DE2027249C3 - Anordnung zur Bearbeitung von Material - Google Patents

Description

gebildet wird.

5. Anordnung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur der Größe des Korrektursignals sowohl in Hinsicht auf Vorzeichen wie Amplitude mit Hilfe des mathematischen Zusammenhangs geschieht.

6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungsorgan von mehreren Parametern, wie Walzenabstand, Bandspannung, Geschwindigkeit und/ oder Temperatur beim Walzen, beeinflußt wird, wobei die Steuerung gemäß den verschiedenen Parametern unabhängig voneinander geschieht.

7. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die »feed-forward«-RegeIung durch Zerstückeln mit der »feed-back«-Regelung kombinierbar und jedes Regelsystem für sich ein- und ausschaltbar ist.

a =

"«il

wobei Ah_in die Abweichungen vor Bearbeitung und zlfc„, die Abweichungen nach Bearbeitung sind und die Indizes 1 und 2 den beiden verschiedenen Meßpunkten entsprechen, zwei vor und zwei nach dem Bearbeitungsorgan.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergleichs- oder Korrektursignal (eine Funktion von a) einer Steuervorrichtung für das Bearbeitungsorgan zugeleitet wird, z. B. der Vorrichtung zum Steuern und/oder Regeln des Walzenabstandes oder der Bandspannung eines Walzwerkes, wobei die Größe des Korrektursignals in Übereinstimmung mit dem Wert des Änderungssignals korrigiert wird.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Bearbeitung von Material gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der Bearbeitung von Material auf die jeweils gewünschten Eigenschaften, wie z. B. Dicke, Breite, Durchmesser usw., mißt man diese Werte normalerweise nach der Bearbeitung, und die Abweichung von den gewünschten Eigenschaften, d. h. der Fehler im Verhältnis zum Sollwert, muß die Bearbeitung in der gewünschten Richtung so beeinflussen, daß der Fehler bzw. die Abweichung eliminiert wird. Wenn die Verhältnisse statisch sind, d. h., wenn keine Änderungen in den Eigenschaften des zu bearbeitenden Materials oder dem Bearbeitungsprozeß selbst eintreten, erhält man nach einiger Zeit ein Material mit den gewünschten Eigenschaften. Da dies jedoch ein Idealfall ist, der nur selten eintritt und in der Regel die Eigenschaften des zu bearbeitenden Materials variieren, erhält man anfangs entsprechende Abweichungen im bearbeiteten Material, bis die rückgekoppelte Regelung zu wirken beginnt.

Um eine bessere Übereinstimmung der Istwerte der gewünschten Eigenschaften des Materials nach der Bearbeitung mit den Sollwerten zu erhalten, und zwar auch unter dynamischen Verhältnissen, mißt man oft die Eigenschaften des Materials vor der Bearbeitung sowie ebenfalls die Änderungen dieser Eigenschaften und beeinflußt die Bearbeitung in der

Weise, daß die Abweichungen von den gewünschten Eigenschaften nach der Bearbeitung eliminiert sind Diese Art des Steuerns, die im Prinzip im vorherigen Absatz beschrieben worden ist, wird hier »feedforward«-Steuerung genannt. Es ist dabei wichtig -s daß die Zeit zwischen der Messung und der Bearbeitung der gemessenen Stelle sowie die Größe des Signals berücksichtigt werden. Es dürfen nämlich Änderungen in der Bearbeitung erst in den, Moment einsetzen, in dem der vor der Passage des Bearbeitungsorgans gemessene Materialteil das Bearbeitungsorgan passiert. Man muß die Meßzeit, die Laufzeil des Materials vom Messen bis zur Bearbeitung, sowie die Zeit für den Bearbeitungsprozeß berücksichtigen, um eine bestimmte Eigenschaftsänderung zu erreichen! Die Steuergröße muß so gewählt werden, daß die Eigenschaften des zu bearbeitenden Materials eine solche Änderung erfahren, daß sie keine Abweichungen von den gewünschten Eigenschaften mehr aufweisen. Ein Problem bei dieser Art von Regelung ist die Schwierigkeit, die Änderungen aller Eigenschaften des zu bearbeitenden Materials zu messen

Aus der USA.-Patentschrift 2 883 895 ist eine Anordnung bekannt, bei der die Dicke des in einem Walzwerk verarbeiteten Materials vor und hinter der Bearbeitungsstelle mit jeweils einem Meßgerät gemessen wird. Dabei wird das Ausgangssignal der Meßstelle vor der Bearbeitungsstelle differenziert und um die Laufzeit von dieser Meßstelle bis zu der Bearbeitungsstelle verzögert auf das Stellglied für die Materialdicke gegeben. Entsprechendes geschieht mit dem hinter der Bearbeitungsstelle gemessenen Meßwert. Bei dieser bekannten Anordnung werden gewissermaßen zwei Regelungen überlagert Die aus dem Meßwert vor der Bearbeitungsstelle basierende Regelung soll schnelle Änderungen des Istwertes ausgleichen, während die hinter der Meßstelle liegende Regelung praktisch eine normale feed-back-Regelung ist. Beide Regelungen arbeiten unabhängig vonein" ander. Das vor der Meßstelle gewonnene Signal wird um die Laufzeit zwischen der ersten Meßstelle und der Bearbeitungsstelle verzögert zur Einwirkung gebracht. Diese bekannte Anordnung kann als die gleichzeitige Anwendung der beiden in den vorangegangenen Absätzen beschriebenen Verfahren angesehen werden. Sie hat die dort aufgezeigten Mängel. Die Gefahr fehlerhaft gewalzter Materialpartien und die Pendelgefahr sind groß.

Es ist weiterhin aus der US-PS 33 87 471 eine Walzanordnung bekannt, in der die Dickenabweichung des Walzgutes vom Sollwert vor und nach dem Walzgerüst gemessen wird und bei der das vor dem Walzgerüst erfaßte Abweichungssignal um einen der Laufzeit des Walzgutes bis zum Walzgerüst entsprechenden Wert zeitlich verzögert wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei der ein einziger Regelkreis verwendet wird, die den Regelverstärker beaufschlagende »Regelabweichung« jedoch in einer Weise gebildet wird, daß eine hohe Maßhaltigkeit des bearbeiteten Materials erzielt wird, insbesondere auch bei dynamischen Betriebszuständen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung nachdem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorgeschlagen, welche erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale aufweist.

Besonders günstige Verhältnisse erreicht man mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Eigenschaften des Materials an mindestens zwei Punkten vor und an mindestens zwei Punkten nach der Bearbeitungsstelle gemessen werden, daß die mindestens je zwei Meßwerte vor und nach der Bearbeitungsstelle zu je einem Änderungssignal zusammengesetzt werden, daß die beiden Änderungssignale unter Berücksichtigung einer Zeitverzögerung des vor der Bearbeitungsstelle gewonnenen Änderungssignals in einem Vergleichsgerät verglichen werden, daß das Ausgangssignal des Vergleichsgerätes zur Steuerung der Bearbeitung dient und daß dieses Ausgangssignai beispielsweise in der Weise gebildet wird, daß das Ausgangssignal aus dem Verhältnis α zwischen der Änderung der Abweichungen nach dem Bearbeitungsorgan l/i_u,2 — l/j,,,! und der Differenz zwischen den Änderungen der Abweichungen vor und nach dem Bearbeitungsorgan lh,„₂ - //!,„, - ( Ih₁₁₁₂ - Ih₁₁₁₁ ) gebildet wird, d. h.

a =

\h_ul2 - \h_ml

- \h_ull)

wobei l/i,„ die Abweichungen vor Bearbeitung und :\h_ul die Abweichungen nach Bearbeitung sind und die Indizes 1 und 2 den beiden verschiedenen Meßpunkten entsprechen, zwei vor und zwei nach dem Bearbeitungsorgan.

Die Anordnung nach der Erfindung stellt geringe Anforderungen an die Meßgenauigkeit und ermöglicht auch bei dynamischen Verhältnissen unter Berücksichtigung der Eigenschaften des ankommenden Materials eine schnelle Regelung.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben, in dieser zeigt

F i g. I die Erfindung in Anwendung auf ein Walzwerk und

F i g. 2 ein lineares Modell des Walzverlaufes.

In F i g. I ist ein Walzwerk gezeigt, die Erfindung ist aber auch Tür andere Bearbeitungswerkzeuge oder Bearbeitungsmaschinen anwendbar, wie z. B. bei Zieheisen, Fräsmaschinen, Drahtziehmaschinen usw. F i g. 1 zeigt ein Walzwerk mit einem Arbeitswalzenpaar 11 und Regelvorrichtung. Das Arbeitswalzenpaar 11 mit seinen Stützwalzen 12 bildet einen Teil eines Walzwerkes mit mehreren Walzengerüsten und Walzenpaaren und ist auf übliche Weise mit einem Schraubenmotor 14 zur Änderung des Walzenzwischenraums versehen. Das Walzwerk ist zum Kalt- oder Warmwalzen von Bändern 15 oder von Drähten bestimmt. Das Band 15 kommt von einer Abrollvorrichtung 16 und läuft zu einer Aufrollvorrichtung 17. Vor dem Walzenpaar 11 sind ein, zwei oder mehrere Meßorgane 18 für die Bandstärke oder die Bandbreite und entsprechende Organe 19 nach dem Walzenpaar 11 angeordnet. Bei 18 und 19 wird die Abweichung des Istwerts von dem jeweiligen Sollwert, also der Fehler gemessen. Der Fehler kann bei 18 am Band zweimal oder mehrmals gemessen werden, wobei man durch Vergleich dieser Werte ein Signal erhält, das der Änderung der Abweichung entspricht, entsprechend kann man bei 19 verfahren. Die Abweichungssignale von 19 werden einem Regler 27 zugeführt, und die Abweichungssignale von 18

werden hinsichtlich Laufzeit, Meßzeit und Regelzeit in einem Gerät 26 korrigiert, wonach beide Signale (Abweichungssignale) über eine Signalbehandlungs vorrichtung 28 einem Korrekturgerät 22 zugeführt werden, dessen Ausgangssignal (Korrektursignal) der Steuervorrichtung des Schraubenmotors 14 zugeführt wird, und/oder einer Steuervorrichtung 25 des Walzwerksmotors und/oder einer Steuervorrichtung 23, 24 der Haspeln 16, 17 zum Regeln der Bandspannung.

Die Änderungssignale von 18 und 19, wobei die von 18 über ein Zeitverzögerungsgerät 21 entsprechend der Laufzeit des Bandes von 18 bis 19 erfolgen, werden einer Vorrichtung 20 zum Bilden eines mathematischen Zusammenhangs zugeführt. Ihr Ausgangssignal wird im Korrekturgerät 22 (Änderungssignal) mit dem Ausgangssignal der Signalbehandlungsvorrichtung 28 (Abweichungssignal) zu einem Korrektursignal zum Steuern der Bearbeitung oder der Bearbeitungsvorgänge zusammengesetzt.

Man kann eventuell die verschiedenen Bearbeitungsparameter (Stärke des Bandes, Geschwindigkeit. Bandzug, Temperatur usw.) unabhängig voneinander in getrennten Regelkreisen steuern, und man kann durch Zerstückeln die genannte »feed-forward«-Regelung mit gewöhnlicher »feed-backw-Regelung kombinieren, so daß beide Regelarten unabhängig voneinander wirken können.

Die Absicht ist, daß man im Korrekturgerät 22 das Korrektursignal zum Bearbeitungsgerät (25, 23—24 oder 14) hinsichtlich seiner Größe ändert. Bei größerer Differenz zwischen den Änderungssignalen von 18 und 19 (Abweichungssignal) soll somit die Größe des Regel signals geändert werden.

Der mathematische Zusammenhang, der im Gerät 20 hergestellt werden soll, wird gebildet durch das Verhältnis zwischen der Änderung der Abweichungen nach der Bearbeitung sowie dem Unterschied zwischen den Änderungen der Abweichungen vor der Bearbeitung und der Änderung der Abweichungen nach der Bearbeitung. Der mathematische Zusammenhang, der von 22 in das Regelsignal zu den Bearbeitungsorganen eingehen soll, wird hier α genannt und setzt sich wie folgt zusammen:

Kurve hervor. Gemäß F i g. 2 erhält man folgende Werte:

d + b
,1S₁

d + b

= C

AS₁ - Q₁

Man kann annehmen, daß die Größe des »feedforward«-Signals gleich ^ ist, d. h., die Schraubenbewegung .-Is ist gleich ^ . IA_1n, wobei IA_1n die Änderung der ankommenden Dicke und Q die erwartete Härte des Materials ist. C repräsentiert die Dehnung des Walzengerüsts.

Nimmt man weiter an, daß die Härte Q₁ ist und daß eine ankommende Dickenänderung /JA_1n · »feedforward«-Signal (22 bis 25) eine Walzenabstands-

_2j änderung As (Schraubbewegung = -^ /IA_1n] ergibt, was einer Dickenkorrektur des ausgehenden Bandes von .-1A₁₁₁₁ entspricht, so wäre ohne Steuerung die Dickenänderung Ah_w2 gewesen. Somit ist die verbleibende Dickenänderung Ah_ul2-Ah_ull (= Ah,,,).
Nun gilt der Zusammenhang

wobei AS₁ die gewünschte neue Schraubbewegung ist. Weiter gilt

ti,

In₁

45

a =

wobei iA_in die Abweichungen vor der Bearbeitung und Ah_n die Abweichungen nach der Bearbeitung sowie Ah_a2 — Ah_ml und Ah_m2 — Ah_M die Änderung der Abweichungen nach bzw. vor der Bearbeitung ist Wie bereits genannt, soll dieser mathematische Zusammenhang α verwendet werden, um die Größe des Korrektursignals zu korrigieren.

Die Korrektur der Große des Signals kann erfolgen, indem ein Zuschuß zu dem ursprünglichen Wert addiert wird, z. B. in 22, oder indem der ursprüngliche Wert des Signals mit einem gewissen Faktor, z. B. in 22, multipliziert wird, oder beides.

In Fig. 2 entspricht die Ordinate der Walzkraft und die Abszisse den Abweichungen in der Dicke HAh₁J vor der Bearbeitung bzw. Walzenabstandsanderongen (As). QistinFig.2die Härte des Materials und C die Dehnung des Walzengerüsts. Der Zusammenhang Walzkraft -— Walzenabstand ■pad Dickenänderung — Walzkraft geht aus dieser Um die Größe von £ in -^l zu ändern, ist folgende Korrektur erforderlich:

wobei

a =

Ah_a

ΛΚ-ΛΚ

Der mathematische Zusammenhang α wird mit dem ursprünglichen Signal ^ multipliziert und das Produkt hieraus zu dem mathematischen Zusammenhang addiert, dieser Zuschuß a-Q+u soil somit zu dem y

ursprünglichen Wert addiert werden, föfe Korreittjr ^J der Größe des Regelsignals kann sowohl in Huisicft %'S auf das Vorzeichen wie auf die Amplitude mit Safe

¥

des mathematischen Zusammenhangs geschehen, somit beispielsweise durch das Vorzeichen und die Amplitude von a.

Die Meßwerte vor der Bearbeitung von 18 und nach der Bearbeitung von 19 werden verglichen, indem die Meßwerte von 18 entsprechend der Lauf

zeit des Materials (bei 21 und/oder 26) von der Messung vor bis zur Messung nach der Bearbeitung (18—19) verzögert werden, wonach der Vergleich dieser Signale geschieht und eine Korrektion der Größe des Regelsignals erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

«09452/375

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   .1. Anordnung zur Bearbeitung von Material, in der die Abweichungen zwischen Soll- und Istwerten von Eigenschaften des Materials an einer ersten Stelle vor und an einer zweiten Stelle nach der Bearbeitungsstelle, wie z. B. einem oder mehreren Walzenpaaren in einem Walzwerk, gemessen werden, wobei die Bearbeitung sowohl von den an der ersten als auch an der zweiten Meßstelle erfaßten, Abweichungssignalen gesteuert wird und mindestens ein Meßgerät vor und mindestens eines hinter der Bearbeitungsstelle angeordnet ist, wobei das an der ersten Meßstelle erfaßte Signal um einen von der Materialtransportgeschwindigkeit abhängigen Wert zeitlich verzögert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerung (26) für das Abweichungssignal vom ersten Meßgerät (18) der Transportzeit des Materials vom ersten Meßgerät (18) zum zweiten Meßgerät (19) entspricht und daß in einem Vergleichsgerät (28) das erste Abweichungssignal mit dem zweiten Abweichungssignal verglichen wird und daß das Ausgangssignal des Vergleichers für die Steuerung der Bearbeitung bestimmt ist.

   2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenschaften des Materials an zwei Punkten vor und an zwei Punkten nach der Bearbeitungsstelle gemessen werden, daß die je zwei Meßwerte vor und nach der Bearbeitungsstelle zu je einem Änderungssignal zusammengesetzt werden, daß die beiden Änderungssignale unter Berücksichtigung einer Zeitverzögerung des vor der Bearbeitungsstelle gewonnenen Änderungssignals einem Rechenglied (20) zugeführt werden, daß das Ausgangssignal des Rechengliedes zur Steuerung der Bearbeitung (13, 14) dient und daß dieses Ausgangssignal in der Weise gebildet wird, daß das Ausgangssignal aus dem Verhältnis (α) zwischen der Änderung der Abweichungen nach dem Bearbeitungsorgan (Ah^₂-oh_Ml) und der Differenz zwischen den Änderungen der Abweichungen vor und nach dem Bearbeitungsorgan (Ah_M- \h_M-(.th_m2-.ih_ull)) gebildet wird, d.h.

   4. Anordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Korrektursignal ein Zuschuß addiert wird, der aus der Summe des Produktes des Wertes α und der Größe des Signals, sowie dem Wert α selbst