Автор: Грабовский Г.Г., Корбут В.Б., Иевлев Н.Г.

Категории: автоматизация

В статье рассмотрены функции автоматизированной системы управления агрегатами огневой резки плит, приведена структурная схема комплекса технических средств, проанализированы основные принципы построения системы.       

УДК 621.771:658.011.54/.011.56

Автоматизация  осепрокатного   стана

    Грабовский Г.Г., докт. техн. наук, Корбут В.Б.,  Иевлев Н.Г.,  канд. техн. наук   

В статье рассмотрены функции автоматизированной системы управления агрегатами огневой резки плит, приведена структурная схема комплекса технических средств, проанализированы основные принципы построения системы.   

Во многих отраслях машиностроения требуются в большом количестве детали круглого сечения, диаметр которых  по длине меняется ( полуоси для автомобилей, различные ступенчатые валы и т.д.). Прокатка этих деталей осуществляется на трехвалковых осепрокатных станах. Повышение точности геометрических размеров проката и производительности этих станов является актуальной проблемой [1].
   Осепрокатному стану «250» Днепровского металлургического комбината им. Дзержинского  -  единственному в Украине стану по производству катаных осей исполнилось 35 лет. В настоящий момент осепрокатный цех может производить порядка 30 разных видов осей. Стан «250» предназначен для горячей поперечно-винтовой прокатки профильных заготовок для вагонных и тепловозных осей, периодических профилей другого назначения, а также круглой заготовки.
   Последние годы осепрокатный цех ввиду экономической целесообразности работает «эпизодически» – прокатывает уже полученные заказы и часть заготовки на перспективу, и останавливается под накопление металла. Этот ритм работы позволяет в период функционирования стана давать ему максимальную нагрузку, при которой наиболее эффективно используются производственные мощности, исходные материалы и энергоносители, а в периоды простоев дает возможность проводить планово-предупредительные работы по профилактике оборудования, ремонты административно-бытовых и производственных помещений и т.д.    За последние пять лет внутренний рынок Украины и рынок потребления осей на территории бывшего СССР начал оживляться, постепенно начали расти объемы заказов на осевую заготовку.
Технические характеристики стана представлены в таблице 1[2].
Таблица 1

   Стан функционирует  следующим образом. Три рабочих валка приводятся во вращение  через универсальные шпиндели  и прокатывают находящуюся между ними заготовку. Одновременно заготовка перемещается в направлении своей оси, так что зону деформации в валках последовательно проходят все сечения заготовки по длине. Нажимные механизмы во время прокатки меняют положение рабочих валков, синхронно приближая или удаляя их от оси изделия. Режим работы гидравлического привода нажимного механизма задаётся копиром в зависимости от длины выходящего из валков конца заготовки, чем достигается полная автоматизация получения профиля заданной периодичности сечения по длине. Рабочие валки стана имеют дисковую или коническую форму. Заготовка прокатывается при наличии значительного осевого  натяжения,  создаваемого гидравлическим цилиндром.
Заготовки подают рольгангом через установку гидросбива окалины к передаточному устройству, которое направляет их на приемный стол, откуда последние скатываются в желоб стана.     С приемного желоба через проводку закрытого типа заготовку подают заталкивателем к рабочим валкам. При выходе из валков передний конец заготовки захватывает автоматический зажим тележки натяжения.
По мере продвижения тележки подается сигнал к валкам от копировальной линейки через следящую систему стана, в результате чего валки перемещаются по заданной программе. При этом происходит формирование профиля готового изделия. Профиль копировальной линейки зеркально соответствует профилю готового изделия.
После выхода из клети профильное изделие выталкивают из автоматического зажима тележки натяжения и передают люнетом на транспортную тележку. Транспортная тележка перемещает готовый профиль к сталкивателю или передаточному устройству за станом, откуда попадает на транспортер готовой продукции и, далее, к пилам горячей резки.
Работа по улучшению качества осей и снижению количества брака ведется в цехе постоянно и планомерно. Используются в этом направлении все скрытые резервы. Многие проблемы повышения качества прокатной продукции могут быть решены путем внедрения автоматизированной системы управления станом.
Модернизация стана «250» и оснащение его автоматизированной системой управления были включены в планы технического перевооружения Днепровского металлургического комбината им. Дзержинского, но по объективным причинам пока перенесены на более поздние сроки.
Описанные ниже технические решения по созданию автоматизированной системы управления осепрокатным  станом «250» (АСУ ОС)  были разработаны в соответствии с требованиями «Технического задания на разработку автоматизированной системы управления рабочей клети стана «250» осепрокатного цеха».
АСУ ОС предназначена, для управления процессом горячей поперечно-винтовой прокатки профильных заготовок для вагонных и тепловозных осей, периодических профилей другого назначения, а также круглой заготовки.
Целью создания АСУ ОС является:
● повышение точности и стабилизация геометрических размеров проката;
●  увеличение производительности стана за счёт сокращения времени его перестройки на новый типоразмер;
● регламентация режимов прокатки в соответствии с сортаментом и типоразмерами прокатываемой продукции на стане с целью повышения надежности функционирования оборудования стана;
●  увеличение срока службы оборудования стана за счет использования современной техники с высокими надежностными характеристиками.
АСУ ОС реализует следующие управляющие функции:

• управление положением валков для формирования осевой заготовки заданной  формы и геометрических размеров;
• управление скоростью тележки натяжения в функции длины и заданной формы осевой заготовки.

   АСУ  ОС реализует следующие информационные функции:

• хранение библиотеки параметров прокатки («электронная копировальная линейка») для всей номенклатуры сортамента, прокатываемого на стане;
• оперативный выбор параметров прокатки осевой заготовки, определяемых наряд-заданием;
• оперативное создание новых библиотек параметров прокатки при освоении новых сортаментов;
• формирование таблиц профилей копировальных линеек для всей номенклатуры сортаментов;
• измерение в потоке геометрических размеров ( диаметров и длин по участкам ) осевых заготовок;
• формирование, по результатам измерения геометрических размеров, данных для оперативной коррекции библиотеки параметров прокатки текущего сортамента, при необходимости;
• контроль положения валков и  тележки натяжения;
• контроль давления в гидроцилиндре заталкивателя и в гидроцилиндрах валков (в общей магистрали и в магистрали каждого цилиндра);
• контроль температуры осевой заготовки в зоне измерителя геометрических размеров;
• контроль давления воздуха в системе охлаждения и обдува датчиков измерителя геометрических размеров;
• формирование и выдачу на монитор вальцовщика геометрических размеров осевых заготовок текущего сортамента;
• формирование и выдачу на монитор оператора стана видеокадров, отображающих ход технологического процесса и состояние основных механизмов клети, а также состояние датчиков технологической информации и других устройств и компонентов системы;
• формирование, архивирование на машинных носителях и печать ( в конце каждой смены или по запросу ) протоколов прокатки.

   В состав автоматизированной системы управления осепрокатным станом «250»  (Рисунок 1) входят измеритель геометрических размеров осевых заготовок (Рисунок 2), комплект датчиков технологической информации, средства вычислительной техники, средства человеко-машинного интерфейса, вспомогательное оборудование.

Измеритель геометрических размеров [3]  обеспечивает заданные техническим заданием заказчика погрешности измерения диаметров (±0,5мм) и длин ( ±1,0мм для длин до 1000мм, ±2,0мм для длин от 1001 до 2000мм, ±3,0мм для длин свыше 2001мм) участков осевых заготовок. В состав измерителя входят лазерные триангуляционные датчики, пирометр и вычислительное устройство. Последнее, по информации лазерных датчиков и пирометра, вычисляет геометрические размеры осевой заготовки в разных сечениях при текущей температуре и при 20ºС и передает эти данные в АСУ ОС. Одновременно информация о геометрических размерах осевых заготовок, прошедших процедуру измерения, выдается на монитор вальцовщика.
Конструкция измерителя  предусматривает защиту лазерных датчиков и пирометра от теплового излучения заготовки в случае непредусмотренной остановки последней в зоне измерителя.
Комплект датчиков технологической информации   обеспечивает контроль и измерение технологических параметров. В комплект датчиков входят датчики давления, ультразвуковой датчик перемещения тележки натяжения, индуктивный датчик положения валков и др.     Датчики имеют исполнение и степень защиты от воздействия неблагоприятных факторов внешней среды, позволяющие им надежно работать в условиях прокатного производства.
Средства вычислительной техники  обеспечивают реализацию  всех функций АСУ ОС, требующих выполнения вычислительных и логических операций. Они обеспечивают прием и обработку сигналов от датчиков технологической информации, формирование управляющих воздействий, общение с оператором и т.п. В состав средств вычислительной техники входят промышленный компьютер и промышленный контроллер с соответствующими модулями ввода - вывода сигналов.
Средства человеко-машинного интерфейса обеспечивают весь спектр взаимодействий человека-оператора с машиной. В их состав входят средства ввода-вывода информации, такие как клавиатура и мышь, а так же средства отображения информации – мониторы.
Для общения оператора с системой целесообразно применение специализированной  цифро – символьной клавиатуры и трекбола, который заменяет манипулятор «мышь». Оба устройства выполнены в пылевлагозащищенном исполнении и пригодны для эксплуатации на постах управления прокатных станов.
В настоящее время наиболее распространены TFT – мониторы с диагональю экрана 17 … 19 дюймов. Однако, они не обладают пылевлагозащитой и требуют применения специальных защитных кожухов для эксплуатации в условиях прокатного производства.
Вспомогательное оборудование  обеспечивает бесперебойное функционирование системы в случаях кратковременного исчезновения напряжения питания, печать твердых копий протоколов прокатки и других документов, хранение архивов библиотек программ прокатки и протоколов прокатки на мобильных машинных носителях, надежную физическую связь всех компонентов системы и измерителя геометрических размеров.
Для обеспечения перечисленных выше функций в состав вспомогательного оборудования системы  включаются  источники бесперебойного питания, лазерный принтер, мобильные устройства памяти – “Flash USB”, клеммные шкафы и переходные коробки со степенью защиты от влияния окружающей среды IP-67, самозажимные системы клемм фирмы “WAGO”.
Технические решения, заложенные в систему, предусматривают, как автоматический режим работы, так и традиционный, с применением копировальных линеек и управлением гидроцилиндрами заталкивателя и тележки натяжителя в ручном режиме.
Экономическая эффективность АСУ ОС достигается  за счёт следующих факторов:

• увеличения производительности стана за счёт сокращения времени его перестройки на новый типоразмер;
• сокращения количества брака и расходов на дополнительную обработку продукции за счёт повышения точности геометрических размеров проката;
•  уменьшения расходных коэффициентов металла за счёт повышения точности реализации заданных геометрических размеров проката (при возможности перефабрикации заготовок).  

 Увеличение производительности стана достигается за счёт замены копировальных линеек «электронной копировальной линейкой» - библиотекой  программ прокатки, хранящихся в ПК, и автоматизации операций по настройке стана, т.е. сокращения времени перестройки стана на новый типоразмер.
Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения системы составляет более 3,6 млн. грн., срок окупаемости  АСУ ОС 0,33 года.

                                           ЛИТЕРАТУРА
1.Архангельский В.И., Грабовский Г.Г., Иевлєв Н.Г. Вибор и оценка стандартной системы планирования ресурсов и управления производством// Автоматизація  виробничих процесів.-К,2007.-№1(24).-С.23-27.
2.Королев А.А. Прокатные станы. Конструкция и расчет.- М.: Машгиз. 1958.- 452 с.
3.Дорофеев В.В. Развитие теории и практики процессов калибровки и прокатки фланцевих профилей. Автореферат диссертации на соискание научной степени доктора технических наук, Новокузнецк, 2011.