ETAPA III
CU TITLUL Realizare software de aplicatie, realizare specificatii tehnice pentru prototip sistem de automatizare, realizare lucrari de adaptari si imbunatatiri pregatitoare la laminorul de benzi la rece existent la S.C .Galfinband SA
Activitatea III.1 - Realizare programe specifice de aplicatie pentru sistemul de automatizare al procesului de laminare la rece
Activitatea III.2 - Elaborare specificatii tehnice pentru achizititionarea unor materiale si componente necesare la laminorul de benzi la rece in vederea implementarii si testarii modulelor software realizate.
1. OBIECTIVELE ETAPEI III DE EXECUTIE
In cadrul etapei III din contract au fost elaborate programe specifice de aplicatie pentru sistemul de automatizare al procesului de laminare la rece avand la baza legile de comanda si metodele functionale pentru controlul in pozitie si respectiv in tractiune a grosimii benzilor din otel laminate. In prezenta documentatie au fost detaliate metodele tehnice de realizare a softului si de implementare a algoritmilor si metodelor de conduce in timp real a procesului de laminare la rece, a fost deasemeni actualizata specificatia hardware pentru sistemul de automatizare a procesului in vederea realizarii si testarii instalatiei pilot.
Pachetele de programe realizate in cadrul acestui proiect au ca scop conducerea in timp real a procesului de laminare realizind ca functii de baza: supravegherea procesului de laminare si reglarea grosimii benzii laminate la valoarea impusa.
2. REZUMATUL ETAPEI III
In cadrul etapei III din contract, Activitatea III.1 au fost elaborate module software specific pentru procesul de laminare la rece avand la baza legile de comanda si metodele functionale pentru controlul in pozitie si respectiv in tractiune a grosimii benzilor din otel laminate. In prezenta documentatie sunt detaliate modulele software si metodele tehnice de implementare a sistemului de urmarire si control a procesului de laminare la rece.
In cadrul Activitatii III.2 a fost actualizata specificatia de materiale necesare pentru implementarea partiala a sistemului de automatizare in vederea realizarii/simularii procesului/instalatiei pilot.
In faza anterioara a proiectului s-au stabilit solutiile tehnice privind realizarea AGC pentru un laminor cuarto-reversibil. Aceste solutii tehnice au vizat comanda in pozitie , prin modificarea distantei dintre cilindrii de lucru cu ajutorul unui servosistem hidraulic in circuit inchis (SH) si comanda tractiunii in banda , in sectiunea rulorului si/sau a derulorului. Solutiile tehnice au fost analizate prin simulare numerica, utilizând mediul Matlab. In cadrul programelor de simulare, au fost incluse ambele categorii de subsisteme din cadrul AGC, si anume:
• partea tehnologica (utilajul tehnologic), la care se adauga elementele de automatizare incluse ca elemente hardware în bucla de reglare (de ex., servosistemul hidraulic de pozitionare a cilindrilor);
• partea de comanda, care se implementeaza în calculatorul de proces.
In cadrul comenzii în pozitie s-au analizat proprietatile calitative ale structurii de control si s-a constatat ca efectul compensarii dinamicii servosistemului hidraulic asupra abaterii finale de grosime ( Δ h k ) este foarte important. In consecinta, s-a considerat ca exista doua grade de libertate prin care poate fi acordata structura de control:
• prin compensarea dinamicii servosistemului hidraulic (SH), care se traduce prin "fazarea" variabilei Δ h 2k (t) in raport cu Δ h 1k (t) (v. fig. 3 din Raportul fazei anterioare). Obiectivul urmarit este reducerea defazajului dintre variabilele mentionate;
• prin amplificarea G , care determina amplitudinea variabilei Δ h 2k (t).
Pentru compensarea dinamicii servosistemului hidraulic, în faza anterioara au fost elaborate doua metode:
• printr-un compensator anticipativ parametric de tip model invers la limita cauzal . In acest caz, se realizeaza identificarea experimentala recursiva a servosistemului hidraulic. Pe baza modelului parametric identificat, definit prin functia de transfer H SH ( s ), se obtine sistemul invers la limita cauzal aferent servosistemului hidraulic, în conformitate relatia (27) si cu fig. 17 din Raportul fazei anterioare. Sistemul invers obtinut este utilizat ca regulator de anticipare pentru comanda servosistemului hidraulic, pe baza schemei data în fig. 18 din Raportul fazei anterioare. Aceasta figura este reprodusa în fig. 1, întrucât ea este necesara pentru prezentarea detaliata a programului de implementare care face obiectul actualei etape;
• printr-un compensator de tip filtru adaptiv, care implementeaza modelul invers neparametric al servosistemului hidraulic. In acest caz, modelul invers de tip functie pondere esantionata este dedus direct prin identificare recursiva, utilizând algoritmul RST.
In ambele cazuri mentionate, s-a considerat ca modelul servosistemului este variant.
In analiza realizata prin simulare numerica s-a stabilit ca ambele metode dau rezultate satisfacatoare. In actuala faza a proiectului s-a adoptat pentru implementare prima metoda . Aceasta optiune are la baza nivelul zgomotului introdus de modelele inverse generate prin cele doua metode. Este cunoscut (si s-a verificat prin simulare) faptul ca la frecvente înalte modelele inverse au caracter derivativ, amplificând mult componentele de zgomot. Spre deosebire de a doua metoda, compensatorul parametric la limita cauzal ofera un parametru (constanta K ), prin care se poate ajusta largimea benzii de frecventa în care modelul invers are caracter derivativ. In acest fel, se poate limita nivelul zgomotului, chiar daca "precizia" de inversare a sistemului se reduce.
In cadrul comenzii tractiunii în banda, problematica AGC este similara cu cea din cadrul comenzii în pozitie, asa cum se remarca din schema generala din fig. 53, data în Raportul fazei anterioare. In aceasta schema au fost figurate blocurile de ajustare a amplificarii, precum si compensatoarele de tip "model invers" pentru sistemele de reglare a tractiunii din sectiunile rulor si derulor, în vederea "fazarii" comenzii de tractiune. Aspectul calitativ distinct al acestui tip de comanda consta în modificarea în limite largi a parametrilor din bucla de reglare a tractiunii (raza de înfasurare a derulorului/rulorului, constanta de timp electromecanica, parametrul KF). In consecinta, s-a analizat prin simulare numerica problema robustetei sistemului de reglare a tractiunii, având în vedere caracterul variant al sistemului. Concluziile analizei prin simulare numerica au fost:
• comanda în tractiune este sensibil mai rapida decât comanda în pozitie, ceea ce reprezinta un mare avantaj pentru sistemul AGC;
• cu toate ca schema sistemului de comanda este mai complicata, iar procesul este puternic variant, prin structura sistemului de reglare automata a tractiunii si printr-o adaptare de tip "gain scheduling" a legii de comanda, se pot asigura performante care nu depind sensibil de modificarile parametrilor procesului;
• la o acordare performanta a sistemului de reglare a tractiunii, caracteristicile acestui sistem sugereaza ca nu este necesara compenarea dinamicii printr-un sistem invers adaptiv la limita cauzal, de tipul celui prezentat la comanda în pozitie.
Având în vedere rezultatele din faza anterioara, obiectivele fazei actuale se refera si la elaborarea documentatiei ( specificatiei tehnice ) actualizate pentru implementarea în calculatorul de proces a algoritmului de conducere. Având în vedere ca diversele module de program sunt realizate în maniera similara la comanda în pozitie si la comanda în tractiune, prezentarea documentatiei este structurata astfel:
• evidentierea în programul Matlab de simulare a AGC cu comanda în pozitie, a partii fizice (utilaj si componente de automatizare incluse ca elemente hardware în bucla de reglare) si a partii de comanda , care urmeaza sa se implementeze în calculatorul de proces;
• detalierea programului partii de comanda în vederea implementarii lui în calculatorul de proces.
Programul de simulare initial, realizat în Matlab, utilizeaza variabile matriceale, operatii matriceale si functii Matlab care nu au corespondent în limbajul C. Detalierea partii de comanda a programului, în vederea implementarii, se face pe blocuri functionale , care sunt utilizate similar la comanda în pozitie si la comanda în tractiune.
In cadrul activitatii de diseminare a rezultatelor prevazute in planul de realizarea al proiectului, in Nr. 1/ Vol.10/2010 a revistei de specialitate (cotata ISI) - Advances in Electrical and Computer Engineering - AECE ( www.aece.ro ), aparut in luna martie 2010, a fost publicat articolul cu titlul: Adaptive Automatic Gauge Control of a Could Strip Rolling Process – autori Nicu ROMAN ( Department of Control Systems, Galfinband SA Galati), Emil CEANGA, Ioan BIVOL, Sergiu CARAMAN ( Department of Electrical Engineering Conversion Systems, "Dunarea de Jos" University of Galati - Faculty of Electrical Engineering, Domneasca Street No.47,Galati 800008, ROMANIA )
3. CONCLUZII
Continutul temei
Proiectul propune realizarea unui sistem de conducere automata a procesului de laminare la rece, inclusiv pozitionarea cilindrilor electrohidraulici, cu ajutorul cãrora SC Galfinbband-SA realizeaza retehnologizarea partiala a laminorului cuarto-reversibil din dotare. Scopul acestei retehnologizãri este obtinerea benzilor laminate de calitate superioarã (grosimi sub 0,1 mm si abateri de ± 3µm fatã de grosimea nominalã; standardul DIN prevede grosimi de ± 6µm pentru benzi de 0,1mm).
Continutul etapei III
Etapa III are ca obiect realizarea pachetelor de programe specifice, avand la baza metodele si algoritmii numerici dezvoltati si testati in cadrul etapelor anterioare de contract.
Ca algoritmi de de pozitionare (pentru cilindri comandati de servovalve) s-a optat pentru:
- algoritmi PID pentru pozitionarea propriu-zisã;
- algoritm PI pentru balansul de pozitie;
- algoritm PID pentru regulatorul de fortã;
- algoritm PI pentru balansul de fortã.
S-au evidentiat regimurile de functionare ale sistemuluil si s-a definit modul de functionare al sistemului în fiecare din aceste regimuri:
- regim de etalonare - etalonarea "zero-ului" de pozitie al cajei;
- regim de pozitie - mentinerea pozitiei impuse (regim laminare);
- regim fortã - mentinerea fortei impuse (regim dresare).
Tot în cadrul prezentei etape s-au definit:
- structurile de date ale sistemului de programe aferent;
- repertoriul mesajelor de dialog;
- configuratia hardware si mijloacele necesare pentru sistemul de pozitionare;
- lista parametrilor utilizati;
- înlãntuirea functiilor;
- notele detaliate despre functiile sistemului;
- încãrcarea sistemului si siguranta în functionare.
Pornind de la programele de simulare numerica, elaborate în Matlab în faza anterioara, rezultatele fazei actuale au vizat elaborarea modulelor software pentru implementarea în calculatorul de proces a algoritmului de conducere. In programele Matlab de simulare a AGC au fost evidentiate zonele aferente partii fizice (utilajul si componentele de automatizare incluse ca elemente hardware în bucla de reglare) si partii de comanda, aceasta din urma fiind prelucrate pentru a putea fi implementate în calculatorul de proces. Programul de simulare initial, realizat în Matlab, utilizeaza variabile matriceale, operatii matriceale si functii Matlab, care nu au corespondent în limbajul C.
Detalierea partii de comanda a programului, în vederea implementarii, s-a facut pe blocuri functionale , care pot fi utilizate într-o maniera similara, atât la comanda în pozitie, cât si la comanda în tractiune. Au fost dezvoltate urmatoarele blocuri principale:
• blocul de identificare recursiva în timp real;
• blocul de realizare a modelului invers parametric la limita cauzal;
• blocul de realizare a sistemului de c omanda cu regulator de anticipare;
• blocul de calcul al criteriului de performanta;
• blocul de optimizare.
Blocurile de calcul al criteriului de performanta si de optimizare se utilizeaza la ambele metode de comanda: în pozitie si în tractiune. Celelelte blocuri sunt obligatorii la comanda în pozitie, putând fi utilizaze si la comanda în tractiune, numai daca este necesar.
Toate aceste blocuri includ numai instructiuni explicite , realizabile direct în limbajul C al aplicatiei de timp real.
A fost prezentat un program integral pentru comanda în pozitie, care include toate blocurile mentionate. Rezultatele obtinute cu acest program sunt identice cu cele obtinute în etapa anterioara (cu functii Matlab, instructiuni operând cu variabile matriceale etc).
De asemenea, a fost detaliat programul pentru comanda numerica a buclei de tractiune, astfel încât partea de comanda sa includa numai instructiuni explicite, realizabile direct în limbajul C. Bucla de reglare a tractiunii are o viteza de raspuns superioara celei de la servosistemul de pozitionare a cilindrilor si, în consecinta, defazajul dintre tractiune si referinta de tractiune este sensibil mai mic. Având în vedere acest fapt, s-a verificat - cu rezultate multumitoare - o solutie mai simpla de "fazarea" a comenzii de compensare a variatiilor de grosime, utilizând registrul de deplasare LI din schema de principiu a sistemului de comanda (fig. 2).
Rezultatele obtinute sunt valabile pentru ansamblul echipamentelor de automatizare (traductoare etc), considerat în actuala faza a proiectului.
Lucrarea va continua cu etapa IV "Testare / experimentare module software, algoritmi si metode pentru conducerea in timp real a procesului de laminare la rece", etapa în care vor fi detaliate si rezultatele (provizorii) ale experimentãrilor pe standul de test.
