بخشی از مقاله
چکیده
در کارخانه هاي نورد گرم دماي مناسب روغن روانکاري کننده بسیار با اهمیت است زیرا یکی از مهمترین کاربردهاي سیستمهاي روانکاري در نورد، روانکاري چوك - یاتاقان - غلتکهاي نورد خصوصاًو چوکهاي غلتکهاي پشتیبان می باشد که داراي قیمت بسیار بالا و زمانبر بودن ساخت آن است. از آنجا که دماي روغن یکی از پارامترهاي اساسی جلوگیري از آسیب رسیدن به این تجهیزات میباشد ، اهمیت کنترل دماي روغن را دوچندان می کند.
کنترل این دما در سایتهاي نورد گرم بطور عمده توسط مبدل هاي حرارتی انجام میگیرد که چالش کنترل دما در این سیستمها سرعتهاي متغیر نورد در ضخامتها و کیفیت هاي گوناگون است که باعث میشود تنظیم پارامترهاي کنترلر آن بدلیل غیرخطی بودن فرآیند مشکل باشد. با استفاده از مدل سازي فرآیندهاي غیر خطی و مفاهیم کنترلرهاي PID ،کنترلري جهت کنترل دما در سرعتهاي مختلف نورد در سایت نورد گرم مجتمع فولاد مبارکه طراحی و پیاده سازي شده است.
مقدمه
در قسمت نورد نهایی کارخانه هاي نورد گرم محور غلتک پشتیبان روي فیلم روغن تشکیل شده بین محور و یاتاقان غلتک حرکت کرده و می چرخد در شکل - - 1 شماي کلی یک قفسه نورد نشان داده شده است.براي تشکیل فیلم روغن سالم بین محور و یاتاقان، سیستم روانکاري باید فشار و دماي روغن را در رنج استاندارد حفظ کند.نوسانات خارج از حد استاندارد دماي روغن سیستم روانکاري باعث میشود که در دماي بالا فیلم روانکاري پاره شده واعثب سایش و خرابی یاتاقانها گردد ضمناً در دماي پایین نیز با توجه به بالا رفتن ویسکوزیته، پوشش فیلم روغن در تمام سطوح انجام نمی گردد که این امر هم باعث سایش قطعه متحرك و ثابت میگردد که هر دو، عامل خرابی و آسیب دیدگی یاتاقانها است.
لذا براي کنترل دماي روغن سیستم روانکاري عمدتاً در سایتهاي مختلف از مبدل حرارتی استفاده میشود زیرا میتواند محدوده وسیعی از دما را ثابت نگه دارد و نحوه عملکرد آن انتقال حرارت از یک سیال داغ به یک سیال خنک است بنابراین کنترل دماي سیال خروجی هدف اصلی یک مبدل حرارتی است که میتوان از یک کنترل کننده تناسبی-انتگرال گیر1 براي کنترل دماي سیستم استفاده کرد.
عموماً فرآیندهاي گرمایی و سیالی سیستمهاي غیر خطی هستند یعنی عملکرد آنها در سطوح مختلف نسبت به نقطه کار آنها متفاوت است،[3] رفتاري مانند آنچه در شکل - 2 - نشان داده شده است، البته بطور ذاتی سیستمهاي غیر خطی در نزدیکی نقطه کار رفتاري شبیه سیستمهاي خطی دارند بنابراین میتوان یکی از روشهاي کنترل خودکار سیستمهاي خطی مانند PID کنترلرهاي متداول را بعد از خطی سازي استفاده کرد.
مبدل حرارتی نیز یک نمونه از فرآیندهاي غیر خطی است که تنظیم کنترلر آن می تواند بسیار مشکل باشد و تغییرات زیاد رفتار غیر خطی آن میتواند باعث شود که کنترلر کارآیی اش را در شرایط مختلف ﻋﻤﻠﯿﺎﺗﯽ از دست بدهد.در این مقاله نحوه تنظیم کنترلر مبدل حرارتی با استفاده از مدلFOPDT2 و همچنین عوامل موثر در ایجاد اغتشاش در این سیستم مورد بررسی قرار گرفته است.
روش تحقیق
براي خنک کاري روغن سیستم روانکاري غلتکهاي پشتیبان از یک مبدل حرارتی صفحه اي استفاده شده است که ورودي سیستم کنترلی، دماي روغن خروجی مبدل حرارتی و خروجی آن در صد باز شدن والو ترمو ریگولاتور پوزیشن دار بمنظور تغییر میزان جریان مایع خنک کننده ورودي - آب سرد - به سطح پوسته مبدل حرارتی میباشد مطابق شکل - . - 3عوامل اغتشاش در این سیستم عبارتند از اول میزان متغیر سرعت جریان روغن متناسب با سرعت متغیر نورد در قفسه هاي انتهایی نورد نهایی که از حدود5 متر بر ثانی ه تا 17 متر بر ثانیه متغیر میباشد،میزان سرعت جریان روغن در مسیر بسیار متغیر خواهد بود که تغییرسرعت روغن به معناي تغییر در میزان افت دما در مبدل حرارتی میباشد.
یکی دیگر از عوامل اغتشاش در سیستم دماي آب ورودي به مبدل حرارتی می باشد که بعضاً در فصول مختلف سال تفاوت زیادي با یکدیگر دارند.از دیگر منابع اغتشاش در سیستم میتوان به دماي روغن داخل تانک نیز اشاره کرد. یکی از مدلهاي مناسب براي تنظیم فرآیندهاي گرمایی،سیالی مدل FOPDT است که اساس این روش مبتنی بر پاسخ پله است.در این تحقیق نیز با اعمال یک پله به سیستم پاسخ را آنالیز کرده و پارامترهاي اصلی سیستم را بدست می آوریم.
نتایج و بحث
کنترل کننده تناسبی-انتگرال گیر به دلیل تعادل در قابلیت و پیچیدگی تنظیمات آن بطور وسیعی در کنترل فرآیندها بکار میروند زیرا از یک طرف قادر به رفع خطاي ماندگار موجود بین مقدار مطلوب و مقدار واقعی فرآیند است که کنترل کننده تناسبی فاقد آن میباشند و از طرف دیگر پیچیدگی تنظیم PID کنترلرها را ندارد.در ادامه فرمول کلاسیک یک کنترل کننده تناسبی-انتگرال گیر را مشاهده می کنیم.
براي پیاده سازي مدل احتیاج به فرآیندي داریم که بتوانیم آزادانه آن را تغییر دهیم ،متغیر اندازه گیري شده فرآیند، دماي روغن روانکاري خارج شده از مبدل حرارتی، خروجی کنترلرکه سیگنال محرك یک شیر قابل کنترل براي کنترل میزان جریان مایع خنک کننده - آب - وارد شده به مبدل حرارتی است و عامل اصلی اغتشاش در سیستم شدت جریان روغن روانکاري میباشد.[4]
