DE2322315A1 - Anordnung zur regelung der dicke von walzgut - Google Patents

Anordnung zur regelung der dicke von walzgut

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DE2322315A1
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DE2322315A
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Alfred J Baeslack
John D Sterrett
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Westinghouse Electric Corp
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Description

WESTINGHOUSE Erlangen, 2-5-73
Werner-^-Sie^ena-Straße
Mein Zeichen: VPA 72/8345 Hk/Di
Anordnung zur Regelung der Dicke von Walzgut
Es wird die Priorität der US-Anmeldung Serial-No. 251 963 vom 10. Mai 1972 in Anspruch genommen
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regelung der Dicke von Walzgut, das mit einer Dicken- und einer Balligkeitsregeleinrichtung ausgestattet ist.
Bei bekanntenEinrichtungen zur Regelung der Walzgutdicke und der Walzenballigkeit arbeiten beide Regeleinrichtungen unabhängig voneinander, so daß durch die Regelung der Balligkeit hervorgerufene Dickenänderungen von der Dickenregeleinrichtung nicht unmittelbar kompensiert werden. Infolgedessen beeinflussen sich die beiden Regeleinrichtungen gegenseitig in unerwünschter Weise.
Die bekannten Dickenregeleinrichtungen steuern Anstellvorrichtungen in Abhängigkeit von durch ein Dickenmeßgerät ermittelten Dickenfehlern oder in Abhängigkeit von Walzkraftschwankungen.
Es hat sich gezeigt, daß bei den bekannten Dickenregeleinrichtungen eine Ausregelung von kleineren Dickenfehlern nur begrenzt möglich ist, weil die Anstellvorrichtung die Steuerbefehle relativ langsam ausführt. Für eine schnellere und genauere Dickenregelung erscheinen daher die bekannten Einrichtungen als nicht in ausreichendem Maße geeignet.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile wird gemäß der Erfindung in der Balligkeitsregeleinrichtung von der gewünschten Balligkeit der Walzen und des Walzgutes und den gemessenen Walz- und Biegekräften ein Biegekraftsollwert abgeleitet, der in die entsprechenden Biegekraft-Stellgrößen aufgeteilt und in der Dickenregeleinrichtung zur Korrektur des durch die Biegekräfte hervorgerufenen Dickenfehlers ausgewertet wird.
An Hand eines in der Zeichnung ausgeführten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Übersichtsblockschaltbild der Anordnung, Figur 2 den Aufbau der Balligkeitsregeleinrichtung 200 und der Dickenregeleinrichtung 300 aus Figur 1 in
schematischer Darstellung,
Figur 3 den Aufbau der Vorrichtung 340 zur Erzeugung der von der Walzwerkdehnung abhängigen Walzkraftänderungs-
signale,
Figur 4 die Beziehung zwischen der Walzwerksdehnung und der
Walzkraft,
Figur 5 eine schematische Darstellung der für die Erzeugung der Positionsabweichungen vorgesehenen Einrichtungen.
In der in Figur 1 dargestellten Anordnung durchläuft das Walzgut den Spalt zwischen einer oberen Arbeitswalze 2 und einer unteren Arbeitswalze 3, deren lage durch eine untere Stützwalze 4 einstellbar ist. Der oberen Arbeitswalze 2 ist eine Stützwalze 1 zugeordnet, auf deren beide Lager eine Steuereinrichtung 100 zur Walzenanstellung einwirkt.- Die durch, das Walzgut hervorgerufenen Walzkräfte Pa und Pb werden "beispielsweise mittels Druckmeßdosen 5a und 5b gemessen. Biegekräfte Ba 1 und Bb 1 für die obere Stützwalze 1 und Biegekräfte Ba 4 und Bb 4 für die untere Stützwalze 4 werden über hydraulische Hilfsventile und die Stellung der Ventilspindeln steuernde Einrichtungen 110a bzw. 110b erzeugt und mittels Druckmeßdosen 6a, 6b bzw. 7a, 7b gemessen. Die Einstellung
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der unteren Stützwalze 4 wird über Hilfsventile und die Stellung der Ventilspindeln steuernde Einrichtungen 120 gesteuert, denen dem Dickenfehler proportionale Signale
Δ ha und Δ hb zugeführt werden. Dabei wird die Stellung der Walze 4 durch Druckmeßdosen 8a und 8b erfaßt. Die mit Qa bzw. Qb bezeichneten Ausgangssignale der Druckmeßdosen 8a und 8b sind zwar Druckkräften proportional, können jedoch leicht in die hier verwendeten, der Lage proportionalen Signale umgeformt werden. Die Steuereinrichtungen 110 erhalten Biegekraft-Stellsignale BEa bzw. BEb, die in einer die Biegekräfte für die Stützwalzen regelnden Einrichtung 200 gebildet werden. Die Signale BEa und BEb bewirken, daß mittels der Steuereinrichtungen 110 den die Biegekraft ausübenden hydraulischen Zylindern 9a, 10a und 9b, 10b hydraulisches Medium zugeführt oder aus diesen abgeführt wird, bis die Signale BEa und BEb gleich Null sind. Außer den den Walz- und Biegekräften proportionalen Signalen werden der Regeleinrichtung 200 folgenden Größen proportionale Signale zugeführt: Sollwerte C und Cr für die Walzgut- bzw. Walzenballigkeit, Walzgutbreite W, Stützwalzendurchmesser D und geschätzte Anfangswalzkraft Pe. Zusätzlich zu den den Steuereinrichtungen 110 zugeführten SollwertSignalen für den Zu- oder Abfluß des hydraulischen Mediums erzeugt die Regeleinrichtung 200 weitere, in der Dickenregeleinrichtung verwendete Signale, nämlich ein der erforderlichen Biegekraft entsprechendes Signal B*, das die Grundlage für die Erzeugung der Signale BEa und BEb bildet, und ein Signal MB. Dieses Signal stellt einen Paktor dar, der mit B* multipliziert die Regeleinrichtung 300 in die Lage versetzt, Dickenänderungen auf Grund voreingestellter Biegekräfte zu kompensieren. Außerdem werden der Regeleinrichtung 300 die Signale Pa und Pb und ein aus diesen gebildetes Gesamtsignal P sowie die später näher erläuterten Signale V und N, die zur Dickenregelung verwendet werden, und die der Walzgutbreite W und dem Walzendurchmesser D proportionalen Signale zugeführt. Ein weiteres, mit L bezeichnetes Signal dient zur Einstellung der Horizontallage der Stützwalze 4. Die Dickenkorrektursignale Aha und Δ hb werden den
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Steuergeräten 120a "bzw. 120 b zur Einstellung der Stütz-, walze 4 durch geeignete hydraulische Schubzylinder 11a, 1Tb zugeführt.
In Figur 2 ist der Aufbau der Regeleinrichtungen 200 und näher dargestellt. Die Regeleinrichtung 200 für die Biegekraft enthält eine Einrichtung 210 zur Erzeugung des Einstellfaktors MB in Abhängigkeit von einem den Stützwalzendurchmesser D darstellenden Eingangssignal. Das Signal MB wird Einrichtungen 220 und 230 zur Erzeugung von den Federkonstanten proportionalen Signalen Mcb und Mcp in Abhängigkeit von einem der Walzgutbreite W entsprechenden Signal zugeführt. Das G-esamtwalzkraftsignal P und das Biegekraftsignal B werden in einem Summierer 240 P bzw. 240 B gebildet, und in einem Vergleicher 250 verarbeitet, dessen Ausgangssignal dem Balligkeitsfehler Ge entspricht. Dem Vergleicher 250 wird ein geschätzter Wert für die Anfangs-WaIzkraft Pe mittels eines Schalters 12 vorgegeben und damit eine Anfangsbiegekraft, die sich bei dem Einlauf des Walzgutes in das Walzwerk einstellen würde, vor Beginn des Walzvorganges vorgetäuscht. Wenn der Schalter 12 geschlossen ist, tritt das Signal P an die Stelle des dem Schätzwert entsprechenden Signals Pe. Das dem Balligkeitsfehler entsprechende Signal Ce wird in der später beschriebenen Weise erzeugt und einem Grenzwertkreis 260 zugeführt, an den ein das Signal B* liefernder PI-Verstärker angeschlossen ist. In Abhängigkeit von den Walzwerkseigenschaften kann gegebenenfalls der Grenzwertkreis entfallen. Das Signal B* wird durch einen Biegekraftbegrenzer 280 begrenzt, dem eine der maximalen Biegekraft entsprechende Größe und das Signal P zugeführt sind. Die bis ;jetzt beschriebenen Komponenten sind in der Einrichtung 200 enthalten. Die bisher beschriebenen Bauteile können sowohl analog als auch digital arbeitende Einrichtungen in Form von fest verdrahteten oder programmierten Rechnern sein.
Die Regeleinrichtung 200 umfaßt ferner eine Einrichtung 290, in der der Mittelwert aus den beiden den Biegekräfteh ent-
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sprechenden Signalen Ba4 und Ba1 sowie Bt>4 und Bb 1 mit dem Signal B* (Sollwert der Biegekraft) verglichen wird. Die Differenz ist das Biegekraftsignal BEa bzw. BEb, das der die Lage der Spindel des hydraulischen Ventils steuernden Einrichtung 110a bzw. 110 b als Stellgröße zugeführt wird. Die Einstellung der Ventilspindeln proportional zu der Größe BEa bzw. BEb ist für den Zu- oder Abfluß des hydraulischen Mediums in die bzw. aus den Biegezylindern entsprechend der Polarität der Größe BE maßgebend. Der resultierende Fluß ändert die Größen Ba 4 und Ba1, bis die Durchschnittsbiegekraft dem Sollwert B* entspricht und BE gleich Null ist. Mittels in der Einrichtung 290 angeordneten Potentiometern läßt sich das Signal B* so einstellen, daß die Mitte der Walzenballigkeit für den erforderlichen Ausgleich verschoben wird.
Das Signal B* wird sowohl in dem Sollwerterzeuger 290 als auch in der die Dickenkorrektur für die Biegekraft erzeugenden Einrichtung 310 verwendet, die einen Teil der Einrichtung bildet. Das vom Generator 310 erzeugte Signal- Gcb und die Signale V und N werden in einem Summierverstärker 320 zusammengefaßt, dessen Ausgangssignal mit Qo · Ms bezeichnet ist. Das Signal Qo · Ms ist der Sollwert für die Ausgangslage der Zylinder 11 für die untere Stützwalze bei unbelastetem Walzwerk. Ms ist ein Faktor zur Umformung der der Schubkraft entsprechenden Größe in eine der Position entsprechende Meßgröße. In gleicher Weise werden die Signale Qa und Qb mit dem Faktor Ms zur Erzeugung eines der Position entsprechenden Signals multipliziert. Natürlich können die Signale der Druckmeßdosen 8a und 8b auch unmittelbar in Positions-Signale umgeformt werden.
Das Signal N stellt die Nennposition de& Zylinders bei der Eichung dar und kann als Anfangssollwert für die Position betrachtet werden, während das Signal V Änderungen des Walzspaltes auf Grund von Änderungen der Ölfilmdicke in den Lagern in Abhängigkeit von der Walzgeschwindigkeit und der
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ffalzkraft darstellt. Eine Walzspaltänderung entsteht in erster Linie durch ein Anwachsen der Dicke des Ölfilms in Abhängigkeit von einer zunehmenden Walzgeschwindigkeit .und durch eine Abnahme der Ölfilmdicke bei steigender Walzkraft. Die Signale L und Qo · Ms werden zusammen mit den Signalen Qa und Qb in einem Summierverstärker 330 zur Erzeugung von Differenzsignalen DQa und DQb verwendet. Diese Signale stellen die erforderliche Positionsänderung zwischen den gemessenen Zylinderpositionen und der Position dar, die sich durch die in den Summierverstärker 320 eingeführten Faktoren ergibt. Eine Dickenkorrektur muß ferner auf Grund der Walzwerksdehnungen an beiden Seiten der Walzen ausgeführt werden. Hierfür sind die Summierer 34Oa und 340b vorgesehen, denen beiden das Signal MP zugeführt wird, das einen von der Einrichtung 360 erzeugten Faktor zur Berücksichtigung der Walzwerksdehnung darstellt. Der Faktor MP wird in Abhängigkeit von der Walzgutbreite und dem Walzendurchmesser gebildet und zur Umwandlung der gemessenen Walzkraft in Änderungen des Walzspaltes verwendet. Eine Änderung der Walzwerksdehnung während des Walzvorganges wird durch Differenζsignale DPa und DPb dargestellt, die in Verstärkern 350 mit den Signalen DQa und DQb zusammengesetzt werden, die den Änderungen der Position entsprechen und in dem Summierverstärker 340a bzw. 34Ob gebildet sind. Die Verstärker 35Oa und 35Ob erzeugen die Stellsignale Aha bzw. Ahb, die in Figur 1 angegeben sind.
Damit das Walzgut mit konstanter Dicke gewalzt werden kann, müssen die Änderungenvon DPa und DPb durch Änderungen der Größen DQa und DQb ausgeglichen werden, um den Walzspalt konstant zu halten.
Zur Erzeugung der Differenzsignale sind zwei Betriebsarten vorgesehen, die mit I und II gekannzeichnet sind. Nach Figur bilden Schalter 345 und 346 die Eingänge für Summierverstärker 347· Der Schalter 345 hat den beiden Betriebsarten I und II entsprechende Schaltstellungen. Der Schalter 346 ermöglicht
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es, die individuellen Signale für die Walzwerksdehnung (Stellung NA) oder ein Mittelwertsignal (Stellung A) zu wählen. Die Arbeitsweise der Summierer 340 (Figur 2), der die in Figur 3 dargestellten Einrichtungen mit Ausnahme des Verstärkers 360 enthält, der das dem Einstellfaktor entsprechende Signal MP liefert, soll zunächst in der Betriebsart I betrachtet werden.
Die den Walzkräften entsprechenden Signale Pa und Pb werden Verstärkern 341 zur Erzeugung von Ausgangssignalen Pa1, Pb1 zugeführt, die in Funktionsgeneratoren 342 zu Ausgangssignalen -F (Pal) und -F (Pb) umgewandelt werden.
In Figur 4 ist für verschiedene Walzgutbreiten und Walzendurchmesser die Beziehung zwischen der Walzwerksdehnung in Zentimetern und der Walzkraft in Tonnen dargestellt. Der Funktionsgenerator 342 hat die Aufgabe, das Walzkraftsignal in ein der Dehnung entsprechendes Ausgangssignal umzuformen. Da jedoch die Funktion eine komplexe Beziehung darstellt, die nicht nur die Walzkraft, sondern auch die Walzgutbreite und den Walzendurchmesser einbezieht, wird die Umformung in zwei Schritten durchgeführt. Zunächst erzeugt der Funktionsgenerator 342 ein Signal der Beziehung zwischen der Walzwerksdehnung und der Walzkraft für eine Walzgutbreite von 2,3 m und einen Walzendurchmesser von 2 m und dann wird diese Beziehung in einem Multiplizierer 343 mit MP multipliziert zur Erzeugung eines der Dehnungsänderung entsprechenden Signals, das von der jeweiligen Walzkraft, der Walzgutbreite und dem jeweiligen Walzendurchmesser abhängt. Die genaue Beziehung zur Erzeugung des Signals MP ist zur Aufstellung der gewünschten Beziehung für den Verstärker 360 in Figur 3 und zur graphischen Darstellung in Figur 4 empirisch ermittelt worden. Da die Beziehung für unterschiedliche Anwendungen verschieden sein kann, ist es für die vorliegende Erfindung wichtig, daß eine geeignete Kompensation anderer Walzgutbreiten und Walzendurchmesser für die Arbeitsweise des Verstärkers 360 vorgesehen werden muß. Die spezielle Zusammensetzung des Verstärkers 360 ist nicht
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dargestellt, da hierfür in bekannter Weise sowohl Analog- als auch Digital-Rechner zur Bildung des Signals MP verwendet werden können.
Die Ausgangssignale der Multiplizierer 343 sind die Größen Pa · MP und Pb-MP. Wenn der Anfang des zu walzenden Walzgutes zum ersten Mal in das Walzwerk einläuft, werden die mit den Ausgängen der Multiplizierer 343 verbundenen Schalter AGC1 und AGC2 geschlossen und dadurch den Speichern 344 die Ausgangssignale der Multiplizierer zugeführt. Die den Anfangsdehnungen entsprechenden Ausgangssignale sind mit Pao · MP und Pbo * MP bezeichnet.
Die Grundgleichungen für die Betriebsart I sind
DPa I = Pa · MP - Pao .· MP und
DPB I = Pb · MP - Pbo * MP
Nach diesen Gleichungen arbeiten die Summierverstärker 347a und 347b, wenn die Schalter 345 und 346 in der Stellung für die Betriebsart I stehen. In dieser Stellung werden die im Speicher 344 gespeicherten Anfangsdehnungswerte von den nach Öffnen der Schalter AGC1 und AGC2 laufend von den Multiplizierern 343 ermittelten Walzwerksdehnungen abgezogen. Die Ausgangssignale der Multiplizierer 343 sind über die Schalter 346 den Summierverstärkern 347a bzw. 347"b zugeführt. Das Vorzeichen der Ausgangssignale der Gedächtnisse 344 ist dem der Ausgangssignale der Multiplizierer 343 entgegengesetzt gerichtet. Die Ausgangssignale der Summierverstärker 347 sind an Potentiometern 349 einstellbar· und werden hier als Dehnungsdifferenzsignale DPa und DPb abgenommen. Die Potentiometereinstellungen bestimmen die prozentuale Änderung der Walzwerksdehnung, die durch Einstellung der unteren Stützwalze kompensiert werden muß.
Während der Betriebsart II sind alle Schalter in die Stellung II
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bewegt lind das Aus gangs signal der Speicher 344 ist durch ein Signal Pe · MP ersetzt, das der geschätzten Walzwerksdehnung entspricht und beispielsweise von einem Rechner vorgegeben wird. Die Gleichungen für die Betriebsart II lauten:
DPa II = Pa · MP - Pe · MP DPb II = Pb * MP - Pe · MP
Die untere Stützwalze bewegt sich in die Stellung, in der das Walzgut mit der Dicke gewalzt werden kann, für die Pe berechnet worden ist. Eine Umschaltung der Schalter 346a und 346b von NA nach A bewirkt, daß die Walzwerksdehnungsänderungen während des Walzens durch ein der mittleren Dehnungsänderung entsprechendes Signal Pm · MP ersetzt wird. Für diese abgewandelte Betriebsart II gilt folgende Gleichung:
DPaA = DPbA = Pm * MP - Pe · MP
Figur 5 zeigt ein Blockschaltbild der Einrichtung 330 (Fig) in Verbindung mit den Einrichtungen 210, 310* und 320 unter Angabe der Gleichungen für die verschiedenen Funktionen, die für die Erzeugung des die Stellungsabweichung angebenden Signals erforderlich sind. Die Ausgangssignale Qa und Qb der Druckmeßdosen 8 werden einem Verstärker 331a bzw. 331b zugeführt, in dem sie mit dem Faktor Ms multipliziert und dadurch in die entsprechenden Stellungssignale umgeformt werden. Diese Signale stellen in Verbindung mit dem am Ausgang des Summierers 320 entstehenden Positionskorrektursignal Qo * Ms die Stellungsänderungen für die untere Stützwalze dar, die zur Kompensation der Walzspaltänderungen auf Grund der Biegekraft, der Walzgeschwindigkeitsänderungen und der Änderungen in der Nennstellung der Zylinder erforderlich sind. Die Positionssignale Qo * Ms setzen sich wie folgt zusammen:
Qo · Ms = N - B* · MB - V
Das Signal MB am Ausgang der Einrichtung 210 berechnet sich zu MB = KA - Kc * D. Dieser Einstellfaktor ist eine Funktion
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der empirischen Beziehung, die zwischen dem Biegekraftsollwert und der Walzspalt änderung "besteht, die auf Grund der Biegekraft eintritt. Das Produkt B* · MB in der Gleichung für Qo · Ms stellt also einen Korrekturfaktor für die Walzspaltabweichung auf Grund einer voreingestellten Biegekraft dar. Die Bildung des Paktors MB macht es möglich, ihn als einen Berichtigungsfaktor in den Gleichungen für die Ableitung der von den Einrichtungen 220 bzw. 230 gelieferten Signale Mcp und Mcb für die Federkonstanten zu verwenden.
In Figur 2 ist das von der Einrichtung 320 gelieferte Produkt B* · MB mit Gcb bezeichnet. Dieses Signal wird mit den Signalen für die Zylindernennposition (K) und die WaIzspaltänderung auf Grund der Walzgeschwindigkeit (V) zusammengesetzt.
Das Signal Qo * Ms wird in Summierverstärkern 332a und 332b zur Erzeugung der Differenzsignale DQa und DQb verwendet. Es gilt
DQa = Qo · Ms + L und DQb = Qo · Ms - L
Die Signale für die Zylinderstellungen Qa und Qb werden Verstärkern 331 zugeführt, deren Ausgangssignale mit - Qa * Ms und - Qb · Ms bezeichnet sind. Die Signale L und - I werden an einem Potentiometer 333 abgegriffen und die Umkehrung des Signals L wird durch einen Verstärker 334 erzielt.
Die Signale Aha und Ahb, die den Reglern 120 (Fig. 1) zur Steuerung der Ventilspindeln und der Hilfsventile zugeführt werden, sind in Summierverstärkern 35Oa bzw. 35Ob gebildet (Fig. 2). Es ist
Δ ha = DPa - DQa und Ahb = DPb - DQb
Δ ha und Ahb sind die Sollwertsignale für die Regler 120a und 120b zur Steuerung des Ölflusses oder der Spindelstellung
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der Ventile entsprechend dem Vorzeichen der Signale. Der jeweils entsprechend der Polarität des Dickenfehlersignals bewegte Zylinder stellt die untere Stützwalze zur Änderung der Walzgutdicke ein, "bis Ah Null wird.
4 Patentansprüche
5 Figuren
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Claims (2)

  1. - - 12 - VPA 72/8345
    Patentansprüche
    ί1.!Anordnung zur Regelung der Dicke von Walzgut in einem Walzwerk, das mit einer Dicken- und einer Balligkeitsregeleinrichtung ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Balligkeitsregeleinrichtung (200) von der gewünschten Balligkeit der Walzen (Cr) und des Walzgutes (C) und den gemessenen Walz- und Biegekräften (P bzw. Ba, Bb) ein Biegekraftsollwert (B*) abgeleitet wird, der in die entsprechenden Biegekraft-Stellgrößen (BEa und BEb) aufgeteilt und in der Dickenregeleinrichtung (300) zur Korrektur des durch die Biegekräfte hervorgerufenen Dickenfehlers ausgewertet wird.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegekraftsollwert (B*) aus der Walzgutbreite (W), dem Stützwalzendurchmesser (D), den gewünschten Werten der Balligkeit des Walzgutes (C) und der Walzen (Cr) in Verbindung mit den gemessenen Walz- und Biegekräften gebildet wird und daß der Dickenfehler in Abhängigkeit von dem Produkt aus dem Biegekraftsollwert und einem vom Walzendurchmesser abhängigen Einstellfaktor MB korrigiert wird.
    3· Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung und Änderungen des Walzspaltes und die Position der Stützwalzen (1,4) durch Druckmeßdosen (6,8) erfaßt werden, daß aus den der Walzkraft und den durch diese auf Grund der Walzkraftdehnungen hervorgerufenen Walzspaltänderungen proportionalen Signalen Dehnungssignale gebildet werden und daß aus den der Positionsänderung der unteren Stützwalze (4) und den der Dehnungsänderung proportionalen Signalen die Stellsignale zur Dickenkorrektur durch die untere Stützwalze abgeleitet werden.
    4· Anordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das der Positionsänderung entsprechende Signal von dem Produkt aus dem Biegekraftsollwert und der durch die Biegekraft hervorgerufenen Walzspaltänderung abhängig ist.
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    Leerseite
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