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Verfahren und Schaltungsanordnung zur gegenseitigen Abstimmung der
Antriebsdrehaahlen einer Iehrgertistigen Walzstraße mit Einselantrieben Die Erfindung
betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur gegenseitigen Abstimmung
der Antriebsdrehzahlen von aufeinanderfolgenden Gertisten einer kontinuierlichen
Walzstraße mit Einzelantrieben, die jeweils von einen Drehzahlregelkreis mit einem
unterlagerten Momentenregelkreis auf einen Drehmahl-Sollwert geregelt sind.
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Beim Warmwalzen von Profil- und Stabstahl in mehrgerüstigen Walzstraßen
sollen kaine unzulässigen Zur oder Druckkräfte im Walzgut auftreten. Da eine Schlingenregelung
nicht eingesetzt werden kann, muß die Abstimmung der Antriebsdrehzahlen der einzelnen
Gerüste auf andere Weise vorgenommen werden.
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Es ist bereits eine Gleichlaufeinrichtung für den Xehrmotorenantrieb
einer kontinuierlichen Walzstraße bekannt, bei dem das zwischen drehzshlgeregelten
Einzelantrieben durchlaufende Walzgut fest zugeordnete Drehzahlverhältnisse bedingt,
die voreinstellbar und zwecks Vermeidung von Zug- oder Druckkräften belastungsabhingig
anpaßbar sind (DT-PS 1 201 466). Als Bezugswert wird der Ankerstrommeßwert des jeweils
davorliegenden Antriebs unmittelbar vor Eintritt des Materials in das Gerüst des
Folgeantriebs erfaßt und gespeichert. Be dieser Gleichlaufeinrichtung ist den dem
ersten Antrieb folgenden Einselantrieben je ein Speicher zugeordnet, der den Ankerstrosmeßwert
des vor einem Folgeantrieb liegenden, bereits Walzgut führenden Einzelantriebs vor
der Ubernahae des Walzgutes durch den Folgeantrieb aufnimmt. Ferner ist den dem
ersten Antrieb
folgenden Einzelantrieben Je eine Einrichtung zugeordnet,
die nach erfolgter Walzgutübernahie durch den Solgeantrieb den Ankerstron des davorliegenden,
walzgut führenden Einselantriebs durch Verstellung des Drehzahlsollwertes des Folgeantriebs
auf den gespeicherten Wert zurückführt. Der derart torrigierte Einstellwert des
relativen Drehzahlverhältnisseu zwischen den Einzelantrieben bleibt mindestens solange
wirksam, bis das Walzgut die Walzen des Einzelantriebe wieder verlassen hat. Bei
dieser bekannten Gleichlaufeinrichtung werden sorbit die Drehzahlsollwerte der anstechenden
Gerüste in gewünschten Sinne beeinflußt. Dabei kann es jedoch zu einer unerwünschten
gegenseitigen Beeinflussung zwischen den über das durchlaufende Walzgut miteinander
gekoppelten Drehzahlregelkreisen auteinanderfolgender Gerüste kommen. In ungünstigen
Fällen wird die Dämpfung der nach den Anstich eines Gerüsts angestoßenen Ausgleichevorgänge
verschlechtert. Dies hat eine langesamere Beruhigung der miteinander gekoppelten
Drehzahlregelkreise zur Folge, wodurch bei gegebenem Gerüstabstand die maximal mögliche
Walzgeschwindigkeit begrenzt wird.
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Bei einer ebenfalls bekannten Regelung des Antriebes eines Walzengerüstes,
das einem anderen Walzengerüst vorgelagert ist, wird der Antrieb zunächst auf gleiche
Geschwindigkeit wie das zweite Gerüst und von einem Zeitpunkt nach dem Einlaufen
des Walzgutes in das erste, aber knapp vor dem Einlaufen in das zweite Walzgerüst
ab auf gleichbleibenden Strom bzw. gleichbleibendes Drehmoment oder gleichbleibende
Leistung geregelt (OE-PS 205 129).Eine Regelung auf gleichbleibendesAntriebsmoment
ist jedoch nachteilig, weil beim Warmwalzen Rährend des Walzvorganges die Temperatur
des Walzgutes abnimmt. Der Verformungswiderstand des Walzgutes und das benötigte
Antriebsmoment wachsen daher im Verlauf eines Stiches an.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung
zur gegenseitigen Abstimmung der Antriebsdrehzahlen von aufeinanderfolgenden Gerüsten
einer kontinuierlichen Walzstraße mit Einzelantrieben vorzuschlagen, bei dem die
erforderliche Einstellung der Antriebsdrehzahlen der einzelnen Gerüste möglichst
rasch und ohne gegenseitige Beeinflussung erfolgt.
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Erfindungsgeiaäß wird hierzu ein Verfahren mit den zeitlich aufeinanderfolgenden
Verfahrensschritten vorgeschlagen: a) Beim Anstich eines Gerüstes wird die Änderung
des Antriebsmoments am vorhergehenden Gerüst erfaßt, der Drehzahlregelkreis des
anstechenden Gerüsts wird aufgetrennt und dem unterlagerten Momentenregelkreis wird
ein künstlicher Xomentensollwert aufgeschaltet, der aus einem Vorgabewert und einem
aus der Änderung des Antriebsmoments am vorhergehenden Gerüst abgeleiteten Korrekturwert
gebildet wird, b) nach einer vorbestimmten Zeitspanne - spätestens beim Anstich
des nächstfolgenden Gerüsts - wird dem rehzahlregelkreis der Momentanwert der Antriebsdrehzahl
als verbesserter Drehzahl-Sollwert vorgegeben und der Drehzahlregelkreis wird stoßfrei
wieder geschlossen, c) weiterhin wird der künstliche Momentensollwert als verbesserter
Vorgabewert abgespeicher;t.
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Die für ein längskraftfreies Walzen erforderlichen Drehzahlen der
aufeinanderfolgenden Gerüste lassen sich im allgemeinen nicht genau vorherbestimmen.
Die Erfindung ermöglicht ein Walzverfahren, bei dem zunächst fehlerbehaftete Drehzahl-Sollwerte
vorgegeben werden können und bei dem eine sehr schnelle Anpassung der Antriebsdrehzahl
des anstechenden Gerüsts an die Geschwindigkeit des Walzgutes erfolgt. Dieser Anpaßvorgang
erfolgt wegen der vorübergehenden Auftrennung des Drehzahlregelkreises des anstechenden
Gerüstes nehr rasch.
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Da bei aufgetrenntem Drehzahlregelkreis nur noch der unterlagerte
Momentenregelkreis im Eingriff ist, kann das Antriebsmoment des anstechenden Gerüstes,das
die Längskräfte im Walzgut ursächlich beeinflußt, unmittelbar und unverzögert verstellt
werden. Nach der Vorgabe eines künstlichen Momentensollwertes beim anstechenden
Gerüst erreicht der Drehzahlregelkreis des vorhergehenden Gerüstes sehr rasch wieder
einen eingeschwungenen Zustand, weil die gegenseitige Beeinflussung zweier Drehzahlregelkreise
über das Walzgut vermieden ist. Der Anpaßvorgang ist daher bereits nach kurzer Zeit
abgesohlossen.
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Die Größe des künstlichen Momentensollwertes ist von der Änderung
des Antriebsmoments am vorhergehenden Gerüst abhängig, die beim Eintritt des Walzgutes
in das nachfolgende Gerüst auftritt. Diese Änderung des Antriebsmomentes am bereits
eingefädelten Gerüst ist ein Maß für die Längskräfte im Walzgut, die durch eine
fehlerbehaftete Drehzahlvorgabe am anstechenden Gerüst veruraacht werden. Eine derartige
fehlerbehaftete Drehzahlvorgabe ist bei Anwendung der vorliegenden Erfindung jedoch
unkritisch, weil sich die Walzendrehzahl des anstechenden Gerüstes schnell an die
Geschwindigkeit des Walzgutes anpaßt.
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Dies ist besonders vorteilhaft, weil sich beim Profilwalzen - beispielsweise
beim Walzen von Doppel-U-Profilen - die Werte der Voreilung nur ungefähr vorausbestimmen
lassen. Durch fehlerbehaftete Drehzahlvorgaben können starke Abweichungen in den
Belastungen der einzelnen Antriebe auftreten, die beim erfindungsgemäßen Verfahren
zuverlässig vermieden werden.
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In einem zusätzlichen Lernvorgang werden die Voreinstellwerte für
die Drehzahlen und Antriebsmomente der einzelnen Gerüste laufend verbessert und
damit die Maßhaltigkeit der Endprodukte gesteigert.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und ihre in den Unteransprüchen
gekennzeichneten Ausgestaltungen werden im folgenden anhand der Zeichnung näher
beschrieben: Die Zeichnung zeigt als Ausschnitt aus einer Walzstraße die Gerüste
A und B. Das Gerüst A ist das erste Gerüst der Walzstraße, hinter dem Gerüst B können
noch weitere Gerüste folgen. Bei den verwendeten Bezugszeichen kennzeichnen die
Indizes a, b die Zuordnung des betreffenden Bauteiles zum Gerüst A oder B. Bei den
Werten m und n für Antriebsmoment und Drehzahl kennzeichnen die Indizes 1, 2, 3
die Zeitpunkte t1, t2, t3, an denen die betreffenden Werte auftreten.
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Das Walzgut 1 durchläuft nacheinander die Walzenanordnungen der Gerüste
A und B. Der Zeitpunkt tl liegt nach dem Anstich von Gerüst A und vor dem Anstich
von Gerüst B. Er ist zweckmäßigerweise so gewählt, daß der Einschwingvorgang nach
dem Anstich von Gerüst A bereits abgeklungen ist. Der Anstich von Gerüst B markiert
den Zeitpunkt t2. Der Zeitpunkt t3 liegt zeitlich nach dem Anstich von Gerüst B,
vorzugsweise nach Beendigung des Einschwingvorganges von Gerüst B, spätestens jedoch
beim Anstich eines nachfolgenden Gerüsts.
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Jedem Gerüst ist als Einzelantrieb ein Gleichstrommotor 2a bzw.
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2b zugeordnet, dessen Drehzahlregelung anhand von Gerüst A erläutert
wird. Die Speisung des Antriebsmoators 2a erfolgt über einen gesteuerten Stromrichter
3a mit einem Steuersatz 4a, der vom Ausgangssignal eines Momentenreglers 5a beaufschlagt
ist.
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Ein Drehzahlregler 6a liefert den Sollwert für den Momentenregler
5a, während eine Momentenerfassungsstufe 7a den Istwert ma des Antriebsmomentes
aus dem Produkt ihrer Eingangsgrößen Ankerstrom und Feldstärke bildet. Der Meßwert
für den Ankerstrom kann beispielsweise von einem Stromwandler und der Meßwert für
die
Feldstärke von einer Hallsonde erfaßt werden. Es ist auch möglich, die Feldstärke
aus dem Erregerstrom abzuleiten, wenn dessen Meßwert über einen Kennlinienbildner
geführt wird, der *en Verlauf der magnetischen Eisensättigung nachbildet. Falls
der Antriebsmotor nicht in den Bereich der Feldschwächung gefahren wird, genügt
eine Erfassung des Ankerstromes, da das Antriebsmoment bei konstanter Feldstärke
nur noch vom Ankerstrom abhängig ist. Ein mit dem Antriebsmotor 2a gekuppelter Uachogenerator
8a bildet den Drehzahl-Istwert na für den Drehzahlregler 6a. Der Drehzahl-Sollwert
n* steht in einem Drehzahla Sollwertspeicher 9a.
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Vor Beginn eines Stiches werden die Drehzahl-Sollwertspeicher 9a und
9b auf rechnerisch ermittelte Werte oder auf Erfahrungswerte für die Drehzahl-Sollwerte
nia und ng a und nt gesetzt. In einen Vorgabewertspeicher 21 wird ein Vorgabewert
mvb für das voraussichtlich benötigte Antriebsmoment des Gerüstes B eingegeben.
Es wird angenomxen, daß sowohl der Drehzahl-Sollwert nb wie auch der Vorgabewert
mvb für das Gerüst B zunächst fehlerbehaftet sind.
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Der Umschalter 11 befindet sich in der gezeichneten Lage. Ein geeigneter
Um schalter kann beispielsweise mit zwei Feldeffekttransistoren realisiert werden.
Die Schalter 14 und 15 sind geschlossen, die Schalter 12, 13 und 16 und 30 sind
offen. Als geeignete Schalter können beispielsweise Feldeffekttransistoren verwendet
werden.
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Nach dem Anstich des ersten Gerüstes A gelangt der Momentanwert ma
des Antriebsmoments über den sich in der gezeichneten Lage befindlichen Umschalter
11 in den Speicher 17. Im Zeitpunkt t1 ändert sich das Signal einer Fotozelle, das
von einer Signalstufe 23 überwacht wird. Eine monostabile Kippstufe
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bildet hieraus einen Setzimpuls I1, der den Setzeingang des Speichers 17 beaufschlagt.
Der Momentanwert mal des Antriebsmoments im Zeitpunkt t1 wird somit in den Speicher
17 übernommen. Beim Anstich des nächstfolgenden Gerüstes B ändert sich das Signal
eines an ihm befestigten Druckwandlers 29, das von einer Signal stufe 25 in ein
Schaltsignal S2 umgeformt wird.
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Zur Erzeugung des Schaltsignals S2 ist es beispielsweise auch möglich,
eine Fotozelle unmittelbar hinter dem Walzspalt des Gerüstes B ansuordnen. Das Schaltsignal
S2 schließt den Schalter 13. Ein Gatter 28 ist für das Schaltsignal S2 durchlässig,
weil an seinem invertierenden Eingang das Schaltsignal 83 noch nicht ansteht. Das
Ausgangssignal Sk des Gatters 28 wird somit durch die logische Verknüpfungsgleichung
beschrieben: Sk = S2 & 53 Das verknüpfte Signal Sk steuert den Umschalter 11
aus der gezeichneten Lage in die nicht gezeichnete Lage um, schließt den Schalter
12 und öffnet den Schalter 14. Mit der Öffnung von Schalter 14 wird der Drehzahlregelkreis
von Gerüst B hinter dem als PI-Regler dargestellten Drehzahlregler 6b aufgetrennt
und dem unterlagerten Momentenregler 5b wird als Sollwert anstelle des Ausgangssignals
des Drehzahlgebers 6b ein künstlicher Momentensollwert msb aufgeschaltet. Der künstliche
Momentensollwert msb wird aus dem Vorgabewert mvb und aus einem Eorrekturwert mkb
im Addierer 20 gebildet. Die Eingänge des Addierers 20 sind hierzu mit dem Vorgabewertspeicher
21 und dem Ausgang eines Reglers 19 mit PI-Verhalten verbunden. Die Signaldifferenz
zur Aussteuerung des Reglers 19 wird aus dem gespeicherten Wert ma1 im Speicher
17 und dem Momentanwert m des Antriebsa moments von Gerüst A abgeleitet. Die Differenbildung
erfolgt im Vergleichspunkt 18.
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Während der Zeit zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 ist der Drehzahlregelkreis
von Gerüst B hinter dem Drehzahlregler 6b aufgetrennt, so daß während dieser Zeit
nur der unterlagerte Momentenregelkreis im Eingriff ist. Die Drehzahl des anstechenden
Gerüstes B kann sich daher sehr rasch an die Geschwindigkeit des Walzgutes 1 anpassen.
Dessen Geschwindigkeit ist durch das bereits eingefädelte Gerüst A festgelegt.
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Durch die erfindungsgemäße Auftrennung des Drehzahlregelkreises des
anstechenden Gerüstes läßt sich die Belastung des Antriebes beim vorhergehenden
Gerüst sehr viel feinfühliger verändern.
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Während ein um beispielsweise 10% zu großer Drehzahlsollwert nb beim
Gerüst B den Antrieb des vorhergehenden Gerüstes A völlig entlasten würde, verursacht
ein prozentual gleicher Pehler des Momentensollwertes des Gerüstes B beim Antrieb
des vorhergehenden Gerüstes A nur eine Belastungsänderung gleicher Größenordnung.
Der Drehzahlregelkreis des vorhergehenden Gerüstes A erreicht sehr rasch wieder
einen stationären Zustand, da Schwingungen und Ausgleichsvorgänge zwischen den Drehzahlregelkreisen
der Antriebe des anstechenden und des vorhergehenden Gerüstes nicht möglich sind.
Der erzielte Zeitgewinn ist deshalb besonders wertvoll, weil die Ausregelung der
Längsspannungen im Walzgut zwischen den Gerüsten A und B zum Zeitpunkt t3, d.h.
spätestens beim Anstich des nächstfolgenden Gerüstes beendet sein muß. Die erfindungsgemäße
rasche Anpassung der Drehzahl ermöglicht daher eine gesteigerte Walzgeschwindigkeit
der gesamten WalzstraLJ e.
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Im Zeitpunkt t3 bildet eine weitere Signalstufe 26 ein Schaltsignal
53, beispielsweise wiederum durch flberwachung des Signals einer Fotozelle. Die
monostabile Kippstufe 27 leitet hieraus einen Setzimpuls 13 ab. Der Drehzahlregelkreis
von Gerüst B wird zum Zeitpunkt t3 stoßfrei wieder geschlossen. Hierzu
beaufschlagt
der Setsimpuls 13 den Setzeingang des Drehzahl-Sollwertspeichers 9b und bewirkt
damit die uebernahme des Momenttnwertes nb3 der Antriebsdrehzahl als verbesserten
Drehzahl-Sollwert. Gleichzeitig schließt der Setzimpuls I3 den Kurzschluß schalter
30 über dem Kondensator in der Rückführung des Drehzahlreglers 6b für seine Impulsdauer
und setzt damit den Ausgang des Drehzahlreglers 6b auf Bezugppotential. Der Ausgang
des Drehzahlreglers 6b bleibt zunächst auf Bezugspotential liegen, da an seinem
Eingang zunächst keine Regel differenz ansteht. Das Gatter 28 sperrt das Schaltsignal
S2 mit Beginn des Schaltsignals S3, so daß das verknüpfte Schaltsignal Sk abbricht
und der Umschalter 11 wieder in die gezeichnete Lage umgesteuert wird. Der Schalter
12 wird geöffnet und der Schalter 14 wieder geschlossen.
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Zur tfbernahme des künstlichen Momentensollwertes m sb aus dem Zwischenspeicher
22 als verbesserten Vorgabewert in den Vorgabewertspeicher 21 schließt der Setzimpuls
13 den Schalter 16 für seine Impulsdauer und öffnet gleichzeitig den Schalter 15
zur Vermeidung einer Rückkopplung.
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Nach dem Auslauf des Walzgutes 1 aus den Gerüst B wird mit dem Verschwinden
des Schaltsignals S2 der Schalter 13 geöffnet.
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Weiterhin werden in nicht dargestellter Weise - beispielsweise durch
Löschimpulse aus den Schaltsignalen des nächstfolgenden Gerüsts - die Speicher 17
und 22 gelöscht und der Regler 19 auf Bezugspotential gesetzt.
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3 Patentansprüche 1 Zeichnung