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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kompensation von Zugspannungs-Störungen in einem Band eines beschleunigungsgeführten Haspelantriebs und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Bei Haspelantrieben, die im zuggesteuerten Modus betrieben werden, kommt es, insbesondere während Beschleunigungsphasen, zu Zugeinbrüchen, die zu Bandrissen führen können.
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Aus der
EP 0 477 422 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung einer Walzwerkhaspel bekannt, wobei eine Zugregelung verwendet wird. Diese Zugregelung weist einen Zugregler auf, der mit einer ermittelten Zugkraftdifferenz gespeist wird. Dieser Zugregelung ist eine Drehzahlregelung unterlagert. Ausgangsseitig ist die unterlagerte Drehzahlregelung mit einer Antriebseinheit einer Haspel verknüpft. Diese Antriebseinheit der Haspel weist einen Motor, einen Umrichter, Stromregler, etc. auf. Eine in der Regelstrecke ermittelte Ist-Zugkraft wird mit einer vorbestimmten Soll-Zugkraft verglichen und die Zugdifferenz dem Zugregler zugeführt. Ausgangsseitig steht am Zugregler eine Soll-Drehzahl für die unterlagerte Drehzahlregelung an. Mittels der unterlagerten Drehzahlregelung wird ein Drehmoment für den Abhaspelmotor generiert.
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Mit dieser Regelung eines Abhaspelmotors wird eine hochdynamische Anpassung eines Haspelmoments an eine geforderte Zugkraft zur Erzielung eines Bandes mit annähernd konstanter Dicke bewirkt.
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Nachteilig wirkt sich bei dieser Regelung aus, dass eine Zugkraftmesseinrichtung verwendet werden muss. Diese Zugkraftmesseinrichtung können kleine Zugspannungen nicht erfassen. Außerdem können derartige Zugkraftmesseinrichtungen bei der Herstellung einer Folie nicht verwendet werden.
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Bei Haspelantrieben, die im zuggesteuerten Modus betrieben werden, kann es vorkommen, dass die Zugkraft im Band in Folge eines Beschleunigungsvorgangs einbricht (Änderung des Walzwirkungsgrades). Dadurch kann das Band durchhängen. Infolge der Zugkraftreduzierung (keine Last mehr) dreht der Motor der Haspel hoch, so dass das durchhängende Bandmaterial verringert wird. Mit der Erhöhung der Motordrehzahl, steigt wieder die Zugkraft im Bandmaterial. In Abhängigkeit der Zugkraftsänderung kann es vorkommen, dass das Band reißt.
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Dieses Problem konnte bisher nur durch Optimierungen in der Parametereinstellung oder Verzögerung in der Beschleunigung gelöst werden, wobei diese während der Inbetriebnahme durchgeführt werden müssen. Diese Optimierungen sind sehr anlagenabhängig. D. h., für die Lösung des Problems wird ein Experte für die Inbetriebnahme von Haspelantrieben benötigt.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kompensation von Zugspannungs-Störungen in einem Band eines beschleunigungsgeführten Haspelantriebs anzugeben, wobei keine Bandzugregelung verwendet wird.
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Diese Aufgabe wird mit dem Merkmal des Anspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.
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Dieser Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Bandzugstörungen, die auch zu Bandriss führen können, Störungen in der Motorbeschleunigung verursachen.
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Erfindungsgemäß werden diese Störungen in der Motorbeschleunigung mit Hilfe einer gemessenen Motordrehzahl ermittelt. Dazu wird die Motordrehzahl differenziert, wodurch man eine motorbezogene Ist-Motorbeschleunigung erhält. Diese vorbestimmte Soll-Beschleunigung wird auf eine motorbezogene Soll-Motorbeschleunigung umgerechnet. Dadurch kann durch Vergleich der Ist-Motorbeschleunigung mit der Soll-Motorbeschleunigung die Größe der Störung in der Motorbeschleunigung ermittelt werden. Aus dieser Differenz-Beschleunigung wird eine Korrekturgröße für ein erzeugtes Soll-Motormoment bestimmt, die derart diesem Soll-Motormoment überlagert wird, dass diese Differenz-Beschleunigung zu Null wird.
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Mittels dieses erfindungsgemäßen Verfahrens können auch ohne Bandzugregelungen Bandzugstörungen ausgeregelt werden. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass ein sicherer Betrieb, insbesondere in Beschleunigungsphasen, gewährleistet wird, dass langwierige Optimierungen entfallen und dass weniger Material zu Ausschuss gewalzt wird. Mit stabilen Bandzugspannungen werden bessere Toleranzen eines Walzgutes erreicht.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch veranschaulicht ist.
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1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Walzgerüsts, dem beidseitig zweier Haspeln zugeordnet sind, die
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2 zeigt ein regelungstechnisches Ersatzschaltbild der Prinzipdarstellung nach 1 mit einer Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach der Erfindung, in der
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3 ist ein Störsignal in einem Diagramm über der Zeit dargestellt, die
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4 zeigt in einem Diagramm über der Zeit eine Zugspannung, wobei in der
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5 in einem Diagramm über der Zeit eine Motordrehzahl dargestellt ist, in der
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6 ist ein zugehöriges Motormoment über der Zeit dargestellt und die
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7 veranschaulicht in einem Diagramm über der Zeit eine zugehörige Motorbeschleunigung.
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In der 1 sind mit 2 jeweils eine Walze, insbesondere eine Arbeitswalze, eines nicht näher dargestellten Walzgerüsts, mit 4 und 6 jeweils eine Haspel und mit 8 ein zwischen den beiden Haspeln 4 und 6 bewegtes Band bezeichnet. Jede Haspel 4 bzw. 6 weist einen Antriebsmotor 10 bzw. 12, der mittels einer Motorwelle 14 bzw. 16 mittels eines nicht näher dargestellten Getriebes mit der Haspel 4 bzw. 6 mechanisch verbunden ist. Jeder Antriebsmotor 10 bzw. 12 weist einen Tachogenerator 18 bzw. 20 auf, mit dem ein Istwert seiner Drehzahl nM erfasst wird. Jedem Antriebsmotor 10 bzw. 12 ist eine Einrichtung 22 bzw. 24 zugeordnet, die in Abhängigkeit von vorbestimmten Sollwerten für ein Zugmoment M*Z und einer Beschleunigung M*B jeweils den zugeordneten Antriebesmotor 10 bzw. 12 entsprechend antreibt.
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Als Einrichtung 22 bzw. 24 ist beispielsweise ein Umrichter vorgesehen, der neben einem Leistungsteil auch noch eine zugehörige Steuer- und Regeleinrichtung aufweist. Diese Einrichtung 22 bzw. 24 ist außerdem mit einem Ausgang des Tachogenerators 18 bzw. 20 signaltechnisch verknüpft. Außerdem ist in der 1 eine Kompensations-Einrichtung 26 bzw. 28 dargestellt, mit der ein Verfahren nach der Erfindung durchgeführt wird. Da diese Kompensationseinrichtung 26 bzw. 28 bei einer realisierten Ausführung integraler Bestandteil der Einrichtung 22 bzw. 24, insbesondere deren Steuer- und Regeleinrichtung, ist, ist diese mittels einer unterbrochenen Linie dargestellt. Diese Kompensations-Einrichtung 26 bzw. 28 ist auch mit dem Ausgang des zugeordneten Tachogenerators 18 bzw. 20 signaltechnisch verbunden. Ferner wird dieser Einrichtung 26 bzw. 28 die vorbestimmte Soll-Beschleunigung M*B zugeführt.
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Ferner ist in dieser 1 zwischen den Arbeitswalzen 2 und der Haspel 6 ein Teilbereich 30 des bewegten Bandes 8 dargestellt, der in Folge eines Zugeinbruches durchhängt. Ohne eine Zugregelung könnte während einer Beschleunigungsphase der Haspel 6 das Band 8 reißen. Die Wahrscheinlichkeit eines derartigen Bandrisses steigt mit kleiner werdenden Dicke des Bandes 8 und ist vom Material dieses Bandes 8 abhängig. Ist das zu bearbeitende Band ein Metallband, beispielsweise aus Aluminium, so ist die Wahrscheinlichkeit eines Bandrisses in Folge eines Zugeinbruches gering. Auf alle Fälle entsteht ein Bereich, der fehlerbehaftet ist und somit einen Ausschuss bildet. Ist das zu bearbeitende Band 8 ein Folienband, ist die Wahrscheinlichkeit eines Bandrisses in Folge eines Zugeinbruches sehr hoch.
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Um Zugspannungen im zu bearbeitenden Band 8 zu ermitteln, werden Zugkraftmessgeräte verwendet. Diese Messgeräte werden derart zum Band 8 angeordnet, das dieses Band 8 eine vorbestimmte Druckkraft auf dieses Messgerät ausüben kann. Je dünner ein zu bearbeitendes Band 8 ist, umso empfindlicher müssen diese Zugkraftmessgeräte sein. Bei der Herstellung von Folien werden deshalb Zugkraftmessgeräte nicht verwendbar.
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Um dieses Problem in den Griff zu bekommen, wird ein Experte benötigt, der während der Inbetriebnahme eine derartige Produktionsmaschine optimiert. Diese Optimierungen können durch Parametereinstellungen und/oder Verzögerungen in der Beschleunigung umgesetzt werden. Diese Optimierungen sind aber aufwändig und anlagenabhängig. In allen Fällen wird ein erfahrener Inbetriebsetzer benötigt, der mit seinem Expertenwissen dieses Problem lösen kann.
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In der 2 ist ein regelungstechnisches Ersatzschaltbild der angetriebenen Haspel 6 der 1 schematisch dargestellt. Dieses Ersatzschaltbild weist mehrere Teilersatzschaltbilder auf, die mechanische Komponenten des Haspelantriebs nach 1 regelungstechnisch ersetzen. Diese Teilersatzschaltbilder sind mit 32, 34, 36 und 38 bezeichnet. Das Teilersatzschaltbild 32 stellt das regelungstechnische Ersatzschaltbild des als Antriebsmotors 12 dar, das Teilersatzschaltbild 34 stellt regelungstechnisch die Antriebswelle 16 mit einem Getriebe dar, wogegen das Teilersatzschaltbild 36 das aufgewickelte Band 8 und das Teilersatzschaltbild 38 das transportierte Band 8 regelungstechnisch jeweils darstellen.
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Das regelungstechnische Ersatzschaltbild 32 des Antriebsmotors 12 weist ein PT1-Glied 40, einen Vergleicher 42 und ein I-Glied 44 auf. Die Zeitkonstante des PT1-Gliedes 40 ist die Ersatzzeitkonstante Te der Momentenregelung, wogegen die Zeitkonstante des I-Gliedes 44 die Motorzeitkonstante TM ist. Am Ausgang des PT1-Gliedes 40 steht ein Signal für das innere Motormoment MM an, wobei am Ausgang des I-Gliedes 44 ein Signal für die Motordrehzahl nM ansteht. Am invertierenden Eingang des Vergleichers 42 steht ein Signal für ein Moment der Antriebswelle 16 an, die mit dem inneren Motormoment MM verglichen wird. Eine ermittelte Differenz ist die Motorbeschleunigung MBM des Antriebsmotors 12. Aus dieser Motorbeschleunigung MBM wird mittels des I-Gliedes 44 eine Ist-Motordrehzahl nM generiert.
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Das Teilersatzschaltbild 34 weist neben einem I-Glied 46 ein P-Glied 48 auf, die signaltechnisch in Reihe geschaltet sind. Die Reihenschaltung dieser beiden regelungstechnischen Glieder 46 und 48 bilden vereinfacht die Antriebswelle 16 mit einem Getriebe nach. Am Ausgang des P-Gliedes 48 steht ein Signal für das Wellenmoment MW an, das unter anderem auf den Vergleicher 42 rückgeführt ist.
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Dieses Wellenmoment MW wird außerdem dem Teilersatzschaltbild 36 zugeführt, das regelungstechnisch die Haspel 4 bzw. 6 mit aufgewickeltem Band 8 darstellt. Dieses Teilersatzschaltbild 36 weist nur ein I-Glied 50 auf. Am Ausgang dieses I-Gliedes 50 steht ein Signal für die Haspeldrehzahl nH an. Das I-Glied 50 weist als Zeitkonstante die Haspelzeitkonstante TH auf.
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Das Teilersatzschaltbild 38, das regelungstechnisch das transportierte Band 8 darstellt, weist ein Funktionsglied 52 auf, dessen Funktion wenigstens von der Ab- bzw. Aufwickelgeschwindigkeit v abhängig ist und als Ergebnis den aktuellen Zugs FZ, auch als Zugspannung bezeichnet, im Band liefert, die mittels eines Multiplizierers 54 mit einem Bandradius RH multipliziert wird. Das generierte Produkt wird auf einen Vergleicher 56 rückgeführt, der ausgangsseitig mit dem Eingang des I-Gliedes 50 verbunden ist. Am nicht-invertierenden Eingang des Vergleichers 56 steht das Wellenmoment MW an. Die am Ausgang des I-Gliedes 50 anstehende Haspeldrehzahl nH wird mittels eines weiteren Multiplizierers 58 mit der Konstante RH multipliziert, so dass am Ausgang des Multiplizierers 58 ein Wert für die Ab- bzw. Aufwickelgeschwindigkeit v ansteht.
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Wie bereits erwähnt, werden Haspelantriebe im zuggesteuerten Modus betrieben. Dazu werden jeweils ein Sollwert für ein Zugmomente MZ und für eine Beschleunigung MB benötigt. Diese Sollwerte M*Z und M*B werden mittels eines Addierers 60 überlagert und das Ergebnis einem nachfolgenden Addierer 62 zugeführt. Am invertierenden Eingang dieses Addierers 62 steht eine Korrekturgröße MKor an, die von der Kompensations-Einrichtung 26 generiert wird. Mittels des Addierers 62 wird ein Motormoment-Sollwert M*M mit der ermittelten Korrekturgröße MKor überlagert.
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Die Kompensations-Einrichtung 26, die das erfindungsgemäße Verfahren durchführt, weist ein PT1-Glied 64, ein DT1-Glied 66, ein PID-Glied 68 und einen Vergleicher 70 auf. Am Eingang des DT1-Gliedes 66 steht eine am Ausgang des I-Gliedes 44 des Regelungsteils 32 generierte Ist-Motordrehzahl nM an. Mittels des DT1-Gliedes 66 wird aus dieser Ist-Motordrehzahl nM eine zugehörige Ist-Motorbeschleunigung MBM generiert. Diese Ist-Motorbeschleunigung MBM wird mit einer Soll-Motorbeschleunigung M*BM verglichen, die am Ausgang des PT1-Gliedes 64 ansteht. Am Eingang dieses PT1-Gliedes 64 steht eine auf Motorgröße umgerechnete Sollbeschleunigung M*Bu an. Diese Sollbeschleunigung M*Bu wird mittels einer Umrechnungs-Einrichtung 72 aus einer vorbestimmten Sollbeschleunigung M*B ermittelt. Als Umrechnungseinrichtung 72 kann im einfachsten Fall eine Konstante vorgesehen sein.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kompensation von Zugspannungsstörungen in einem Band 8 beruht auf der Kenntnis, dass Bandzugstörungen sich in Störungen der Ist-Motorbeschleunigung MBM bemerkbar machen. Da ein Haspelantrieb 4 bzw. 6 immer beschleunigungsgeführt gefahren wird, kam der Erfinder auf die Idee, aus einer ermittelten Differenz zwischen Soll- und Ist-Motorbeschleunigung M*BM und MBM eine Korrekturgröße MKor abzuleiten, mit der diese Störung im Bandzug 8 zumindest bedämpft bzw. ausgeregelt werden kann.
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Eine Messgröße des Haspelantriebs, die bereits für den Betrieb des Haspelantriebes benötigt wird, ist die Motordrehzahl nM. Diese Motordrehzahl nM wird mittels des Tachogenerators 18 bzw. 20 ermittelt. Um aus dieser Ist-Motordrehzahl nM eine zugehörige Ist-Motorbeschleunigung MBM zu generieren wird die ermittelte Ist-Motordrehzahl nM differenziert. Diese Ist-Motorbeschleunigung MBM ist die aktuelle vom Haspelmotor 4 bzw. 6 ausgeführte Beschleunigung. Eine Sollbeschleunigung M*B für den Haspelantrieb steht zur Verfügung. Diese Sollbeschleunigung M*B muss zunächst mittels der Umrechnungs-Einrichtung 72 auf eine motorbezogene Sollbeschleunigung M*Bu umgerechnet werden. Dieser umgerechnete Wert M*Bu wird dem PT1-Glied 64 der Kompensation-Einrichtung 26 zugeführt, der als Zeitkonstante die Ersatzzeitkonstante Te der Momentenregelung aufweist. Am Ausgang dieses PT1-Gliedes 64 steht die Soll-Motorbeschleunigung M*BM an. Die aus der Motordrehzahl nM ermittelte Ist-Motorbeschleunigung MBM wird mit dieser Soll-Motorbeschleunigung M*BM verglichen. Aus einer ermittelten Differenz-Beschleunigung wird mittels des PID-Gliedes 68 eine Korrekturgröße MKor bestimmt, die dem Soll-Motormoment M*M derart überlagert wird, dass die ermittelte Differenz-Beschleunigung zu Null wird.
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In den 3 bis 7 sind Signalverläufe jeweils in einem Diagramm über der Zeit t dargestellt, wobei in jedem Diagramm diese Signalverläufe ohne erfindungsgemäßes Verfahren (a) und mit erfindungsgemäßen Verfahren (b) dargestellt sind.
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Bandzugstörung im Fall (a):
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Tritt eine Bandzugstörung, gekennzeichnet durch eine Störgröße SSt in dem Diagramm gemäß 3, auf, so bricht der Zug FZ ein und schwingt wenig gedämpft aus (4). Die Motordrehzahl nM folgt dieser Schwingung (5). Das Motormoment MM bleibt gemäß Vorgabe unverändert konstant (6). Die zur Motordrehzahl nM zugehörige Motorbeschleunigung MBM ist in der 7 dargestellt, die mehrere Überschwinge aufweist, die über der Zeit t abklingen.
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Bandzugstörung im Fall (b):
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In diesem Fall tritt ebenfalls eine Störgröße SSt auf (3), die dafür sorgt, dass der Zug FZ einbricht. Dem Verlauf des Motormoments MM gemäß 6 ist zu entnehmen, dass dieser nicht mehr wie im Fall (a) konstant ist. Diese zeitliche Veränderung des Motormoments MM wird verursacht durch eine Korrekturgröße MKor, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt wird. Diese Korrekturgröße MKor wird derart dem Soll-Motormoment M*M überlagert, dass entstehende Schwankungen in der Motorbeschleunigung MBM gedämpft bzw. ausgeregelt werden. Durch die Bedämpfung der Motorbeschleunigung MBM treten keine erhöhten Zugspannungen wie im Fall (a) mehr auf (5).
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Somit führen Zugspannungs-Störungen nicht mehr zu einem Bandriss. Dadurch wird ein sicherer Betrieb gerade in Beschleunigungsphasen eines Haspelantriebes gewährleistet. Dies wird mit relativ einfachen Optimierungen durchgeführt. Es kann gezeigt werden, dass dieses Verfahren robust ist bei der Parametereinstellung. Außerdem wird durch dieses erfindungsgemäße Verfahren die Produktivität gesteigert. D. h., es wird weniger Material zu Ausschuss verarbeitet. Ferner erzielen stabile Bandzüge bessere Dicken-Toleranzen eines Walzgutes.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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