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Regeleinrichtung für den elektrischen Antrieb von rotierenden Scheren
Für das Zerteilen des Walzgutes benutzt man in Walzwerken rotierende Scheren, die häufig jeweils aus einer Ruhestellung auf eine der Gutgeschwindigkeit entsprechende Drehgeschwindigkeit beschleunigt werden. Nach dem Schnitt werden die Scheren in die Ruhestellung weitergedreht. Um die Genauigkeit beim Schneiden zu erhöhen, kann man eine Lageregelung vorsehen, die dafür sorgt, dass die Ruhestellung j richtig eingehalten wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Antrieben für solche Scheren und ähnliche Zerteil- einrichtungen die Brems- und Stillsetzzeit auf ein Minimum herabzusetzen, um damit den Durchsatz zu erhöhen.
Zu diesem Zweck geht die Erfindung zunächst von einer Drehzahlregelung mit unterlagerter Beschleu- nigungsregelung und dieser unterlagerter Stromregelung in vermaschten Regelkreisen aus. Die Unterlage- rung von Teilregelkreisen, bei denen jeweils die Ausgangsgrösse eines übergeordneten Reglers den Soll- wert für den untergelagerten Regelkreis darstellt, hat sich in letzter Zeit in steigendem Masse in die An- triebstechnik eingeführt. Besondere Vorteile dieser Regelmethode sind die relativ geringe Abgleichsarbeit am Einbauort, die Übersichtlichkeit der Regelkreise und die Möglichkeit, die einzelnen Ausgangsgrössen der Teilregler auf einfache Weise zu begrenzen und damit dem nachfolgenden unterlagerten Regelkreis wirksame Grenzwerte vorzuschreiben.
Unter Anwendung der oben erwähnten Drehzahlregelung ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlregelung ein Wegregler übergeordnet ist, dessen Eingang von einem während des Sche- renumlaufs durch zeitliche Integration der Scherengeschwindigkeit gewonnenen Regelabweichungssignal, in Abhängigkeit von Unterschreiten eines Grenzwertes der Drehzahlregelabweichung bei Annäherung an die Ruhestellung, auf ein unmittelbar mittels Stellungsfühler gewonnenes Regelabweichungssignal selbst- tätig umgeschaltet wird.
Die Schere steht somit dauernd unter dem Einfluss einer Weg-bzw. Lageregelung, doch werden die
Istwerte bzw. die Regelabweichungssignale in der jeweils günstigsten Form wirksam gemacht. Ein Stel- lungsfühler für die Lageregelung ist nämlich für die Wegregelung während des Scherenumlaufs unzweck- mässig, und umgekehrt kann eine Integration der Scherengeschwindigkeit für das Einlaufen in die Ruhe- stellung nicht genügend genau sein.
Die Ausgangsgrösse des Wegereglers stellt in der bei vermaschten Regelkreisen üblichen Art die Soll- grösse tür den unterlagerten Drehzahlregelkreis dar. Es muss datür gesorgt werden, dass die Drehgeschwin- digkeit der Schere in Abhängigkeit von der Gutgeschwindigkeit begrenzt wird. Dies ist hier sehr einfach durch entsprechende Begrenzung der Ausgangsgrösse des Wegreglers erzielbar. Da die Scherenstellung in
Form einer elektrischen Grösse (Wegistwert) vorliegt, können verschiedene Zusatzbedingungen, die für die Funktion des Scherenantriebes wichtig sind, elektronisch ohne Kopierwerkskontakte erfüllt werden, indem der Wegistwertzur zusätzlichen wegabhängigen Beeinflussung der Regelung verwendet wird.
Beispielswei- se kann man bei Scheren mit Rücklauf dem Wegsollwert, der einer Scherenumdrehung entspricht, einen
Wegzusatzsollwert überlagern, der etwa im Schnittzeitpunkt wegabhängig abgeschaltet wird. Dadurch wird dem Scherenantrieb vor dem Schnitt ein zu grosser Sollwert gegeben und eine vorzeitige Begrenzung
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rückgelegt haben. Dieser Weg wird im allgemeinen dem Scherenweg bis zum Schnitt entsprechen.
Fig. 3 zeigt grundsätzlich das Verhalten des Sollwertgebers 30. Im Bereich zwischen den Scherenwegen oc und et, der vor der Schnittstellung liegt und diese mit umfasst, wird ein Stromzusatzsollwert i * abgegeben, der dafür sorgt, dass der Scherenmotor zum Schnitt das maximale Moment rechtzeitig aufbringt. Der Winkelwert ct2 kann dabei selbsttätig geschwindigkeitsabhängig derart beeinflusst werden. dass der Bereich ce 2 um so grösser ist, je grösser die Scherengeschwindigkeit wird. Die Grösse des Stromzusatzsollwertes kann für sich eingestellt werden. Dies kann in Abhängigkeit vom Schneidgutquerw schnitt von Hand oder in Abhängigkeit vom Sollwert der Scherengeschwindigkeit selbsttätig geschehen.
DieFig. 4 und 5 zeigen den Schnittvorgang bei kleiner Walzgutgeschwindigkeit (Fig. 4) und bei der maximal einstellbaren Walzgutgeschwindigkeit (Fig. 5). Für maximale Geschwindigkeit ist ein Anlaufwinkel von 2700 angenommen.
Bei der Einleitung der Scherenumdrehung durch ein Startsignal bei 27 wird der Wegregler 21 über den Kontakt 26 mit dem Regelabweichungssignal verbunden, das aus der Differenz zwischen dem Wegsollwert und dem vom Integrierverstärker 23 gelieferten Wegistwert besteht. Das Regelabweichungssignal ist zu- nächst sehr gross (entsprechend 540"in Fig. 4), so dass der Wegregler einen hohen Drehzahlsollwert n * abgibt und der Drehzahlregler übersteuert wird. Der Anlauf der Schere erfolgt nun im wesentlichen ) unter dem Einfluss des Beschleunigungsreglers mit konstanter Beschleunigung so lange, bis die Walzgutgeschwindigkeiterreichtist. Von da an bestimmt der Drehzahlregler die Scherengeschwindigkeit, wie durch den waagrechten Abschnitt der Kennlinie n in Fig. 4 angedeutet.
Mit übereinstimmender Walzgut- und Scherengeschwindigkeit wird nun die Schnittstellung von 2700 erreicht und der Schnitt durchgeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Wegzusatzsollwert abgeschaltet, so dass für den Antrieb nun der Grundsollwert von 3600 gilt. Dies führt zu sofortiger Verzögerung des Scherenantriebes wieder unter dem Einfluss des Beschleunigungsreglers, also mit konstanter Verzögerung, bis die Ruhestellung der Schere annähernd erreicht ist. Wenn die Drehzahlregelabweichung unter einen wählbaren Grenzwert sinkt, wird der Wegregler 21 auf das vom Stellungsfühler 24 gelieferte Signala umgeschaltet, so dass die Schere exakt in die Ruhestellung eingeführt wird.
Bei hoher Walzgutgeschwindigkeit muss auch die Schere auf hohe Geschwindigkeit gebracht werden, so dass trotz des Abschaltens des Wegzusatzsollwertes im Schnittzeitpunkt die Schere nicht mehr überschwingungsfrei in die Ruhestellung von 3600 einlaufen kann. Wie in Fig. 5 veranschaulicht, wird die Schere dann nach einem Überschwingvorgang in die Ruhestellung zurückgeführt. Die hiebei erforderliche Meldung des Wegistwertes geschieht durch den Integrierverstärker 23 einwandfrei. Der Stellungsfühler 24 kann, da er vom Wegregler 21 abgeschaltet ist, zu dieser Zeit nicht störend einwirken. Erst nach Annäherung an die Ruhestellung bei Unterschreiten eines Grenzwertes der Drehzahlregelabweichung kann das vom Stellungsfühler gelieferte Signal die genaue Einführung in die Ruhestellung überwachen.
Im Zeitpunkt des Umschaltens auf das Signal Aa : wird der im Integrierverstärker 23 gebildete Weg- istwert gelöscht, so dass er beim nächsten Schnitt wieder vom Nullpunkt an integriert. Dieser kann beispielsweise ebenfalls vom Umschalter 25 gesteuert werden. Ferner kann es zweckmässig sein, Beschleunigungs-und Stromregler nach Ablauf einer bestimmten Zeit mit Hilfe eines Zeitgliedes und des Umschalters 25 abzuschalten und erst dann wieder in Betrieb zu nehmen, wenn der nächste Startbefehl bei 27 gegeben wird. Der Umschalter 25 hat somit zugleich auch die Funktion einer Stillstandsüberwachung.
Mit der Regeleinrichtung nach der Erfindung lassen sich aussergewöhnlich kurze Brems- und Stillsetzzeiten erreichen. Ihre vorteilhaften Betriebseigenschaften beruhen im wesentlichen auf dem selbsttätigen Übergang der massgeblichen Rolle im Regelkreis auf die einzelnen Regler. Wie bereits in Verbindung mit Fig. 4 und 5 erwähnt, beherrscht bei einer Scherenumdrehung zunächst der Beschleunigungsregler, dann der Drehzahlregler und schliesslich der Wegregler den Schnittvorgang. Auch der Stromregler kann entscheidend sein, nämlich dann, wenn die Schere auf Schnittstrom geregelt wird. Die Ablösung zwischen den einzelnen Reglern erfolgt reibungslos durch die verschiedenen Begrenzungsglieder.
Es ist einleuchtend, dass die Erfindung nicht nur bei Walzgutscheren, sondern auch bei ähnlichen Zerteileinrichtungen für durchlaufendes Gut vorteilhaft verwendbar ist. Der innere Aufbau der einzel- nen Regler ist zwar grundsätzlich freigestellt, doch haben sich Transistorregler als besonders zweckmä- ssig erwiesen.
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Control device for the electric drive of rotating shears
To cut up the rolling stock, rotating shears are used in rolling mills, which are often accelerated from a rest position to a rotational speed corresponding to the speed of the product. After the cut, the scissors are turned to the rest position. In order to increase the accuracy when cutting, a position control can be provided which ensures that the rest position j is correctly maintained.
The invention is based on the object of reducing the braking and stopping time to a minimum in drives for such scissors and similar cutting devices in order to increase the throughput.
For this purpose, the invention is initially based on a speed control with subordinate acceleration control and this subordinate current control in meshed control loops. The subordinate control loops, in which the output variable of a higher-level controller represents the setpoint for the subordinate control loop, has recently become increasingly popular in drive technology. Particular advantages of this control method are the relatively little adjustment work at the installation site, the clarity of the control loops and the possibility of simply limiting the individual output variables of the sub-controllers and thus prescribing effective limit values for the downstream control loop.
Using the above-mentioned speed control, the invention is characterized in that the speed control is superordinated to a position controller, the input of which is derived from a control deviation signal obtained during the scissor circulation by integrating the scissor speed over time, depending on the speed control deviation falling below a limit value when approaching the rest position , is automatically switched to a control deviation signal obtained directly by means of a position sensor.
The scissors are thus constantly under the influence of a path or. Position control, but they are
Actual values or the control deviation signals are made effective in the most favorable form. A position sensor for the position control is namely inexpedient for the position control during the scissor rotation, and conversely, an integration of the scissors speed cannot be sufficiently precise for the approach to the rest position.
The output variable of the position controller represents the set variable for the subordinate speed control loop in the usual way with meshed control loops. It must of course be ensured that the rotational speed of the shears is limited depending on the speed of the crop. This can be achieved very easily here by correspondingly limiting the output size of the position controller. Since the scissor position in
In the form of an electrical variable (actual travel value), various additional conditions that are important for the function of the scissor drive can be met electronically without copier contacts by using the actual travel value for additional travel-dependent influencing of the control.
For example, in the case of scissors with return, the path setpoint corresponding to one scissor rotation can be set
Superimpose the additional path setpoint that is switched off depending on the path approximately at the cutting time. As a result, the scissors drive is given too high a target value before the cut and a premature limitation
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have covered. This path will generally correspond to the scissors path to the cut.
3 basically shows the behavior of the setpoint generator 30. In the area between the scissor paths oc and et, which lies in front of the cutting position and includes this, an additional current setpoint i * is output, which ensures that the scissor motor reaches the maximum torque in time for the cut brings up. The angle value ct2 can automatically be influenced in this way as a function of the speed. that the area ce 2 is greater, the greater the shear speed. The size of the additional current setpoint can be set individually. This can be done manually, depending on the cross-section of the material to be cut, or automatically depending on the setpoint of the scissors speed.
TheFig. 4 and 5 show the cutting process at a low rolling stock speed (Fig. 4) and at the maximum adjustable rolling stock speed (Fig. 5). An approach angle of 2700 is assumed for maximum speed.
When the scissors rotation is initiated by a start signal at 27, the path controller 21 is connected via the contact 26 to the control deviation signal, which consists of the difference between the desired path value and the actual path value supplied by the integrating amplifier 23. The control deviation signal is initially very large (corresponding to 540 "in FIG. 4), so that the position controller outputs a high speed setpoint n * and the speed controller is overridden. The start of the scissors now takes place essentially) under the influence of the acceleration controller with a constant Acceleration until the rolling stock speed is reached, from then on the speed controller determines the shear speed, as indicated by the horizontal section of the characteristic curve n in FIG.
With the same rolling stock and shear speed, the cutting position of 2700 is reached and the cut is carried out. At this point in time the additional travel setpoint is switched off so that the basic setpoint of 3600 now applies to the drive. This leads to an immediate deceleration of the scissors drive again under the influence of the acceleration controller, i.e. with a constant deceleration until the scissors have almost reached the rest position. If the speed control deviation falls below a selectable limit value, the position controller 21 is switched to the signal a supplied by the position sensor 24, so that the scissors are inserted exactly into the rest position.
At high rolling stock speeds, the shears must also be brought up to high speed, so that despite the switching off of the additional setpoint at the cutting time, the shears can no longer enter the idle position of 3600 without overshoots. As illustrated in FIG. 5, the scissors are then returned to the rest position after an overshoot process. The reporting of the actual position value required here is carried out correctly by the integrating amplifier 23. The position sensor 24, since it is switched off by the position controller 21, cannot have a disruptive effect at this time. Only after approaching the rest position when the speed control deviation falls below a limit value can the signal supplied by the position sensor monitor the exact introduction into the rest position.
At the time of switching over to signal Aa: the actual displacement value formed in the integrating amplifier 23 is deleted so that it is integrated again from the zero point at the next cut. This can also be controlled by the switch 25, for example. Furthermore, it can be expedient to switch off the acceleration and current controllers after a certain time has elapsed with the aid of a timer and the switch 25 and only to restart them when the next start command is given at 27. The changeover switch 25 thus also has the function of a standstill monitoring.
With the control device according to the invention, exceptionally short braking and stopping times can be achieved. Their advantageous operating properties are essentially based on the automatic transition of the decisive role in the control loop to the individual controllers. As already mentioned in connection with FIGS. 4 and 5, when the scissors rotate, first the acceleration controller, then the speed controller and finally the path controller controls the cutting process. The current regulator can also be decisive, namely when the shears are regulated to cut current. The replacement between the individual controllers is carried out smoothly by the various limiting elements.
It is evident that the invention can advantageously be used not only with rolling stock shears, but also with similar dividing devices for goods running through. The internal structure of the individual regulators is basically free, but transistor regulators have proven to be particularly useful.