DE102004054296A1 - Steuer- und/ oder Regeleinrichtung für ein Stützrollengerüst einer Stranggießvorrichtung für Metalle, insbesondere für Stahlwerkstoffe - Google Patents
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Abstract
Eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung für ein Stützrollengerüst (2) einer Stranggießvorrichtung (1) für Metalle, insbesondere für Stahlwerkstoffe (3), aus mehreren aufeinander folgenden Rollensegmenten (8) mit gegeneinander anstellbaren Unterrahmen (11) und Oberrahmen (12) und paarweisen Kolben-Zylinder-Einheiten (13), wobei die Messdaten von Feldgeräten (14) dezentral erfasst und verarbeitet werden, vereinfacht die Feldverkabelung und das Regelungskonzept durch Verlagern von Funktionen auf oder neben ein Rollensegment (8) dadurch, dass die Feldgeräte (14) an oder auf den Rollensegmenten (8) oder in der Nähe des Rollensegmentes (8) an dem ortsfesten Hallen-Gerüst (17) angeordnet sind und deren Messsignale über Achsen-Regler (18) verarbeitet und gespeichert werden und mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung (19) über ein Feldbusmodul (20) kommunizieren.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung für ein Stützrollengerüst einer Stranggießvorrichtung für Metalle, insbesondere für Stahlwerkstoffe, das aus mehreren aufeinander folgenden Rollensegmenten besteht, die jeweils über die Stützrollen tragenden Unterrahmen und einen gegenüberliegenden Oberrahmen mittels paarweisen Kolben-Zylinder-Einheiten gegeneinander geregelt anstellbar sind, zum Fördern, Richten und/oder zur Verbesserung der Innenqualität und zur Dickenänderung, wobei die Messdaten von Feldgeräten dezentral erfasst und verarbeitet werden.
- Zur Anstellung nur eines Hydraulikzylinders sind die verschiedenen Signale, die im Bereich dieses Hydraulikzylinders entstehen und umgesetzt werden müssen, mit einem Regelungsteil elektrisch zu verbinden. Aus diesem Grund ist einerseits die Feldverkabelung der Rollensegmente und damit der gesamten Strangführung bis zur zentral installierten Regelungsschaltung sehr aufwendig. Andererseits ist aufgrund der großen Anzahl der zu verarbeitenden Signale eine zentrale Regelungsschaltung ebenfalls sehr aufwendig.
- Die Distanz zur Regelungsschaltung im Steuerhaus auf der Gießbühne ist nach wie vor sehr groß und kann bis zu 100 m betragen. Da jedes Rollensegment 4 Positionsgeber, 4 Sätze Regelungsventile (Servo- bzw. Schaltventile) und in einigen Fällen acht Druckaufnehmer/Druckgeber aufweist, müssen je Segment vier synchron-serielle Schnittstellen und 12 Analog- bzw. Digital-Signale verarbeitet werden. In einer Stranggießanlage befinden sich oft mehr als 15 angestellte Rollensegmente: in diesen sind 60 synchron-serielle Schnittstellen und 180 Analog- bzw. 240 Digital-Signale von einem Regelventil zu verarbeiten. Bei dieser hohen Anzahl von zu verarbeitenden Signalen sind die Kosten für eine zentrale Regelungsschaltung zu hoch und die zentrale Regelungsschaltung stößt an ihre Grenzen der Leistungsfähigkeit.
- Es ist eine dezentrale Regelungsschaltung bekannt (WO 01/94052 A1), die ein Verfahren zur dezentralen Gießdatenverarbeitung der an einer Stranggießkokille über Sensoren gewonnenen Messdaten in einem Prozessrechner der Steuerung der Stranggießanlage die Messstrecke effizienter macht und vereinfacht die Einrichtung, indem die Mess- und Steuerdaten in gekühlten Feldbus-Modulen unmittelbar auf der Stranggießkokille gesammelt und in Bus-Signale in eine Bus-Leitung überführt und zumindest in der Steuerung der Stranggießanlage gespeichert und/oder verarbeitet werden.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Feldverkabelung und das Regelungskonzept der Strangführung durch Verlagern von Funktionen auf oder neben ein Rollensegment zu verbessern.
- Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Feldgeräte an oder auf den Rollensegmenten oder in der Nähe des Rollensegmentes an dem ortsfesten Hallen-Gerüst angeordnet und deren Messsignale über Achsen-Regler verarbeitet und gespeichert werden und mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung über ein Feldbusmodul kommunizieren. Die entstehenden Messsignale werden unmittelbar vor Ort in kleineren Regelungsschaltungen (den Achsen-Reglern) verarbeitet und gespeichert. Ein solcher Achsen-Regler arbeitet für jedes Rollensegment separat und übernimmt sämtliche Regelungs- und Überwachungsaufgaben. Sämtliche Achsen-Regler kommunizieren mit einer speicherprogram mierten Steuerung über ein Feldbusmodul. Solche Achsen-Regler sind auf speziellen Mikroprozessoren basierende Schaltungen, die zur Steuerung von Servo-Achsen eingesetzt werden. Die Standard-Software in der Bewegungs-Steuerung fügt eine Echtzeit-Steuerung für die Achsen-Einstellung ein. Die Bewegungs-Steuerung besitzt bspw. Schnittstellen für:
- – Absolut- oder Inkremental-Positionsgeber
- – Digital- oder Analog-Ein- oder Ausgänge,
- – einen Feldbus,
- – ein Netzwerk.
- Die für die Anwendung eingesetzte Bewegungs-Steuerung umfasst eine Tastatur und eine Datenanzeigeeinrichtung (Display). Die Anwendungs-Software ist Standard und ist in einem wiederholbaren Speicher gespeichert. Die Bewegungs-Steuerung ist in der Lage, mehrere Achsen zu steuern. Auf einem grafischen Menu basierend, wird die Bewegungs-Steuerung über Parameter an den Achsen-Typ angepasst und an den Typ der Positions-Rückführung. Ein Programmieren ist nicht notwendig. Über den Feldbus- oder den Netzwerks-Anschluss erhält die Bewegungs-Steuerung die erforderlichen Sollwerte und die Start-Bewegung und koppelt diese auf das übergeordnete System mit der Position und einer Zustandsanzeige zurück. Die Anwendung erfolgt auf die Kolben-Zylinder-Einheiten der Rollensegmente, d.h. deren Hauptachsen, wie bspw. der Hydraulikzylinder-Achse.
- Grundsätzlich wird eine Verbesserung der Regelung und Steuerung durch zwei Arten von Schaltkreisen erzielt.
- Eine erste Ausführungsform besteht darin, dass auf dem Rollensegment-Oberrahmen die Feldgeräte an dem Achsen-Regler in einem Klemmenkasten angeschlossen sind, auf dem Rollensegment-Oberrahmen Schaltventile vorgesehen und mit dem Achsen-Regler verbunden sind und von dem Achsen-Regler über eine lösbare Medienkupplung mittels Kabelpaketen mit einem Klemmenkasten, der auf dem ortsfesten Hallen-Gerüst angeordnet ist, über ein Feldbusmodul mit der speicherprogrammierbaren Steuerung in einem Steuerraum der Stranggießvorrichtung verbunden ist. Die Achsen-Regler erhalten Sollwertvorgaben und melden Warnungen oder Störungen an die speicherprogrammierbare Steuerung zurück. Die speicherprogrammierbare Steuerung kann diese Informationen auch an eine Visualisierungseinrichtung übertragen. Bei Variation der Anzahl von Rollensegmenten in verschiedenen Stranggießanlagen können die Aufwendungen für die Applikations-Software in der speicherprogrammierbaren Steuerung minimiert werden.
- Eine zweite Ausführungsform ist dahingehend gestaltet, dass auf dem Rollensegment-Oberrahmen die Signale der Positionsgeber aus den Hydraulikzylindern jeweils an einen Klemmenkasten geführt sind, dass ein mittels einer lösbaren Medienkupplung gebildetes Kabelpaket von dem Rollensegment auf das ortsfeste Hallen-Gerüst oder auf die Stranggießvorrichtung und einen Achsen-Regler geführt sind, dass an den Achsen-Regler ein Ventilstand auf dem ortsfesten Gerüst angeschlossen ist und dass die Signale von dem Achsen-Regler über ein Feldbusmodul zu der speicherprogrammierbaren Steuerung in einen Steuerraum der Stranggießvorrichtung geführt ist. Dadurch wird die Steuerung und die Regelung ebenfalls verbessert bzw. vereinfacht.
- Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Achsen-Regler die gespeicherten Signale zum Positionieren der Stützrollen, Synchronisieren der angetriebenen Stützrollen von Nachbar-Rollensegmenten, für linke oder rechte Hydraulikzylinder bzw. für die Einlaufseite oder Auslaufseite, die Überwachung des Zustandes der Sensoren, eine Rollensegment-Kodierung, für Wartungszyklen u. dgl. verarbeitet.
- Eine andere Ausgestaltung besteht darin, dass die Klemmenkästen mittels des auf dem Oberrahmen des Rollensegmentes vorhandenen Maschinenkühlwassers gekühlt sind.
- Weitere Erfindungsmerkmale ergeben sich dadurch, dass die Feldbusmodule physikalisch mittels elektrischen Metallleitungen, Lichtwellenleitern oder drahtloser Übertragungstechnik oder Infrarot-Signalen anschließbar sind. Für das erste Ausführungsbeispiel der Signalübertragung reichen drei Kabel zur Versorgung eines Rollensegmentes aus: Für die Spannungsversorgung des Achsen-Reglers, für die Spannungsversorgung des Feldbusmoduls und für die Daten des Feldbusmoduls.
- Weitere Merkmale sind, dass die Kabel des Kabelpakets für die Spannungsversorgung, die Achsen-Regler und die Feldbusmodule mittels einer gemeinsamen Steckverbindung angeschlossen sind.
- Schließlich ist eine Ausgestaltung dadurch gegeben, dass die Kabel für die Signale der Positionsgeber, vom Klemmenkasten auf dem Rollensegment mittels einer Medienkupplung als lösbare Steckverbindung zum Achsen-Regler ausgebildet ist. Hier müssen lediglich die in den Hydraulikzylindern integrierten Positionsgeber eines jeden Rollensegmentes über die Steckverbindung zum Ventilstand aus dem Hallen-Gerüst und von dort aus mit allen anderen Signalen mit dem vor Ort installierten Achsen-Regler verbunden werden.
- In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die nachstehend näher erläutert werden.
- Es zeigen:
-
1 eine Seitenansicht einer Stranggießvorrichtung mit Hallen-Gerüst, -
2 eine perspektivische Darstellung eines Rollensegmentes, -
3 eine Prinzip-Darstellung in Baukasten-Art eines ersten Ausführungsbeispiels
und -
4 eine Prinzip-Darstellung in Baukasten-Art eines zweiten Ausführungsbeispiels. - Die Stranggießvorrichtung
1 gemäß1 weist ein Stützrollengerüst2 auf, in dem der aus flüssigem Stahlwerkstoff3 aus einer Gießpfanne4 über einen Verteiler5 und eine Stranggießkokille6 geflossene und teilweise abgekühlte Gießstrang7 gestützt und weiter gekühlt wird. Das Stützrollengerüst2 besteht aus mehreren, oft bis zu 15 Rollensegmenten8 , von denen das erste Rollensegment8a von einer Dampfkammer9 umgeben ist. Jedes der aufeinander folgenden Rollensegmente8 ist aus einem Stützrollen10 tragenden Unterrahmen11 und einem gegenüberliegenden Oberrahmen12 gebildet. Der Unterrahmen11 und der Oberrahmen12 sind jeweils mittels paarweisen Kolben-Zylinder-Einheiten13 , vgl.2 , gegeneinander geregelt anstellbar, von denen in2 zwei Paare mit ihren Hydraulikzylindern13a sichtbar sind. Das Messen der hydraulischen Drücke, Positionen der Kolben usw. mit dem Ergebnis aus Messdaten wird mittels Sensoren, Positionsgebern, Druckgebern, Regelventilen u. dgl. erhalten, die zusammengefasst unter dem Begriff von Feldgeräten14 zu verstehen sind. Außerdem werden Schaltventile15 und Regelventilblöcke16 eingesetzt. Die dadurch gesteuerten und/oder geregelten Kolben-Zylinder-Einheiten13 fördern, richten und/oder verbessern die Innenqualität des Gießstrangs7 und berücksichtigen über die Stützrollen10 örtliche Dickenänderungen. - Das Feldgerät
14 kann jeweils auf zwei Arten ein zentrales Regelungssystem durch ein jeweils dezentrales ersetzen: Die Feldgeräte14 werden am oder auf dem Rollensegment8 oder in der Nähe des Rollensegmentes8 an dem ortsfesten Hallen-Gerüst17 , das auch als sogen. "Festland" bezeichnet wird, angeordnet, wobei deren Messsignale über Achsen-Regler18 verarbeitet und gespeichert werden und wobei die Achsen-Regler18 mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung19 und mit einem Feldbusmodul20 kommunizieren. - Die erste Art der Zuordnung von Messelementen und Baugruppen besteht darin, dass an oder auf dem Rollensegment-Oberrahmen
12 die Feldgeräte14 an den Achsen-Reglern18 in einem Klemmenkasten21 angeschlossen sind, auf dem Rollensegment-Oberrahmen12 Schaltventile15 vorgesehen und mit den Achsen-Reglern18 verbunden sind und von dem Achsen-Regler18 über eine lösbare Medienkupplung22 mittels eines Kabelpaktes23 an einen ortsfesten Klemmenkasten24 , der auf dem ortsfesten Hallen-Gerüst17 (1 ) angeordnet ist, angeschlossen ist und über ein Feldbusmodul20 mit der speicherprogrammierbaren Steuerung19 in einem Steuerraum25 der Stranggießvorrichtung1 verbunden ist (3 ). - Die zweite Art der Zuordnung von Messelementen und Baugruppen gemäß
4 besteht darin, dass auf dem Rollensegment-Oberrahmen12 die Signale der Positionsgeber aus den Hydraulikzylindern13a jeweils an den Klemmenkasten21 geführt sind. Ein mittels einer lösbaren Medienkupplung22 gebildetes Kabelpaket23 ist von seinem Rollensegment8 auf das ortsfeste Hallen-Gerüst17 oder auf die Stranggießvorrichtung1 und den Achsen-Regler18 geführt. An diesen Achsen-Reglern18 ist ein Ventilstand26 auf dem ortsfesten Gerüst17 angeschlossen. Die Signale von dem Achsen-Regler18 werden über das Feldbusmodul20 zu einer speicherprogrammierbaren Steuerung19 in den Steuerraum25 der Stranggießvorrichtung1 geführt. - Der Achsen-Regler
18 verarbeitet die gespeicherten Signale zum Positionieren, Synchronisieren, für linke oder rechte Hydraulikzylinder13a oder für die Aktivierung der Ein- oder Auslaufseite des Gießstrangs7 , den Zustand der Sensoren, eine Rollensegment-Kodierung, für Wartungszyklen oder ähnliche Funktionen. - Die Klemmenkästen
21 auf dem Oberrahmen12 eines Rollensegments8 werden mit dem dort anderweitig zur Verfügung stehenden Maschinenkühlwasser gekühlt. - Die Feldbusmodule
20 werden physikalisch mittels elektrischen Metallleitungen, oder Lichtwellenleitern oder drahtloser Übertragungstechnik oder Infrarot-Signale angeschlossen und verbunden. - Die Kabel des Kabelpaketes
23 für die Spannungsversorgung transportieren die Energie für die Achsen-Regler18 und die Feldbusmodule20 und bilden eine gemeinsame Steckverbindung22a . -
- 1
- Stranggießvorrichtung
- 2
- Stützrollengerüst
- 3
- flüssiger Stahlwerkstoff
- 4
- Gießpfanne
- 5
- Verteiler
- 6
- Stranggießkokille
- 7
- Gießstrang
- 8
- Rollensegment
- 8a
- erstes Rollensegment
- 9
- Kammer
- 10
- Stützrolle
- 11
- Unterrahmen
- 12
- Oberrahmen
- 13
- Kolben-Zylinder-Einheit
- 13a
- Hydraulikzylinder
- 14
- Feldgerät
- 15
- Schaltventil
- 16
- Regelventilblock
- 17
- Hallen-Gerüst
- 18
- Achsen-Regler
- 19
- speicherprogrammierbare Steuerung
- 20
- Feldbusmodul
- 21
- Klemmenkasten an dem Rollensegment
- 21a
- Klemmenkasten am Hallen-Gerüst
- 22
- lösbare Medienkupplung
- 22a
- gemeinsame Steckverbindung
- 23
- Kabelpaket
- 24
- ortsfester Klemmenkasten
- 25
- Steuerraum
- 26
- Ventilstand
Claims (8)
- Steuer- und/oder Regeleinrichtung für ein Stützrollengerüst (
2 ) einer Stranggießvorrichtung (1 ) für Metalle, insbesondere für Stahlwerkstoffe (3 ), das aus mehreren aufeinander folgenden Rollensegmenten (8 ) besteht, die jeweils über die Stützrollen (10 ) tragenden Unterrahmen (11 ) und einen gegenüberliegenden Oberrahmen (12 ) mittels paarweisen Kolben-Zylinder-Einheiten (13 ) gegeneinander geregelt anstellbar sind, zum Fördern, Richten und/oder zur Verbesserung der Innenqualität und zur Dickenänderung, wobei die Messdaten von Feldgeräten (14 ) dezentral erfasst und verarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldgeräte (14 ) an oder auf den Rollensegmenten (8 ) oder in der Nähe des Rollensegmentes (8 ) an dem ortsfesten Hallen-Gerüst (17 ) angeordnet sind und deren Messsignale über Achsen-Regler (18 ) verarbeitet und gespeichert werden und mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung (19 ) über ein Feldbusmodul (20 ) kommunizieren. - Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Rollensegment-Oberrahmen (
12 ) die Feldgeräte (14 ) an dem Achsen-Regler (18 ) in einem Klemmenkasten (21 ) angeschlossen sind, auf dem Rollensegment-Oberrahmen (12 ) Schaltventile (15 ) vorgesehen und mit dem Achsen-Regler (18 ) verbunden sind und von dem Achsen-Regler (18 ) über eine lösbare Medienkupplung (22 ) mittels eines Kabelpaketes (23 ) mit einem Klemmenkasten (24 ), der auf dem ortsfesten Hallen-Gerüst (17 ) angeordnet ist, über ein Feldbusmodul (20 ) mit der speicherprogrammierbaren Steuerung (19 ) in einem Steuerraum (25 ) der Stranggießvorrichtung (1 ) verbunden ist. - Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Rollensegment-Oberrahmen (
12 ) die Signale der Positionsgeber aus den Hydraulikzylindern (13a ) jeweils an einen Klemmenkasten (21 ) geführt sind, dass ein mittels einer lösbaren Medienkupplung (22 ) gebildetes Kabelpaket (23 ) von dem Rollensegment (8 ) auf das ortsfeste Hallen-Gerüst (17 ) oder auf die Stranggießvorrichtung (1 ) und einen Achsen-Regler (18 ) geführt sind, dass an den Achsen-Regler (18 ) ein Ventilstand (26 ) auf dem ortsfesten Gerüst (17 ) angeschlossen ist und dass die Signale von dem Achsen-Regler (18 ) über ein Feldbusmodul (20 ) zu der speicherprogrammierbaren Steuerung (19 ) in einen Steuerraum (25 ) der Stranggießvorrichtung (1 ) geführt ist. - Einrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Achsen-Regler (
18 ) die gespeicherten Signale zum Positionieren der Stützrollen (10 ), Synchronisieren der angetriebenen Stützrollen (10 ) eines Nachbar-Rollensegmentes (8 ), für linke oder rechte Hydraulikzylinder (13a ) bzw. für die Einlaufseite oder Auslaufseite, für die Überwachung des Zustands der Sensoren, eine Rollensegment-Kodierung, für Wartungszyklen u. dgl. verarbeitet. - Einrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmenkästen (
21 ) mittels des auf dem Oberrahmen (12 ) des Rollensegmentes (8 ) vorhandenen Maschinenkühlwassers gekühlt sind. - Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldbusmodule (
20 ) physikalisch mittels elektrischen Metallleitungen, Lichtwellenleitern oder drahtloser Übertragungstechnik oder Infrarot-Signalen anschließbar sind. - Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabel des Kabelpakets (
23 ) für die Spannungsversorgung, die Achsen-Regler (18 ) und die Feldbusmodule (20 ) mittels einer gemeinsamen Steckverbindung (22a ) angeschlossen sind. - Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabel für die Signale der Positionsgeber, vom Klemmenkasten (
21 ) auf dem Rollensegment (8 ) mittels einer Medienkupplung (22 ) als lösbare Steckverbindung (22a ) zum Achsen-Regler (18 ) ausgebildet sind.
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