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Mo EINRICHTUNG ZUR AUTOMATISCHEN REGELUNG DER BANDDICKE AUF DEM KONTINUIERLICHEN
KALTWALZWERK Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zur automatischen Regelung
der Banddicke auf dem kontinuierlichen Kaltwalzwerk.
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Bekannt sind Einrichtungen zur automatischen Regelung der Banddicke
auf dem kontinuierlichen Kaltwslzwerk, in .denen der Regler einen Banddickenmesser,
Gleichpolverstärker, einen Vervielfacher, der die Veränderung des Verstärkungskoeffizienten
des Regelkanals entsprechend der Transportverzögerungsgröße, ausgehend von den Stabilitätsbedinguagen
der
Regelung, gewährleistet, sowie einen Integrator enthält, der auf das Steuersystem
einer P-Strecke (Drehzahl des Antriebsmotors des Walzgerüstes bzw. Verschiebung
der Anstellvorrichtung, die mit Lagerückführung versehen ist ) einwirkt.
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Bei Einwirkung auf eine astatische Strecke (Verschiebung der Anstellvorrichtung
ohne Lagerückführung) enthält der Regler außer dem Dickenmesser und den Gleichpolverstärkern
einen Relaisverstärker, der mit dem Antrieb zur Verschiebung der Anstelivorrichtung
verbunden ist.
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In diesen Einrichtungen arbeitet der Regler auf das Signal vom Banddickenmesser,
der in einem gewissen Abstand vom Walzgerüst des Walzwerkes angeordnet iat, und
wirkt auf die Veränderung der Bandstauchung ein.
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Ein Nachteil der bekannten Einrichtungen besteht darin, daß infolge
der vorhandenen Transportverzögerung der Messung mit der Abnahme der Walzgeschwindigkeit
der Verstärkungskoeffizient des Reglers verringert werden muß, weil sonst bei hohen
Transportverzögerungsgröaen unzulässige Uberregelung entsteht und sogar die Regelstabilität
gestört werden kann.
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Aus dem erwähnten Grund gewährleisten <nicht>die bekannen Regler<>die
höchstmögliche Schnellwirkung und somit die Regelgenauigkeit, besonders bei mittleren
und niedrigen Walzgeachwindigkeiten, wenn beträchtliche Störungen (Abweichungen
der
Banddicke am Reglereingang) wirken.
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Der Erfindung ist die Aufgabe zugrundegelegt, eine Einrichtung zur
automatischen Regelung der Banddicke auf dem kontinuierlichen Kaltwalzwerk zu schaffen,
die die höchstmögliche Schneliwirkung im ganzen Bereich der Walzgeschwindigkeiten
ohne Veränderung des Gesamtverstärkungskoeffizienten des Reglers in Abhängigkeit
von der Transportverzögerungsgröße, d.h. der Laufzeit des zu walzenden Bandes von
der Deformationssone des Metalls bis zur meßstelle der Banddicke gewährleistet.
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Die Ausgabe wird dadurch gelöst, daß in der Einrichtung zur automatischen
Regelung der Banddicke auf dem kontinuierlichen Kaltwalzwerk in den Regler eine
Vorhaltrückführung vom Ausgang auf den Eingang eingeführt ist, die nach der indirekten
Messung der durch den Regler erzielten Dickenausregelung in den Gerüstwalzen ohne
Berücksichtigung der Transportverzögerung der Dickenmessung ausgeführt ist, wobei
die Rückführung auf gehoben wird, wenn die Differenz zwischen dem Signal der Vorhaltrückführung
und dem Signal, das der Abweichung der Banddicke proportional ist, die durch den
Dickenmesser gemessen ist, gleich Null wird.
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Zweckmäßigerweise enthält der Vorhal trückführu ngse;nen kreis hintereinaridergeschalteteri
Integrator und nichtlinearen Wandler, der die Begrenzung des Rückührungssignals
proportional der GröBe der während der Transportverzögerung6zeit durch den Regler
ausgeregelten Dickenveränderung gewährleistet.
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Die Einrichtung zur automatischen Regelung der Banddicke, in der
die Einwirkung des Regler auf die Veränderung der Bandstauchung durch Verschiebung
der Anstellvorrichtung des Walzgerüstes erfolgt, kann ein Nullorgan haben, das an
den Reglereingang angeschlossen ist und die Abschaltung der Vorhaltrüchführung beim
Nullwert des Signals am Reglereingang steuert.
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Im folge@den wird die Erfindung anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
und durch Zeichnungen näher erläutert; in den Zeichnungen zeigt Fig. 1 Prinzipschaltbild
der Einrichtung bei Einwirkung auf die Strecke gemäß der Erfindung; Fig. 2 Prinzipschaltbild
der Einrichtung bei Einwirkung auf die astatische Strecke gemäß der Erfindung.
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In Fig. 1 sind Arbeitswalzen, beispielsweise eines letzt/en Walzgerüstes
1 des Kaltwalzwerks und ein zu walzendes Band 2 dargestellt, das auf eine Haspel
3 aufgevruii den wird. Das $ignal eines Dickenmessers 4, der in einem
Abstand
" #" von der Achse des letzten Walzgerüstes 1 angeordnet ist, gelangt in einen Dickeneinsteller
5, wo es mit dem Signal an einem zweiten Eingang 6 verglichen wird, das dem vorgegebenen
Dickenwert ho proportional ist. An einem Ausgang 7 des Dickeneinstellers 5 wird
das Signal erzeugt, das der Abweichung der Banddicke vom gegebenen hM proportional
ist, das durch den Dickenmesser 4 gemessen ist. Dieses Signal gelangt zu Trenndioden
8 und 9, und wenn die gemessene Banddicke hM größer als die vorgegebene (hM >
ho) ist, geht das Signal zum Eingang eines Summators 10 durch, ist die Beziehung
umgekehrt (hM < < ho), so geht das Signal vom Ausgang 7 zum Eingang eines
Summators 11 durch.
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Am Ausgang des Summators 10 bzw. des Summators 11 wird die Differenz
zwischen dem Signal vom Ausgang 7, das der Abweichung der Banddicke proportional
ist, die durch den Dickenmesser 4 gemessen ist, und dem Signal der Vorhaltrückführung
erzeugt, das von einem Ausgang 12 eines nichtlinearen Wandlers 13 oder entsprechenderweise
von einem Ausgang 14 eines nichtlinearen Wandlers 15 abgegriffen wird, der die Begrenzung
des erwähnten Signals proportional der Größe der während der Transportverzögerungszeit
durch den Regler ausgeregelten Dickenveranderung gewährleistet. Das Signal am Ausgang
12 besitzt stets negative Polaribrät, die der Polarität des Signals entgegengesetzt
ist, das
durch die Diode 8 geht, während das Signal am Ausgang 14
positive Polarität besitzt, die der Polarität des Signals von der Diode 9 entgegengesetzt
ist. Die nichtlinearen Wandler 13 und 15 besitzen jevreils Hilfsausgänge 16 und
17, an denen die Signale dieselbe Größe win an den Hauptausgangen 12 und 14, aber
die entgegengesetzte Polarität besitzen.
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Die Ausgänge der Summatoren 10 und 11 sind über Dioden 18 und 19
mit einem Summator 20 verbunden. Das Signal vom Ausgang des Summators 20 koninit
am Eingang eines Integrators 21 mit einem parallelgeschalteten PD-Eanal an, an dessen
Ausgang das Reglersignal erzeugt wird, das auf die Drehzahl eines Antriebsmotors
22 der Walzen des Gerüstes 1 über ein Steuersystem 23 des elektrischen Antriebs
des Gerüstes einwirkt. Das Steuersystem des elektrischen Antriebs schließt Stromquellen
der Ankerkreise und der Erregerkreise des otors, eine Steuerschaltung der Stromquellen,
ein System der automatischen Regelung der Drehzahl des Antriebsmotors 22 oder der
Spannung an seinem Anker sowie eine Reihe von anderen Einheiten, darunter eine Einheit
zur automatischen Veränderung des Verstärkungskoeffixienten im Drehzahlsteuerkanal,
beispielsweise einen Vervielfacher, wobei die Drehzahl als Funktion der Walzgeschwindigkeit
oder der Spannung im Anker des Motors 22 auftritt, ein.
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Das Signal vom Ausgang des Summators 20 kommt außerdem
über
Dioden 24 bzw. 25 am Eingang eines Summators 26 oder 27 an, deren Ausgänge an Eingänge
von jeweiligen Gleichpolintegratoren 28 und 29 angeschlossen sind. An den Ausgängen
der Integratoren wird das Signal der indirekten liieEisung erzeugt, das der Dickenausregelung
in den Walzen des Gerüstes 1 ohne Berücksichtigung der Transportverzögerung der
Dickenmessung proportional ist. Zu einer genaueren indirekten messung der Größe
der durch den Regler erzielten Ausregelung der Banddicke in den Gerästwalzen kann
im Integrator 28 sowie auch im Integrator 29 außer der Integrierungsoperation die
Übertragungsfunktion realisiert werden, die die Dynamik des Systems des elektrischen
Antriebs (Antriebsmotor 22 und Steuersystem 23) des Walzgerüstes 1 sowie der Kanäle
der Dickenmessung näherungsweise modelliert.
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Die Ausgänge der Integratoren 28 und 29 sind mit Iaupteingängen 30
und 31 der nichtlinearen Wandler 13 und 15 verbunden. Der nichtlineare Wandler 13
(15) gewährleistet die Begrenzung des Ausgangssignals am Ausgang 12 (14), derart,
daß mit zunehmendem Signal an einem Eingang 30' (31) das Signal am Ausgang dem Betrag
nach dem Signal am Eingang 30 (31) so lange gleich ist, bis es den Wert erreicht
hat, der der Veränderung der Banddicke unter Einwirkung des Reglers während der
Transportverzögerungszeit der Dickenmessung entspricht.
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Das Signal, das die Spannungsbegrenzungsgröße am Ausgang 12 (14)
bestimmt, wird einem Eingang 32 (33) des nichtlinearen Wandlers 13 (15) vom Ausgang
eines Tachogenerators 34 des Walzgerüstes 1 zugeführt. Die Transportverzögerungszeit,
die dem Verhältnis des Abstands " e " und der Walzgeschwindigkeit gleich ist, ist
der Drehgeschwindigkeit der Walzen des Gerüstes 1 und somit der Spannung des Tachogenerators
34 indirekt proportional.
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Die Spannung am Ausgang des Summators 20 wird einzeln für jede Polarität
mittels zweier Nullorgane 35 und 36 gemessen, die jeweils Schalter 37 und 38 steuern.
Die Schalter werden geschlossen, wenn die Spannung am Eingang der Nullorgane 35
und 36 sich Null nähert, und bei einer Spannung geöffnet, die unterschiedlich von
Null ist.
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Eine Löschspannungsquelle 39 der Gleichpolintegratoren 28 und 29 stellt
einen P-Verstärker, beispielsweise einen Lagnetverstärker dar, an dessen Eingang
40 die Spannung des Tachogenerators 34 ankommt, und an beiden Ausgängen 41 und 42
werden gleiche dem Vorzeichen nach entgegengesetzte Signale erzeugt, die über die
Schalter 37 und 3o den Eingängen der jeweiligen Summatoren 26 und 27 zugeführt werden.
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In Fig. 2 sind Arbeitswalzen 43, beispielsweise des ersten Gerüstes
des kontinuierlichen Kaltwalzwerkes dargestellt.
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Die Eingangskreise der in diesem Schaltbild dargestellten Einrichtung
sind den in Pig. 1 abgebildeten analog.
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Das Signal vom Ausgang des Summators 20 kommt am Eingang eines Dreipunktrelaisverstärkers
44 an, das das Signal in ein Steuerungssystem 45 eines Antriebsmotors 46 der Anstellvorrichtung
des Walzgerüstes abgibt.
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Das Steuersystem 45 schließt Stromquellen der Ankerkreise und der
Erregerkreise des Antriebsmotors 46 der Anstelivorrichtung sowie eine Steuerschaltung
der Stromguellen ein, die die notwendige Ankerstromrückführung sowie Drehzahl- bzw.
Spannungsrückführungen des Motors 46 einschließt.
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Das Signal von einem Tachogenerator 47 der Anstellvorrichtung kommt
über Trenndioden 48 und 49 am Eingang eines Summators 50 bei Bewegung der Anstellvorrichtung
nach unten, oder am Eingang eines Summators 51 bei Bewegung der Ansteilvorrichtung
nach oben an. Die Ausgänge dieser Slzmmatoren sind an die Eingänge von jeweiligen
Gleichpoliategratoren 52 und 53 angeschlossen, an deren Ausgängen das Signal der
indirekten Messung erzeugt wird, das der Dickenausregelung in den Walzen des Gerüstes
43 ohne Berücksichtigung der Transportverzögerung der Dickenmessung proportional
ist.
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Die Ausgänge der Integratoren 52 und 53 sind mit den Haupteingängen
30 und 31 der nichtlinearen Wandler 13 und 15 verbunden.
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Der nichtlineare Wandler 13 (15) gewährleistet die Signalbegrenzung
am Ausgang 12 (14) auf dieselbe Weise wie in dem in Fig. 1 dargestellten Schaltbild.
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Das Signal, das die Größe der Spannungsbegrenzung am Ausgang 12 (14)
bestimmt, wird dem Eingang 32 (33) des nichtlinearen Wandlers 13 (15) vom Ausgang
des Tachogenerators 34 des Walzgerüstes zugeführt. Die Transportverzögerungszeit,
die dem Verhältnis des Abstands "1" und der Walzgeschwindigkeit gleich ist, ist
der Drehgeschwindigkeit der Walzen 43 und somit der Spannung des Tachogenerators
34 indirekt proportional.
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Die Spannung am Ausgang des Summators 20 wird einzeln für jede Polarität
(dank den Dioden 24 und 25) mittels der zwei Nullorgane 35 und 36 gemessen, die
die jeweiligen Schalter 37 und 38 steuern. Die Schalter werden geschlossen, wenn
die Spannung am Eingang der Nullorgane 35 und 36 sich Null nähert, und geöffnet,
wenn die Spannung unterschiedlich von Null ist.
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Die Löschspannungsquelle 39 der Gleichpolintegratoren 52 und 53 stellt
einen P-Verstärker, beispielsweise einen Iviagnetverstärker dar, zu dessen Eingang
40 die Spannung des Tachogenerators 34 zugeführt wird, und an den beiden
Ausgängen
41 und 42 werden gleiche und dem Vorzeichen nach entgegengesetzte Signale erzeugt,
die über die Schalter 35 und 38 an den Eingängen der Summatoren 50 und 51 ankommen.
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Das Signal am Reglereingang wird einzeln für jede Polarität nach
Passieren der Dioden 8 und 9 mittels zweier Nullorgane 54 und 55 gemessen, die jeweils
Schalter 56 und 57 steuern. Die Schalter schalten den Kanal der schnellen Selbstlöschung
der jeweiligen Integratoren 52 und 53 ein, wenn die Spannung am Eingang der Nullorgane
54 und 55 sich Null nähert; der Kanal der Selbstlöschung der Integratoren 52, 53
ist bei einer Spannung am Eingang der Nullorgane 54 und 55, die unterschiedlich
von Null ist, abgeschaltet.
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Die Sinrichtung, die in Fig. 1 dargestellt ist, arbeitet folgenderweise.
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Erfolgt in den Walzen des Gerüstes 1 eine sprunghafte Abweichung
der Banddicke von dem vorgegebenen Wert ho, so wird nach Ablauf der Transportverzögerungszeit,
die der Laufzeit des zu walzenden Bandes von den Walzen des Gerüstes 1 ois zum Dickenmesser
4 gleich ist, am Ausgang 7 des Dickeneinstellers 5 ein Signal entstehen, das über
die Dioden 8 und 18 (oder 9 und 19 bei entgegengesetzter Polarität) am Eingang des
Integrators 21 mit parallelgeschaltetem PD-Kanal ankommen wird. Am Ausgang des Integrators
21 wird hierbei
das Steuersignal erzeugt, das über das Steuersystem
23 der Drehzahl des Antriebsmotors 22 des Gerüstes 1 in Richtung der Beseitigung
der entstandenen Abweichung der Banddicke, und zwar auf die Drehzahlerhöhung des
Rotors 22, wenn die Banddicke gröBer als die vorgegebene ist, und auf die Drehzahlverringerung
im entgegengesetzten Fall einwirkt.
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Gleichzeitig wird am Ausgang des Gleichpolintegrators 26 (bzw. 29
bei entgegengesetzter Polarität des Signals der Dickenabweichung) das Signal erzeugt,
das der Veränderung der Drehzahl des Motors 22 unter Einwirkung der Regelgröße vom
Ausgang des Integrators 21 angenähert proportional und somit der Dickenausregelung
durch den Regler in den Walzen des Gerüstes 1 proportional ist. Dieses Signal entsteht
de gleichzeitig mit tatsächlichen Veränderung der Banddicke in den Walzen des Gerüstes
1 und stellt auf diese Weise das Signal der indirekten Messung der Dickenausregelung
durch den Regler in den Walzen des Gerüstes 1 ohne Berücksichtigung der Transportverzögerung
dar. Das Signal geht durch den nichtlinearen Wandler 13 (15) ohne Verzerrungen (wenn
die Dickenabweichung während der Transportverzögerungszeit ausgeregelt werden kann)
und wird in Form einer Vorhaltrückführung am Eingang des Swnmators 10 (11) eingeführt.
Dadurch wird das Signal, das am Eingang des Integrators 21 ankommt, verringert und
erreicht gleichzeitig
mit der Verminderung der Dickenabweichung
in den Walzen des Gerüstes 1 den Nullwert, wenn auch das Signal am Ausgang des Dickeneinstellers
5 infolge der Transportverzögerung der messung noch nicht gleich Null ist. Sobald
das Signal am Eingang des Integrators 21 gleich Null wird, hört die Veränderung
des Signals an seinem Ausgang auf. Gleichzeitig wird das Nullorgan 35 (36) ausgelöst,
und der Schalter 37 (38) schaltet sich ein. Sobald der Schalter 37 (38) den Löschkreis
des Gleichpolintegrators 28 (29) schließt, setzt auch die Verringerung des Signals
an seinem Ausgang ein. Hierbei wird, wenn die Transportverzögerungszeit noch nicht
abgelaufen ist und das Signal am Ausgang des Dickeneinstellers 5 denselben Wert
wie vordem besitzt, am Ausgang des Summators 10 (11) und somit am Ausgang des Summators
20 wieder das Signal erscheinen, das die Abschaltung des Nullorgans 35 (36) und
somit die Einstellung der Löschung des Integrators 28 (29) herbeiführt, wonach die
Spannung am Ausgang des Sllmm tors 20 erneut gleich Null wird usw. Auf diese Weise
wird das Signal am Ausgang des Summators 20 praktisch gleich Null so lange beibehalten
werden, bis sich das Signal vom Ausgang des Dickeneinstellers 5 ändert.
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Nach Ablauf der Transportverzögerungszeit setzt die Verringerung
des Signals am Ausgang des Dickeneinstellers 5 ein. Hierbei wird die beschriebene
Schaltung die Löschung des Gleichpolintegrators 28 (29) gewnhrleisteh.
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Die beste Regelgüte wird bei folgenden Bedingungen erzielt: a) bei
solcher Wahl des Verstärkungskoeffizienten in dem Kanal, der aus dem Integrator
28 (29) und dem nichtlinearen Wandler 13 (15) besteht, sowie bei solcher Einstellung
des nichtlinearen Wandlers 13 (15), bei denen das Fehlen des Signals am Ausgang
des Summators 10 (11) der vollständigen Ausregelung der BanGdickenabweichung in
den Walzen des Gerüstes 1 entspricht; b) bei Änderung des Löschtempos des Gleichpolintegrators
28 (29) proportional der Walzgeschwindigkeit.
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Hierzu ist in den Löschkreisen der Gleichpolintegratoren 28 (29)
die Quelle 39 verwendet, deren Spannung sich proportional der Walzgeschwindigkeit
ändert.
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Bei hoher Walzgeschwindigkeit, wenn die Transportver» zögerung gering,
die Dickenabweichung aber beträchtlich ist, ist der Fall möglich, die entstandene
Banddickenabweichung während der Transportverzögerungszeit nicht ausgeregelt werden
kann, weil das Grenztempo der Störungsausregelung durch Überlastungsbedingungen
des rotors 22 begrenzt ist.
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In diesem Falle wird das Signal am Ausgang des Summators 10 (11)
eher gleich Null werden, als die Dickenabweichung in den Walzen des Gerüstes 1 beseitigt
worden ist,
was zur unvollständigen Ausregelung der Dickenabweichung
führen wird. Um diese Erscheinung zu beseitigen, sorgt der nichtlineare Wandler
13 (15) für die Begrenzung des Signals der Vorhaltrückführung.
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Die zusätzlichen Rückführungen vom Ausgang 16 auf den Eingang des
Summators 11 und vom Ausgang 17 auf den Eingang des Summators 10 tragen zur Stabilisierung
des Systems bei vorzeichenveränderlicher Banddickenabweichung bei.
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Die Arbeit der Einrichtung, die in Fig. 2 dargestellt ist, geht in
analoger Weise vor sich. Ein Unterschied besteht darin, daß bei Einwirkung auf den
Antriebsmotor 46 der Anstellvorrichtung, die auf das Signal des Relaisverstärkers
44 erfolgt, das Ausregelungstempo der Dickenabweichung von der Abweichuungsgröße
nicht abhängig ist. Unter diesen Bedingungen gewinnt der nichtlineare Wandler 13
(15) noch mehr an Bedeutung.
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Außerdem gewährleisten die Nullorgane 54 und 55 sowie die von ihnen
gesteuerten Schalter 56 und 57 eine praktisch momentane Selbstentladung der Gleichpolintegratoren
52 und 53 beim Fehlen des Signals am Eingang des Reglers, d.h. am Eingang des Einstellers
5, das die Regelgüte verbessert.
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Dank der eingeführten Vorhaltrückführung gewährleisten die vorgeschlagenen
Einrichtungen zur Regelung der Banddicke unabhängig von der tatsächlichen Transportverzögerung
der Iessung die höchstmögliche Schnellwirkung, die beim Fehlen der Transportverzögerung
erzielbar ist.