Propuesta de un sistema de ajuste automático de laminadora de palanquillas considerando el efecto del desgaste gradual de rodillos

Abstract

En la presente investigación se muestra el diseño de un sistema para el ajuste automático del espesor de palanquillas laminadas al rojo vivo, cuya medida tiende a aumentar debido al desgaste gradual de los rodillos de laminación. Actualmente, en la industria siderúrgica peruana este proceso de ajuste se realiza de forma manual y requiere de la extracción de un ejemplar de la línea de producción para verificar su espesor. Dicho acto implica una inevitable pausa en la producción y su manipulación inicial supone el riesgo de quemaduras graves en los operadores. Es por esto que se necesita un sistema que estime y corrija el espesor de las palanquillas de forma continua. Para ello se propone fusionar mediante el filtro de Kalman dos estimaciones del espesor, la primera por medición directa usando sensores de nivel y la segunda basada en el modelo de consumo de corriente del motor que mueve a los rodillos, el cual disminuye mientras los rodillos se desgastan. Con dicha información, se diseña un algoritmo que modifica automáticamente el setpoint del actuador encargado de ajustar la distancia entre los rodillos. Para validarlo, se simula el algoritmo considerando condiciones típicas de un sistema de laminación industrial. Esto involucra la presencia de ruido en los sensados realizados para obtener las estimaciones, por lo que se evalúa el desempeño de varios filtros, siendo el filtro de media móvil de ventana rectangular es el que entrega el filtrado con error cuadrático medio menor. Finalmente, se fabrica un prototipo básico y a escala reducida para validar el concepto del sistema de control y corrección diseñado, considerando únicamente la síntesis cinemática del sistema. A partir de las pruebas realizadas, el algoritmo realiza la corrección del espesor final al superar un umbral de error de 5mm hasta que este disminuya a menos de 1mm. Los resultados de simulación y la implementación del prototipo demuestran que esta propuesta es viable desde el punto de vista de la cinemática del sistema.

The present research seeks to design a system for the automatic adjustment of the thickness of hot rolled billets, whose measurement tends to increase due to the gradual wear of the rolling rolls. Currently, in the Peruvian steel industry this adjustment process is carried out manually and requires the extraction of a specimen from the production line to verify its thickness. This action involves an unavoidable production pause, and its initial handling poses a risk of severe burns to the operators. This is why a system that estimates and adjusts the thickness of the billets continuously is needed. To do this, it is proposed to fuse two thickness estimates using the Kalman filter, the first by direct measurement using level sensors and the second based on the current consumption model of the motor that moves the rollers, which decreases as the rollers wear out. With this information, an algorithm is designed that automatically modifies the setpoint of the actuator responsible for adjusting the distance between the rollers. To validate it, the algorithm is simulated considering typical conditions of an industrial rolling system, which involves the presence of noise in the sensing carried out to obtain the estimates. Thus, the performance of several filters is tested, with the rectangular window moving average filter being the one that provides the filtering with the lowest mean square error. Finally, a reduced-scale prototype is manufactured to validate the concept of the control and correction system, considering only the kinematic synthesis of the system. Based on the tests carried out, the algorithm corrects the billet thickness when it exceeds an error threshold of 5mm until it decreases to less than 1mm. The simulation results and the implementation of the prototype demonstrate that the proposal is viable from the point of view of the system kinematics.