АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД В ПРОКАТНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД В ПРОКАТНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
В. Д. Афанасьев
Современный металлургический завод является крупным по- требителем электроэнергии Развитие металлургического произ - , водства характеризуется постоянным ростом потребления элек* г троэнергии на тонну выпускаемой продукции. В электрификации черной металлургии особое место занимает электропривод, так как удельный вес непрерывно растущего потребления элек - ^ троэнергии на двигательную силу достигает в ней 70% [II.
Металлургические агрегаты состоят из большого числа машин и аппаратов, выполняющих различные технологические и технические функции. Для создания таких агрегатов и правильной их эксплуатации необходимо знать назначение и работу отдельных элементов, входящих в машинное устройство.
Большое число элементов, составляющих современное машинное устройство, можно разбить на четыре части:
1) рабочая машина, обеспечивающая при помощи рабочего органа осуществление технологической операции;
2) двигатель, обеспечивающий передачу энергии рабочему органу машины для совершения технологической операции;
3) передаточный механизм ('шестерни, валы, муфты и т. д.), обеспечивающий связь вала двигателя с рабочим органом машины;
4) система управления машинным устройством с применением различного рода автоматических регуляторов, обеспечивающая рациональное протекание технологической операции.
Назначение последних трех видов частей машинного устройства — привести в движение рабочую машину. Поэтому совокупность этих трех частей машинного устройства называют приводом.
В настоящее время в промышленности для привода рабочих машин в основном применяют электрический двигатель и основным типом привода является электропривод.
Под электроприводом понимают часть машинного устройства, состоящую из электродвигателя, передаточного механизма и систем управления электродвигателем, предназначенную для обеспечения рационального протекания технологического процесса.
Ґ Современные металлургические агрегаты характеризуются ' большой сложностью. При их рассмотрении необходимо учиты-' вать взаимосвязи между технологическим процессом, конструк - цией и характеристиками оборудования, быстродействием электропривода и качеством систем управления. Поэтому в системы электропривода часто включаются преобразователи 'электрической энергии, которые придают большую гибкость управлению р обеспечивают получение необходимых статических и динамических характеристик.
.Электроприводы производственных машин можно разделить на три основных типа:
1. Групповой электропривод, когда от одного электродвигателя через трансмиссию передается движение группе рабочих машин. Примером такого привода может служить чистовая группа клетей непрерывных проволочных станов, выполненных в виде блоков.
2. Одиночный электропривод, когда один двигатель приводит в движение отдельную рабочую машину Этот тип привода широко распространен в промышленности, так как он обеспечивает возможность работы при наивыгоднейших скоростях, например привод летучих ножниц, моталок, роликов отводящих рольгангов и др.
3. Мноюдвигательный электропривод, когда отдельные рабочие элеменш машинною усіроисіва ішсюі привод оі собсівсн ного двигателя К этому типу электропривода относятся большинство современных непрерывных прокатных станов (индивидуальный привод клетей, индивидуальный привод валков, привод нажимных устройств и т д)
Внедрение электропривода обеспечило быстрое развитие промышленных предприятий Если мощность электродвигателей по отношению к суммарной мощности установленных двигателей в промышленности в 1890 г составляла 5%, то в 1927 г — 75%, а в настоящее время близка к 100%.
В СССР электропривод получил особенно большое развитие В связи с индустриализацией страны. Это стало возможным в результате электрификации всех отраслей народного хозяйства
Такое интенсивное развитие электрификации определяется большими преимуществами электрической энергии при сравнении с другими видами энергии (тепловой, химической, гидравлической и др.). Электрическую энергию можно легко преобразовывать в другие виды энергии (механическую, тепловую, химическую и др.), транспортировать ее на большие расстояния при малух потерях, доводить ее до каждого потребителя, а также С ее помощью осуществлять дистанционное управление л автоматизацию электрических устройств.
Создание материально-технической .базы нашего общества /лредусматривает всемерное увеличение производительности общественного труда на базе усиления его электровооруженности и автоматизации производства [2]. Это означает, что развитие элек - уропривода4 являющегося главной энергосиловой составляющей электровооруженности труда, имеет важное значение для народного хозяйства страны.
, Поэтому в годы Советской власти вопросы теории электропривода стали отраслью науки, в развитии которой выдающуюся роль сыграли советские ученые В С Кулебакин, М П Костенко, С. А. Ринкевич, В К Попов, Д П Морозов, А Т Голован, М. Г. Чиликин и др.
Работа металлургических агрегатов в основных цехах металлургического производства (доменном, сталеплавильном, прокатном) харак-^ериЗуется ростом выпуска продукции, повышением ее качества и увеличением сортамента.
В прокатных цехах металлургических заводов завершается цикл производства. Непрерывный рост выпуска прокатной продукции сопровождается также расширением сортамента и повышением качества в отношении геометрических размеров и меха - ' Нических свойств готового проката.
Развитие современных прокатных станов характеризуется "внедрением непрерывных и полунепрерывных станов, обладающих наилучшими технико-экономическими показателями. Увеличение производительности станов идет в направлении интен - • 'сификации режимов обжатий, увеличения скоростей прокатки, 1 увеличения массы прокатываемого слитка. Увеличение массы j прокатываемого-слитка или заготовки для разных станов можно характеризовать следующими цифрами: блюмингов до 18; слябингов до 40; тонколистовых широкополосных станов горячей прокатки до 40; станов холодной прокатки до 45; сортовых станов ^до 2,5 т.
Скорости прокатки на новых станах достигают для проволочных станов 55, широкополосных горячей прокатки и мелкосортных 25, станов холодной прокатки 35 м/с.
Создание современных прокатных станов с высокими скоростями прокатки и высокой производительностью в значительной мере стало возможным после разработки и внедрения таких электрических машин и автоматизированных электроприводов,
' которые обеспечили необходимую мощность двигателей с высокими динамическими свойствами и оптимальное протекание технологической операции.
Для ‘привода реверсивных обжимных станов^применяют регулируемые двигатели постоянного тока мощностью до 8800 кВт при скорости вращения 65/90 об/мин, номинальному моменте 1200 кН м, GD2 = 450 тс м2 и диаметре якоря 3,8 м либо для индивидуального привода валков — двигатели мощностью до 6800 кВт каждый, 60/90 об/мин, Мн = 1100 кН-м, GD2 = = 300 тс-м2. Такие двигатели обеспечивают разгон до основной скорости и торможение валков стана (массой до 32 т) за время менее 1 с.
Суммарная установленная мощность электрических машин современного блюминга достигает 65000 кВт. Для привода чистовых клетей непрерывных широкополосных станов применяют двухъякорные двигатели мощностью для одной клети 11400 кВт, 175/350 об/мин, Ми = 470 кН-м и диаметром якоря 2,5 м.
Суммарная установленная мощность двигателей главных приводов современного широкополосного стана (14 клетей) достигает 122000 кВт.
Для привода клетей непрерывных станов холодной прокатки применяют многоякорные двигатели мощностью 9600 кВт, 330/660 об/мнн,' Ма = 283 кН-м.
$
Характерным для прокатного производства является применение большою числа двигателей исполнительных механизмов малой и средней мощности. Например, привод вспомогательных механизмов блюминга 1300 осуществляется 169 двигателями суммарной мощностью 5200 кВт, а привод механизмов непрерывного широкополосного стана горячей прокатки 2000 осуществляется примерно 2000 двигателями суммарной мощностью около 70 000 кВт.
Все большее значение в решении технологических задач имеет регулируемый быстродействующий электропривод, интенсивному развитию которого способствовало промышленное освоение статических преобразователей, в том числе тиристорных. Ускорение технического прогресса в развитии прокатного электрооборудования требует одновременного комплексного развития всех частей электропривода — электрических машин, передаточных механизмов, источников энергии, систем управления и средств автоматизации. При этом доля стоимости электрического оборудования в общей стоимости технологического оборудования существенно возрастает.
Электропривод в современном прокатном производстве является энергосиловой основой технологического процесса. Кроме этого, он также является технической основой и главным средством автоматизации технологического процесса
Характерной чертой автоматизации современного прокатного производства является применение управляющих вычислительных машин (УВМ), позволяющих строить системы автоматического управления технологическим процессом на основе математических моделей процесса и осуществлять коррекцию параметров математической модели по показаниям датчиков, контролирующих параметры процесса.
Внедрение полунепрерывных и непрерывных станов в прокатном производстве требует решения и построения двух типов систем автоматического управления.
Первый тип систем управления заключается в автоматическом управлении отдельными технологическими процессами и производственными агрегатами. Такие системы комплектуются из отдельных регуляторов технических и технологических величин процесса, локальных автоматически управляемых устройств основных и вспомогательных механизмов. Взаимосвязь большого числа величин, определяющих оптимальное протекание технологических величин, приводит к необходимости применения УВМ, которые работают в реальном масштабе времени и обеспечивают совершенствование в процессе работы заложенных в УВМ математических моделей. Особенность этого типа систем заключается в непрерывности автоматического управления без участия человека, т. е. цикл управления в этом случае осуществляется только при помощи систем автоматического управления.
Ко второму типу систем автоматического управления отно сится планово-оперативное управление производством, которое начинается на уровне взаимодействия отдельных агрегатов и охватывает все звенья предприятия — технологические процессы, цехи и вспомогательные службы. Такие системы автоматического управления включают УВМ, которые исследуют и контролируют управляемые технологические процессы и агрегаты первого типа систем, оптимизируют работу оборудования to вырабатывают программу управления производством.
Особенностью систем оперативного управления является участий в управлении человека, который принимает необходимые решения на основании информации, получаемой от систем автоматического управления.
В настоящее время считают, что наибольший технико-экономический эффект обеспечивается путем внедрения систем планово - оператйвного управления производством. Это объясняется тем, что металлургические агрегаты, ,в частности прокатного производства, достигли высокой степени совершенства, когда эксплуатационные характеристики их весьма близки к максимальным. Практически это исключает возможность существенного повышений эффективности таких агрегатов в результате внедрения первого типа систем автоматического управления. Однако внедрение УВМ для решения задач второго типа систем автоматического управления, дающее резкое увеличение технико-экономического эффекта, возможно только при решении задач первого типа.
Ґ 'Таким образом, электрооборудование, автоматизированный ^электропривод и автоматизация технологического процесса являются основой технического перевооружения прокатного производства, обеспечивающей дальнейшее повышение производительности труда, увеличение выпуска и улучшение качества продук - ' ции, снижение ее себестоимости.
В связи с ограниченным объемом в книге не рассмотрены такие важные разделы автоматизированного электропривода в прокатном производстве как электропривод вспомогательных механизмов, реверсивный станов холодной прокатки и др.
Автор выражает признательность рецензентам канд. техн наук В. Л Стефановичу и канд. техн. наук В. В. Королеву за цеННьїе Замечания по содержанию книги.
Все замечания читателей будут приняты автором с большой благодарностью.