DEVELOPMENT OF DIGITAL CONTROL ALGORITHMS FOR THE MECHATRONICS SYSTEM DRIVES OF REVERSING PLATE MILL STANDS
DOI:
https://doi.org/10.14529/power210113Keywords:
plate mill, reversible mill stand, mechatronics system, thickness, automatic control, concept, adjustment, thin sheet, disadvantages, improvement, experimental studiesAbstract
Expanding the plate mill product range implies the improvement of control algorithms for the mechatronics control system drives of the reversing stands. The most important objectives include increasing the accuracy of geometric dimensioning and tolerancing, as well as improving the profile and surface flatness of rolled products. The structure explaining the automatic ROLL-GAP CONTROL concept is provided, which allows controlling the thickness and gap between SMS-Demag AG rolls. This concept is implemented in the '5000' mill stand of Magnitogorsk Iron and Steel Works. The structural diagram of the automatic gauge control system (AGS) is presented. The functional diagram of the hydraulic gap control (HGC) system is presented, which includes a fast proportional control channel and a relatively slow integral position control channel. The principle of automatic thickness control is discussed, implemented in the automatic gauge control (AGC) system of the mill stand TCS controller. The diagram and dependences are prepared for the calculation of the nonlinear thickness controller parameters. The functions of the RAC regulator are described, intended for compensation of the tensile difference (gap spacing) at the mill stand sides. The dynamic impact compensation system functions are considered. The removal of the roll bending and deformation control signals is substantiated. The disadvantages of AGC are noted for sheets with a thickness below 10 mm. The most dangerous case is the tearing of metal fragments from the rear sheet side caused by the incorrect operation of the gauge control system. A method for hydraulic gap control is proposed based on the fast increase of the roll gap in the rear part of the rolled sheet during the last passage when rolling thin sheets. The results of experimental studies made on the '5000' mill are presented. The efficiency of the proposed control method has been confirmed. The oscillograms of signals are presented characterizing thickness variations. HGC and AGC systems with the proposed adjustments are proven to provide high-accuracy hydraulic position control and thickness control along the sheet length and width.Downloads
References
Гугис, Н.Н. Развитие прокатного производства Российской Федерации в 2015–2017 годах / Н.Н. Гугис // Труды XI конгресса прокатчиков. – Магнитогорск, 2017. – Т. 1. – С. 11–21.
Денисов, С.В. Инновационные достижения ПАО «ММК» в производстве современного металлопроката / С.В. Денисов // Труды XI конгресса прокатчиков. – Магнитогорск, 2017. – Т. 2. – С. 21–29.
Повышение действенности системы управления качеством трубного листового проката на базе статистического прогнозирования свойств: моногр. / М.И. Румянцев, К.Е. Черкасов, Е.В. Якушев [и др.]. – Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2014. – 134 с.
Карандаев, А.С. Совершенствование автоматизированных электроприводов агрегатов прокатного производства / А.С. Карандаев // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. – 2014. – № 1. – С. 3–15.
Совершенствование автоматизированных электроприводов и диагностика силового электрооборудования / И.А. Селиванов, А.С. Карандаев, С.А. Евдокимов [и др.] // Известия вузов. Электромеханика. – 2009. – № 1. – С. 5–11.
Технологические схемы управления электроприводами чистовой группы широкополосного стана горячей прокатки / А.С. Карандаев, В.Р. Храмшин, И.Ю. Андрюшин и др. // Труды VII конгресса прокатчиков. – М., 2007. – Т. 1. – С. 71–75.
Автоматическая коррекция скоростей электроприводов клетей стана 2000 при прокатке трубной заготовки / И.Ю. Андрюшин, В.В. Галкин, В.В. Головин и др. // Известия вузов. Электромеханика. – 2011. – № 4. – С. 31–35.
Математическое моделирование взаимосвязанных электромеханических систем непрерывной подгруппы клетей прокатного стана. Часть 3. Исследование способа согласования линейных скоростей вертикальных и горизонтальных валков / В.Р. Храмшин, А.А. Радионов, А.С. Карандаев и др. // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». – 2016. – Т. 16, № 1. – С. 47–57. DOI: 10.14529/power160108
Шиляев, П.В. Автоматизация процесса прокатки толстого листа на стане 5000 / П.В. Шиляев, Д.Ю. Усатый, А.А. Радионов // Известия вузов. Электромеханика. – 2011. – № 4. – С. 15–18.
Peter Kucsera. Hot Rolling Mill Hydraulic Gap Control (HGC) thickness control improvement / Peter Kucsera, Zsolt Beres // Acta Polytechnica Hungarica. – 2015. – Vol. 12, no. 6. – P. 93–106.
Thickness control strategies of plate rolling mill / Fei Zhang, Yongjun Zhang, Jianxin Hou, Binbin Wang // International Journal of Innovative Computing, Information and Control. – 2015. – Vol. 11, no. 4. – P. 1227–1237.
Fei Zhang. Automatic Gauge Control of Plate Rolling Mill / Fei Zhang, Yongjun Zhang, Handan Chen // International Journal of Control and Automation. – 2016. – Vol. 9, no. 2. – P. 143–156. DOI: 10.14257/ijca.2016.9.2.14
Simulation and Analyzing on Model Parameters Effect of BISRA-AGC / Li Xu, Chen Shu-zong, Du Deshun et al. // Physics Procedia. – 2011. – Vol. 22. – P. 571–576.
Identification and optimization for hydraulic roll gap control in strip rolling mill / Sun Jie, Chen Shu-zong, Han Huan-huan et al. // J. Cent. South Univ. – 2015. – Vol. 22. – P. 2183−2191. DOI: 10.1007/s11771-015-2742-0
Predictive Controller for Strip-Tracking during Tail-Out of the Finishing Mill / C.W. Jose Hol, J.D. Roo, L. Kampmeijer et al. // 16th IFAC Symposium on Automation in Mining, Mineral and Metal Processing. – August 25–28, 2013. – San Diego, California, USA. – Р. 397–402. DOI: 10.3182/20130825-4-US-2038.00082
VSS control of strip steering for hot rolling mills / M. Okada, K. Murayama, Y. Anabuki, Y. Hayashi // 16th Triennial World Congress, Prague, Czech Republic. – 2005. – Vol. 38, iss. 1. – Р. 19–24. DOI: 10.3182/20050703-6-CZ-1902.01682
Schausberger, F. Feedback control of the contour shape in heavyplate hot rolling / F. Schausberger, A. Steinboeck, A. Kugi // IEEE Transactions on Control Systems Technology. – 2018. – Vol. 26, iss. 3. – Р. 842–856. DOI: 10.1109/TCST.2017.2695168
Патент № 2449846 Российская Федерация, МПК B21B 37/68. Способ прокатки металлической полосы с регулированием ее бокового положения и соответствующий прокатный стан / М. Кристьян, Б. Реми, Ч. Патрик [и др.]. – Опубл. 20.07.2011, Бюл. № 20.
Патент № 2615670 Российская Федерация, МПК B21B 37/40. Способ горячей прокатки полос / Ю.А. Мухин, С.М. Бельский, К.В. Бахаев [и др.]. – Опубл. 06.04.2017, Бюл. № 10.
United States Patent US 4570472, B21B 39/16; B21B 37/00. Method and apparatus for controlling lateral unstable movement and camber of strip being rolled / H. Kuwano (Japan). – Опубл. 18.02.1986.
Гасияров, В.Р. Согласование скоростей электроприводов и гидравлических нажимных устройств при автоматическом контроле профиля раската / В.Р. Гасияров // Электротехнические системы и комплексы. – 2018. – № 4 (41). – С. 22–29. DOI: 10.18503/2311-8318-2018-4(41)-22-29
Automatic Gauge Control System with Combined Control of the Screw-Down Arrangement Position / A.S. Karandaev, A.A. Radionov, V.R. Khramshin et al. // 12th International Conference on Actual Problems of Electronic Insrument Engineering (АPEIE-2014). – Novosibirsk, 2014. – Vol. 1. – P. 88–94. DOI: 10.1109/APEIE.2014.7040794
Improvement of Algorithms for Automatic Gauge Control System of the Hot-Rolling Mill / A.S. Karandaev, V.R. Khramshin, I.Y. Andryushin et al. // Applied Mechanics and Materials. – 2015. – Vol. 756. – P. 592–597. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.756.592
System of Automated Control of Hydraulic Screw-down Mechanisms of Plate Mill Stand / A.G. Shubin, B.M. Loginov, V.R. Khramshin et al. // Proceedings of 2015 International Conference on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems (MEACS). – 2015. – P. 6. DOI: 10.1109/MEACS.2015.7414858
John, P. A new strategy for optimal control of continuous tandem cold metal rolling / P. John, S.S. Nicholas, A.S. Marwan // IEEE Transactions on Industry Application. – 2010. – Vol. 46 (2). – P. 703−711.
Modeling and control of plate thickness in hot rolling mills / Roland Heeg, Andreas Kugi, Olivier Fichet et al. // IFAC Proceedings Volumes. – 2005. – Vol. 38, iss. 1. – P. 13–18. DOI: 10.3182/20050703-6-CZ-1902.01681
Восканьянц, А.А. Автоматизированное управление процессами прокатки: Учеб. пособие / А.А. Восканьянц. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. – 85 с.
Тонкослябовые литейно-прокатные агрегаты для производства стальных полос / В.М. Салганик, И.Г. Гун, А.С. Карандаев, А.А. Радионов. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. – 506 с.
Gasiyarov, V.R. Correcting Electric Motor Drive Speed of Plate Mill Stand in Profiled Sheet Rolling / V.R. Gasiyarov, A.S. Karandaev, A.A. Radionov et al. // 2018 IEEE International Conference on Power Electronics, Drives and Energy Systems (PEDES). – 18–21 Dec. 2018. DOI: 10.1109/PEDES.2018.8707442
Канев, Н.Г. Особенности настройки уровня прокатки на широкополосных горячих станах / Н.Г. Канев // Современная техника и технологии. – 2013. – № 8. –http://technology.snauka.ru/2013/08/2172 (дата обращения: 22.03.2021).
Coordinating the Modes of the Axial Roll Shifting and Roll Bending Systems of a Roll Mill Stand / V.R. Gasiyarov, A.A. Radionov, A.S. Karandaev et al. // IECON 2019 – 45th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. – 2019. – Vol. 1. – P. 330–335. DOI: 10.1109/IECON.2019.8927789
Improvement of Work Roll Bending Control System Installed at Plate Mill Stand / V.R. Gasyarov, A.A. Radionov, B.M. Loginov et al. // Proceedings of the 9th International Conference on Computer and Automation Engineering (ICCAE 2017). Sydney, Australia, 2017. – P. 269–273. DOI: 10.1145/3057039.3057105
Alvarez, D. Slab curvature compensation in hot rolling mill by means of Fuzzy Control / Diego Alvarez, Alberto B. Diez, Faustino Obeso // Paper at the III seminar on rolling Mill Rolls. – Instituto Latinoamericano del Fierro y el Acero, Mexico, March 9 1988.
Algorithm Design and Application of Novel GMAGC based on Mill Stretch Characteristic Curve / Ji Yafeng, Zhang Dianhua, Chen Shuzong et al. // Journal of Central South University. – 2014. – Vol. 21, iss. 3. – P. 942–947.
Patent China CN103801565A, B21B 37/16, B21B 37/58, B21B 37/74. Gauge control technique for top and tail of hot rolled strip steel of Steckel mill / 韦培友, 钱 智君, 李朝忠, 陈胜春 (China). Publication 2018-01-09 (кит.)
Патент № 2490078 Российская Федерация, В21В 1/00. Способ штучной прокатки листовой продукции / Ю.В. Гесслер, В.В. Павленко, А.А. Горлова [и др.]. – Опубл. 20.08.2013, Бюл. № 23.
Control Methods and Systems Providing Reduced Consumption Index at Rolled Product Manufacture at Plate Mill / V.R. Khramshin, E.A. Khramshina, A.S. Karandaev et al. // Proceedings of the IEEE NW Russia Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Conference (EIConRus). – 2017. – P. 1540–1544. DOI: 10.1109/EIConRus.2017.7910865
Басков, С.Н. Энергосиловые параметры приводов и разработка систем профилированной прокатки слябов стана 2800 / С.Н. Басков, А.С. Карандаев, О.И. Осипов // Приводная техника. – 1999, № 1-2. – С. 21–24.
Предиктивное регулирование асимметрии зазора валков реверсивной клети толстолистового прокатного стана / В.Р. Гасияров, А.С. Карандаев, В.Р. Храмшин и др. // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. – 2020. – Т. 63, № 1. – С. 19–30.
Improving the Algorithm of Automated Gage Control during Shaped Feed Rolling on a Plate Mill / V.R. Gasiyarov, A.A. Radionov, A.S. Karandaev et al. // IEEE 11th Interna-tional Conference on Mechanical and Intelligent Manufacturing Technologies (ICMIMT). – 2020. DOI: 10.1109/ICMIMT49010.2020.9041207
Setting Automated Roll Axial Shifting Control System of Plate Mill / A.S. Karandaev, B.M. Loginov, A.A. Radionov, V.R. Gasiyarov // Procedia Engineering. – 2017. – Vol. 206. – P. 1753–1750. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.10.709
Force limiting at roll axial shifting of plate mill / A.S. Karandaev, B.M. Loginov, V.R. Gasiyarov, V.R. Khramshin // Procedia Engineering. – 2017. – Vol. 206. – P. 1780–1786. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.10.713
Разработка математической модели взаимосвязанных электротехнических систем клети толстолистового прокатного стана / С.Н. Басков, В.Р. Гасияров, Б.М. Логинов и др. // Известия вузов. Электромеханика. – 2017. – Т. 60, № 6. – С. 55–64.
Mathematical Modeling of an Automatic Control System for Profiled Rolling of Slabs in Reversing PlateMill Stands / V.R. Gasiyarov, S.N. Baskov, S.S. Voronin et al. // IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus). – 2019. – P. 505–510. DOI: 10.1109/EIConRus.2019.8656797
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
