови компенсації позитивного зворотного зв'язку по ЕДС двигуна:

(2.8.1)

- регулятор швидкості виконаний пропорційним з передатною функцією:

(2.8.2)

- коефіцієнт підсилення регулятора положення прийнятий таким, при якому максимальна швидкість обертання дорівнює номінальної швидкості обертання двигуна.

(2.8.3)

Вихід регулятора швидкості обмежений величиною, що відповідає максимально припустимому струму якоря.

Оскільки привод працює в широкому діапазоні зміни статичного моменту опору й завдань довжини петлі розкату, то коефіцієнт підсилення регулятора положення вибирається для випадку, коли спрацьовується завдання довжини петлі з виходом на максимальну швидкість без навантаження (Iс=0, ωн=ω0 ). Тим самим забезпечується відсутність петлерегулювання по положенню при відпрацьовуванні похідних завдань на переміщення.

(2.8.4)

Вихід регулятора положення обмежений величиною, що відповідає швидкості ідеального холостого ходу двигуна.

2.9 Приведення структурної схеми електроприводу до системи

відносних одиниць

Для зручності моделювання й аналізу перехідних процесів у системі регулювання приведемо структурну схему електропривода до системи відносних одиниць.

До основних змінних, визначальне поводження двигуна, ставляться напруга й струм якоря, магнітний потік і частота обертання двигуна. Як базові значення для них приймають номінальну напругу Uб=Uн і струм якоря а також магнітний потік двигуна Фб=Фн.

Регулятор положення:

(2.9.1)

Регулятор швидкості:

(2.9.2)

Контур регулювання струму.

Приймаємо Tμ = 0,009, тоді маємо:

(2.9.3)

W³T = .

Двигун:

= 0,08/0,08p (2.9.4)

Регулювання положення:

(2.9.5)

(2.9.6)

Регулятор швидкості:

(2.9.7)

2.10 Моделювання системи автоматичного керування швидкісним

режимом прокатки з петлею на безперервному дрібносортному

стані ПС 250/150-6 на ЕОМ

Модель системи автоматичного регулювання швидкісним режимом прокатки з петлею на безперервному дрібносортному стані представлена на структурній схемі, рис 2.8.

Моделі системи автоматичного регулювання швидкісним режимом прокатки з петлею складається із двох електроприводів і моделі петлі між цими двома приводами. Приводи підлеглого керування двоконтурні, що включають контур регулювання струму й контур регулювання швидкості.

Всі регулятори приводів настроєні на технічний оптиму,м, максимальну швидкодію й перерегулювання не більше 4,3%. Міжклітьовий проміжок, петля промодельована у вигляді інтегруючої ланки. На вхід системи від генератора подавали збурювання зміна швидкості прокату на виході з попередньої кліті. Максимальна неузгодженість обрана з реальних умов і становить від 0 до 500 мм.

При моделюванні були отримані графіки перехідних процесів по струму й швидкості, а також графіки перехідних процесів у системі петлерегулирования без збурювань і із прикладним збурюванням різних величин.

Рисунок 2.8 Модель системи автоматичного регулювання швидкісним режимом прокатки з петлею на

безперервному дрібносортному стані ПС 250/150-6

Рисунок 2.9 Модель автоматичного управління швидкісним режимом прокатки з петлею

Із графіку перехідних процесів у приводі по струму й швидкості видно, що при незначному перерегулюванні швидкість не виходить за задані межі й установлюється через 0.3 с. При включенні системи відбувається кидок струму який установлюється в нормальний стан через 0,35 с (рис 2.10).

На малюнку 3.5 наведений графік перехідного процесу в системі петлерегулювання без змушень. Як видно при стрибкоподібній зміні завдання на вході регулятора петлі, стріла петлі не перевищує 0,23м, що не перевищує розміри петлевого столу. Таким чином, петля не виходить за межі стола. Із часом рівним tс, петля виходить на сталий режим і відхилення заданого значення становить нуль. На рис 2.11 показаний перехідний процес у системі, при подачі на вхід її, що обурює впливу із частотою 1 Гц амплітуда 0,2 м/с. Як видно в цьому випадку система практично придушує вплив, що обурює, і петля відхиляється від заданого значення на соті метра.

На малюнку 2.12 зображений графік перехідного процесу в системі при подачі збурювання з амплітудою 1 м/с. Це найбільш типовий вплив, що обурює, що може бути в системі, викликане разнотовщиністю прокату й роботи інших систем автоматичного керування.

При максимально можливій неузгодженості швидкостей 5 м/с (малюнок 3.8), що втримують петлю в заданих межах петлевого столу й петля не виходить за його межі. Як видно у цьому випадку, петля незначно відхиляється від заданого значення. Максимальна довжина петлі становить 0,3 м, на графіку видно, що значення довжини петлі розкату не перевищує 0,3 м.

Рисунок 2.10 Перехідні процеси у приводі відносно струму та

швидкості

Рисунок 2.11 Перехідний процес у системі петлерегулювання без змушень

Рисунок 2.12 Перехідний процес у системі петлерегулювання із змушенням Z = 0,2 м/с, f = 1 Гц

Висновки

При моделюванні системи автоматичного регулювання швидкісним режимом прокатки з петлею на безперервному дрібносортному стані використовували пакет Simulink програми Matlab 6.5. Це дозволило досліджувати впливи, що обурюють, надані на роботу системи петлерегулювання, а також перехідні процеси які відбуваються в системі.

Наведені графіки підтверджують працездатність системи й систему можна встановлювати на стан для експериментальної перевірки її працездатності.