-
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 richtig eingehalten
wird.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Antrieben für solche
Scheren und ähnliche Zerteileinrichtungen 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 Beschleunigungsregelung und dieser unterlagerter Stromregelung
in vermaschten Regelkreisen aus. Die Unterlagerung von Teilregelkreisen, bei denen
jeweils die Ausgangsgröße eines übergeordneten Reglers den Sollwert für den unterlagerten
Regelkreis darstellt, hat sich in letzter Zeit in steigendem Maße in die Antriebstechnik
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 obenerwähnten Drehzahlregelung ist die Erfindung
dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlregelung ein Wegregler übergeordnet ist,
dessen Eingang von einem während des Scherenumlaufs durch Integration der Scherengeschwindigkeit
gewonnenen Regelabweichungssignal, in Abhängigkeit vom Unterschreiten eines Grenzwertes
der Drehzahlregelabweichung bei Annäherung an die Ruhestellung, auf ein unmittelbar
mittels Stellungsfühler gewonnenes Regelabweichungssignal selbsttätig 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 Stellungsfühler für die Lageregelung ist nämlich für die
Wegregelung während des Scherenumlaufs unzweckmäßig, und umgekehrt kann eine Integration
der Scherengeschwindigkeit für das Einlaufen in die Ruhestellung nicht genügend
genau sein.
-
Die Ausgangsgröße des Wegereglers stellt in der bei vermaschten Regelkreisen
üblichen Art die Sollgröße für den unterlagerten Drehzahlregelkreis dar. Es muß
dafür gesorgt werden, daß die Drehgeschwindigkeit 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 Wegistwert
zur zusätzlichen wegabhängigen Beeinflussung der Regelung verwendet wird. Beispielsweise
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 vermieden. Ferner ist es möglich, im Wegbereich vor
der Schnittstellung, gesteuert vom Wegistwert, einen Strom zusatzsollwert auf den
Stromregler zu schalten. Damit kann man sicherstellen, daß das maximal mögliche
Motormoment für den Schnitt rechtzeitig zur Verfügung steht.
-
Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen im folgenden an Hand eines
Ausführungsbeispiels erläutert werden, das in der Zeichnung schematisch dargestellt
ist. Dem Ausführungsbeispiel liegt die Regelung einer Kühlbettschere in einer Walzenstraße
zugrunde.
-
In Fig. 1 ist das. Walzgut mit 1 bezeichnet und läuft auf einer Anzahl
von Rollen 2 zur Schere, be# stehend aus zwei rotierenden Messern 3 und 4, die
von
einem Motor 5 mit fester Erregung 6 angetrieben werden. Für die Speisung des Motors
aus einem dreiphasigen Netz ist ein Transformator 7 und eine Stromrichterschaltung
vorgesehen, die in der Figur nur schematisch durch zwei antiparallel geschaltete
Stromrichter 8 und 9 angedeutet ist.
-
Für die Drehzahlregelung des Motors ist ein vermaschter Regelkreis
in grundsätzlich bekannter Ausführung vorhanden. Zunächst wird mit Hilfe von Stromwandlern
10, 11 der Stromistwert für das positive Drehmoment (ip) und das negative Drehmoment
(i,) gemessen. Die Sollwerte für die beiden Stromregler 12 und 13, die als
IP-Regler angedeutet sind, stammen aus. einem Beschleunigungsregler 14 mit Integralcharakteristik
und nachgeschaltetem Begrenzungsglied 15. Der Beschleunigungsregler steht unter
dem Einfluß der Differenz zwischen dem Besehleunigungssollwert bs* und dem Beschleunigungsistwert
b5, der über ein Differentierglied 17 aus der Ausgangsspannung einer mit dem Motor
5 gekuppelten Tachometermaschine 18 gebildet wird. Der Sollwert bs* wird vom Drehzahlregler
19 mit nachgeschaltetem Begrenzungsglied 20 geliefert. Die Eingangsgröße des Drehzahlreglers
ist die Differenz zwischen dem Drehzahlsollwert ns* und dem Drehzählistwert n, aus
der Tachometermaschine 18. Der Drehzahlregler ist als Proportionalregler angedeutet.
-
Die bisher beschriebenen Schaltungselemente gewährleisten eine genaue
und rasch wirksame Drehzahlregelung für den Motor 5.
-
Der Drehzahlsollwert ns* wird beim Erfindungsgegenstand von einem
Wegregler 21 mit nachgeschaltetem Begrenzungsglied 22 geliefert. Der Wegreglerder
ein Proportionalregler sein kann, ist am Eingang auf zwei verschiedene Regelabweichungssignale
umschaltbar. Das eine Signal entsteht als Differenz zwischen einem Wegsollwert as*
und einem Wegistwert as, der durch Integration der Tachometerspannung mittels eines
Integrierverstärkers 23 gebildet wird. Dieses Regelabweichungssignal ist während
des Umlaufs der Schere wirksam. Für die genaue Einregelung der Ruhestellung dient
dagegen das Signal d as, das mit Hilfe eines Stellungsfühlers. 24 gebildet wird.
Als Stellungsfühler sind verschiedene geeignete Einrichtungen verwendbar, die mit
dem Motor 5 gekuppelt werden. Beispielsweise kann man ein Potentiometer heranziehen.
Eine kontaktlose und daranm vorteilhaftere Lösung ist ein Stellungsgeber mit Hallspannungserzeugern,
wie sie für diesen Zweck bereits bekannt sind.
-
Die Umschaltung der Regelabweichungssignale geschieht mit Hilfe eines
elektronischen Schalters, der in der Fig. 1 mit 25 bezeichnet und der Anschaulichkeit
halber mit einem Umschaltkontakt 26 dargestellt ist. Der Umschalter 25 steht einerseits
unter dem Einfluß eines Startsignals, das mit Hilfe eines beliebigen Startschalters
27 gegeben wird, und andererseits unter dem Einfluß der Drehzahlregelabweichung.
Der Startschalter wird zu einem Zeitpunkt betätigt, der von der abzutrennenden Länge
des Walzgutes bestimmt wird. In welcher Weise dies:geschieht, ist nicht Gegenstand
der vorliegenden Erfindung und daher in Fig. 1 nicht angedeutet.
-
Um den Drehzahlsollwert ns* in Abhängigkeit von der Gutgeschwindigkeit
zu begrenzen, ist mit einem geeigneten Treibapparat oder dem Walzgerät eine Tachometermaschine:28.
gekuppelt, deren Ausgangsgröße n, das Begrenzungsglied 22 beeinflußt. Dies geschieht
zweckmäßig so, daß, ausgehend von einem bestimmten Grundbetrag, der Drehzahlsollwert
ns* linear mit der Walzgutgeschwindigkeit n" zunimmt.
-
Wie früher bereits erwähnt, ist es zweckmäßig, dem Wegsollwert as*
einen Wegzusatzsollwert az* zu überlagern, der mit einer geeigneten elektronischen
Schalteinrichtung 29 gebildet und wegabhängig abgeschaltet wird. Ferner ist in Fig.
1 ein Sollwertgeber 30 angedeutet, der in Abhängigkeit von Wegistwert a. einen Stromzusatzsollwert
iZ* an den Drehzahlregler 12 für die positive Drehrichtung liefert. Solange dieser
Zusatzsollwert in die Regelung eingreift, wird der Beschleunigungsregler 14 mittels
des Begrenzungsgliedes 15 auf Null begrenzt.
-
Zur Erläuterung der Wirkungsweise der in Fig. l dargestellten Einrichtung
sei auf die Diagramme in den Fig. 2 bis 5 verwiesen. Zunächst zeigt Fig. 2 das Verhalten
der Schalteinrichtung 29. Während der Wegsollwert as* fest auf 360°, d. h. eine
Scherenumdrehung gelegt ist, wird ein Wegzusatzsollwert a=* von etwa einer halben
Scherenumdrehung so lange wirksam gemacht, bis die Scheren den Weg a1 zurückgelegt
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 a2 und a., der vor der Schnittstellung liegt und
diese mit umfaßt, wird ein Stromzusatzsollwert iZ* abgegeben, der dafür sorgt, däß
der Scherenmotor zum Schnitt das maximale Moment rechtzeitig aufbringt. Der Winkelwert
a2 kann dabei selbsttätig geschwindigkeitsabhängig derart beeinflußt werden, daß
der Bereich a3 a2 um so größer ist, je größer die Scherengeschwindigkeit wird. Die
Größe des Stromzusatzsollwertes kann für sich eingestellt werden. Dies kann in Abhängigkeit
vom Schneidgutquerschnitt von Hand oder in Abhängigkeit vom Sollwert der Scherengeschwindigkeit
selbsttätig geschehen.
-
Die Fig. 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 270° 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 zunächst sehr groß
(entsprechend 540° in Fig. 4), so daß der Wegregler einen hohen Drehzahlsollwert
ns* 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 Walzgutgeschwindigkeit erreicht ist. Von da an
bestimmt der Drehzahlregler die Scherengeschwindigkeit, wie durch den waagerechten
Abschnitt der Kennlinie n, in Fig. 4 angedeutet. Mit übereinstimmender Walzgut-
und Scherengeschwindigkeit wird nun die. Schnittstellung von 270° erreicht und der
Schnitt durchgeführt. Zu fiesem Zeitpunkt wird der Wegzusatzsollwert abge->chaltet,
so daß für den Antrieb nun der Grundsollwert von 360° gilt. Dies führt zu sofortiger
Verzöge-°ung des Scherenantriebes wiederum unter dem Einiuß des Beschleunigungsreglers,
also mit konstanter Verzögerung, bis die Ruhestellung der Schere aniähernd erreicht
ist. Wenn die Drehzahlregelabweichung
unter einen wählbaren Grenzwert
sinkt, wird der Wegregler 21 auf das vom Stellungsfühler 24 gelieferte Signal
das 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 360° einlaufen
kann. Wie in Fig. 5 veranschaulicht, wird die Schere dann nach einem überschwingvorgang
in die Ruhestellung zurückgeführt. Die hierbei 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 das
wird der im
Integrierverstärker 23 gebildete Wegistwe.rt 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 einzelnen Regler ist zwar grundsätzlich freigestellt,
doch haben sich Transistorregler als besonders zweckmäßig erwiesen.