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.