Vorrichtung zur Vorsteuerung der Walzspaltverstellung eines banddickengeregelten Kaltwalzgerüstes Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Vorsteuerung der Walzspaltverstellung eines banddicken geregelten Kaltwalzgerüstes, bestehend aus einem Dik- kenmessgerät zur Ermittlung der einlaufenden Band dicke, aus einem Differenzrechner zur Ermittlung von Banddickenänderungen,
aus einer Verzögerungseinrich tung für das Steuersignal zur Berücksichtigung der Lauf zeit des Walzgutes zwischen Messort und Walzspalt und aus einer Bewertungseinrichtung zur Berücksichtigung des Formänderungswiderstandes des Walzgutes und der Walzgerüstkonstanten bei der Ermittlung der Stehgrösse für die Walzspaltverstellung.
Bekannt ist eine Vielzahl von Systemen für die Dickenregelung, die teilweise auch eine Störgrössenauf schaltung aus der einlaufseitig erfassten Banddickenab weichung beinhalten. Die Bemessung des Steuersignals für eine möglichst genaue Dickenkorrektur auf Grund der gemessenen einlaufseitigen Abweichung ist dabei allerdings mit grossen Unsicherheiten behaftet, weil sich der Formänderungswiderstand des Walzgutes in. weiten Grenzen ändern kann und keine Anhaltspunkte über dessen Grösse vorhanden sind.
Aufgabe der Erfindung ist die Erzeugung eines Steuersignals aus dem Dickenmesswert des in den Walz- spalt einlaufenden Materials unter Berücksichtigung der elastischen Eigenschaften des Walzgerüstes und des. Formänderungswiderstandes des Walzgutes.
Das so ge wonnene Steuersignal wird in Abhängigkeit von der Walzgeschwindigkeit verzögert und wirkt über das Stell glied der vorhandenen Regeleinrichtung so auf die Band dicke ein, dass Änderungen der Banddicke des auslau fenden Bandes infolge Dickenänderungen des einlau fenden Materials weitestgehend vermieden werden. Auf diese Weise kann die Genauigkeit eines Dickenregelungs systems entscheidend verbessert werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass für die Bildung der Stellgrösse y gemäss der Formel y=K³Q³x, wobei K eine vom Walzgerüst abhängige Konstante, Q ein Mass für den Formänderungswiderstand des Walz- gutes und x eine der Sollwertabweichung des einlaufen den Bandes entsprechende elektrische Grösse bedeutet, ein Multiplizierglied vorgesehen ist, dem die Grösse Q von einem ersten Speicher zugeführt wird, in welchem sie stichweise beim Auftreten eines Steuersignals von einer Rechenschaltung eingegeben wird,
welche die Grösse Q nach der Formel
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ermittelt, wobei dhA = hA1-hA2 die Banddickenände rung des auslaufenden Bandes bedeutet, wobei die Walz- kraftänderung dPw = Pw1-Pw2 und die Banddickenände rung 4h:A = hA1-hA2 jeweils in der Weise festgestellt werden, dass die Walzkraft P5.1 und die Banddicke hA1 vor der Stellgrössenänderung nach Massgabe eines Steuer signals in je einem zweiten bzw. dritten Speicher fest gehalten und dann zusammen mit den Werten Pw2 bzw. PA2 unmittelbar nach der Stellgrössenänderung der Re chenschaltung zugeführt werden.
Über die Wahl der Bauglieder zur Verwirklichung der erforderlichen Rechen- und Speichervorgänge wird keine besondere Festlegung getroffen. Es können hierfür bekannte analoge oder digitale Bauelemente bzw. Bausteine verwendet werden, insbesondere können die logischen Verknüpfungen auch mit Hilfe eines frei pro- grammierbaren Digitalrechners ausgeführt werden.
Im letzten Fall kann auch der Regelalgorithmus für die zugehörige Dickenregelung vom Digitalrechner über nommen werden.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt. Fig. 1 zeigt eine allgemeine Vorrichtung zur Vorsteuerung der Walzspalt- verstellung eines banddickengeregelten Kaltwalzgerüstes gemäss der Erfindung;
die Fig. 2 veranschaulicht eine erfindungsgemässe Ausführungsform der Vorrichtung un- ter Verwendung einer speziellen Methode zur Ermittlung der vom Formänderungswiderstand abhängigen Stell grösse. Die Fig. 3 und 4 zeigen Walzkraft-Walzspalt- Diagramme.
Fig. 1 zeigt ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung. Spezielle Ausführungen werden, wie oben erwähnt, hauptsächlich charakterisiert durch die Fest legung der Stellgrösse zur Beeinflussung der Banddicke und des Messkreises zur Ermittlung des Formänderungs widerstandes des Walzgutes. In Fig. 1 ist mit hE die einlaufende Banddicke bezeichnet, hES ist der Sollwert der einlaufenden Banddicke, dhE ist die Abweichung der einlaufenden Banddicke hE von dem Sollwert hES, v ist die Walzgeschwindigkeit, x ist eine der Sollwertabwei chung dhE entsprechende elektrische Grösse, P1, P2, P3 und P# sind Walzparameter bzw. Gerüstkonstanten, Q ist der Formänderungswiderstand des Walzgutes und y ist die Stellgrösse.
Der Differenzrechner 2 vergleicht zwei zeitlich aufeinander folgende Werte der vom Dickenmessgerät 1 gelieferten Sollwertabweichung dhE. Er enthält einen Speicher für den ersten Messwert und eine Subtrahier- schaitung zur Errechnung der Differenz zweier Mess werte. Aufgabe des Differenzrechners ist die Feststellung einer Änderung der einlaufenden Banddicke hE bezogen auf einen Längenabschnitt. Die Sollwertabweichung dhE an sich darf nämlich noch keine Änderung der Stell grösse erzeugen, sondern nur deren Änderung. Oder anders ausgedrückt, der Walzspalt kann durch andere Einwirkungen (z. B.
Einstellung von Hand) so eingestellt sein, dass trotz einer Sollwertabweichung des einlaufen den Bandes das auslaufende Band keine Abweichung aufweist. Die Vorsteuer-Vorrichtung darf die Stell grösse y deshalb erst dann ändern, wenn sich auch die einlaufende Banddicke ändert.
Die Ausgangsgrösse der Verzögerungseinrichtung 3, d. h. das verzögerte Signal der Sollwertabweichung hE wird x genannt. Das Signal x ist Eingangsgrösse der Bewertungseinrichtung 4. Die Bewertungseinrichtung 4 hat zwei Aufgaben: erstens die Errechnung und Spei cherung des Formänderungswiderstandes Q des. Walz- gutes zu Stichbeginn aus den eingegebenen Walzpara- metern und Gerüstkonstanten P1 bis P4 und zweitens die laufende Errechnung der Stellgrösse y mit Hilfe des Ein gangssignals x und des gespeicherten Werts des Form- änderungswiderstandes Q.
Ausgangsgrösse der Bewer tungseinrichtung ist die Stellgrösse y.
Im folgenden wird die Bewertungseinrichtung 4 näher beschrieben.
Als Mass für den Formänderungswiderstand des Walzgutes wird die Neigung<I>Q</I> der plastischen Kenn linie (Fig. 3) verwendet. Die plastische Kennlinie stellt den Zusammenhang zwischen Walzspalthöhe h und Walzkraft P, dar.
Zur Ermittlung der Neigung Q setzt man voraus, dass an dem betreffenden Walzgerüst eine Messeinrichtung zur Messung der Walzkraft vorhanden ist.
Geht man zunächst davon aus, dass die Neigung Q der plastischen Kennlinie auf irgendeine Weise ermittelt worden ist, dann kann die Stehgrösse y nach der Bezie hung y = K - Q - x errechnet werden. Dabei ist K eine vom Walzgerüst abhängige Konstante, und x eine Grösse, die proportional der einlaufenden Banddicke ist, jedoch in der oben beschriebenen Weise (vgl. Fig. 1) umgeformt wurde. Die hier angeführte allgemeine Beziehung wird bei der Wahl der Stellgrössen noch näher erläutert.
Mit der erfindungsgemässen Vorsteuer-Vorrichtung wird die plastische Kennlinie nur in einem kleinen Be reich linearisiert (differentielle Methode). Die Grösse des Walzspaltes wird durch Vorgabe einer definierten Än derung der Stehgrösse geändert und die dabei auftretende Änderung der Walzkraft gemessen. Und zwar sowohl die Walzkraftänderung 4Pw, als auch die Änderung der gewalzten Dicke dhA als Folge der Stellgrössenänderung gemessen. Es ist dann
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In Fig. 2 ist die entsprechende Anordnung der Be wertungseinrichtung 4 dargestellt.
In Fig. 2 ist mit P, die Walzkraft bezeichnet, wobei P,1 eine erste und P,2 eine zweite Walzkraft ist, hA ist die auslaufende Banddicke mit einem ersten Wert h_11 und einem zweiten Wert hA2, S ist ein Steuersignal, U ist der Formveränderungs widerstand des Walzgutes, K ist eine gerüstabhängige Konstante, x ist eine der Sollwertabweichung der einlau fenden Banddicke entsprechende elektrische Grösse und y ist die Stellgrösse.
Die Bewertungseinrichtung enthält einen Speicher 8 für die Walzkraft P".1 und einen Speicher 12 für die Banddicke hA1, wobei der Index 1 den Wert dieser Grössen vor der Änderung der Stellgrösse kennzeichnet. Der Index 2 dieser Grössen ist den Werten unmittelbar nach der Änderung zugeordnet. In der Rechenschaltung 13 werden die Differenzen dPw = P,1- P,2 und ,hA = h.11 -hA2 und daraus der Quotient 4Pw l dhA gebildet. Speicherung von Q und Errechnung der Stell grösse y werden in den Einheiten 14 bzw. 15 ausgeführt.
Im folgenden wird beschrieben, wie gemäss der Er findung die Stehgrösse y festgelegt ist. Dadurch werden auch die notwendigen Gerüstkonstanten näher be zeichnet.
Der Walzspalt kann in bekannter Weise durch Ver stellen der Oberwalzer- beeinflusst werden. Das Ver halten des Walzgerüstes lässt sich dabei aus dem bekann ten Walzkraft-Walzspalt-Diagramm ablesen, das in Fig. 3 aufgezeichnet ist. In Fig. 3 ist mit P, die Walz- kraft bezeichnet, 4Pw, ist eine Walzkraftänderung, h ist die Walzspalthöhe, hE ist die Dicke des einlaufenden Bandes, hA ist die Dicke des auslaufenden Bandes, dhE ist die Dickenänderung des einlaufenden Bandes, AS ist der Oberwalzenverstellweg, M ist die Federkon stante des. Gerüstes und Q ist der Formänderungswider stand des Walzgutes.
Das Walzgut läuft mit der Dicke hE in den Walzspalt ein und wird unter dem Einfluss der Walzkraft entspre chend der plastischen Kennlinie 16 verformt, deren Stei gung im Arbeitspunkt den Wert Q hat.
Die Walzkraft verformt das Walzgerüst näherungsweise elastisch nach dem Hookschen Gesetz; die Auffederung des Walz- spaltes ist durch die Gerade 17 mit der Steigung M ge kennzeichnet, wobei M die Federkonstante des Gerüstes ist. Der Schnittpunkt der Geraden 17 mit der plastischen Kennlinie (Arbeitspunkt) legt die gewalzte Banddicke hA fest.
Eine Änderung der einlaufenden Banddicke um den Wert dhE bedeutet eine Parallelverschiebung der Kenn linie 16 auf der h-Achse (neue Linie 16a). Um die aus laufende Dicke auf einem konstanten Wert zu halten, muss die Kennlinie 17 in entgegengesetzter Richtung parallel zur h-Achse um den Wert As verschoben werden (Oberwalzenverstellweg)
. Aus den geometrischen Bezie hungen ergibt sich die erforderliche Änderung der Ober- walzenstellung zu
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Diese Form nimmt die oben angeführte allgemeine Beziehung y=K³Q³x an, wenn als Stellgrösse der Stellweg der Oberwalzenan stellung verwendet wird. Die vom Walzgerüst abhängige Konstante K ist gleich der reziproken Federkonstante M des Gerüstes.
Zur Ermittlung der Stellgrösse der Vorspannkraft an den Einbaustücken wird von einem vorgespannten Gerüst ausgegangen, bei dem die Vorspannkraft zwischen den Einbaustücken der Stützwalzen angreift. Gerüste dieser Bauart sind bekannt und nicht Gegenstand der Erfindung.
Das für derartige Gerüste gültige Kräfte-Walzspalt- Diagramm ist in Fig. 4 dargestellt. In Fig. 4 ist mit Pw1 eine erste und mit Pw2 eine zweite Walzkraft bezeichnet, PA1 ist eine erste und PA2 eine zweite Anstellkraft, PR, ist eine erste und PR2 eine zweite Vorspannkraft, dPw ist eine Walzkraftänderung, dPA eine Änderung der Anstellkraft, dPR ist eine Änderung der Vorspannkraft, h ist die Walzspalthöhe, hE1 ist die Dicke eines ersten einlaufenden Bandes, hE2 ist die Dicke eines.
zweiten einlaufenden Bandes, dhE ist die Dickenänderung des einlaufenden Bandes, hA ist die Dicke des auslaufenden Bandes, MA ist die Federkonstante des Ständers, M, ist die Federkonstante des Walzeneinbaus und Q ist der Formänderungswiderstand des Walzgutes.
Die Anstellkraft P,1 belastet den Walzenständer und setzt sich aus der Reaktionskraft des Walzgutes P, und der Vorspannkraft PR zusammen. Unter der Annahme linearer Verhältnisse dehnt sich der Walzenständer in folge PA gemäss der Geraden 18 mit der Steigung MA. Der Walzeneinbau möge sich infolge der Walzkraft nach der Geraden 19 verformen. Die plastische Kennlinie 20 ist der Einfachheithalber ebenfalls als. Gerade mit der Steigung Q gezeichnet.
Der Schnittpunkt der Geraden 19 mit 20 ergibt die Grösse des Walzspaltes, der zugleich die Ausgangsdicke hA darstellt.
Ändert sich nun die einlaufende Banddicke vom Wert hE1 um dhE auf den Wert hE2, bedeutet dies eine Paral lelverschiebung der plastischen Kennlinie von 20 nach 20a. Die Stellkraft PR soll dann genau um den Betrag dPR geändert werden, der die Auslaufdicke hA konstant hält. Aus der Fig. 4 ist zu entnehmen, dass sich dann sowohl die Anstellkraft PA als auch die Walzkraft P, ent sprechend ändern müssen, d. h. es ist dPR = dPA-dPw.
Die erforderliche Stellkraftänderung ergibt sich aus den geometrischen Beziehungen der Fig. 4 zu dPR= 1 +MA/Mw)Q³dhE Diese Gleichung lässt sich noch einfacher darstellen, wenn man berücksichtigt, dass sich die Federkonstante M des Gerüstes aus den Federkonstanten MA des Ständers und MR, des Walzeneinbaus nach der Beziehung
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errechnet. Es ist dann
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Die gerüstabhängige Konstante K ist hier dem nach K = MA/M, d. h. das Verhältnis der Federkon stanten des Ständers zu der Federkonstanten des Ge rüstes.