DE2643686A1 - Anordnung zur regelung der walzgutdicke in einem walzgeruest - Google Patents

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT j Unser ZeichfrrP ^ °°6 Berlin und München _ypA 7₆ ρ 3 _{2 2} 5 BRD

Anordnung zur Re^elun^ der Walzgutdicke in einem Walzgerüst

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regelung der Walzgutdicke in einem Walzgerüst mit hydraulisch arbeitender Anstellvorrichtung mittels eines in Abhängigkeit von der Walzkraft arbeitenden Lastwalzspaltreglers in Verbindung mit einer einen Unempfindlichkeitsbereich für die durch Walzenexzentrizitäten hervorgerufenen Walzkraftschwankungen vorgebenden Schwellwerteinrichtung.

Aus dem Beiheft zur Siemens-Zeitschrift 1973 "Antriebstechnik und Prozeßautomatisierung in Hütten- und Walzwerken" ist eine Einrichtung zur Regelung der Dicke des aus einem Walzgerüst auslaufenden Walzgutes bekannt, bei der der Lastwalzspalt aus der Leerposition der Anstellung und der von der gemessenen Walzkraft abgeleiteten Auffederung des Walzgerüstes gebildet wird und eine Schwelle vorgesehen ist, in deren Bereich auftretende Walzkraft Schwankungen ohne Einfluß auf den Regler sind. Zur Unterdrückung dieser Walzkraftschwankungen, die auf Walzenexzentrizitäten zurückzuführen sind, werden die Schwellwerte in der Weise ermittelt, daß die bei zusammengefahrenen Walzen während mindestens eines Umlaufes auftretenden Höchstwerte der Schwankungsamplituden in einem Zähler gespeichert werden. Die Anstellposition der Walzen wird betriebsmäßig nur dann geändert, wenn die Walzkraft den unteren oder oberen Zählerstand unter- bzw. überschreitet.

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Aus der deutschen Patentschrift 2 036 965 ist zur betriebsmäßigen Erfassung und Auswertung von durch Walzenexzentrizitäten verursachten Walzkraftschwankungen eine Anordnung bekannt, die an Stelle der Vorgabe gleichbleibender Schwellwerte eine laufende automatische Anpassung der Schwellwerte an die Jeweiligen WaIzkraftschwankungen ermöglicht. Hierzu ist dem Eingangsverstärker eines die gemessene Walzkraft erfassenden Analog-Digitalwandlers ein veränderbarer Widerstand parallel geschaltet, dessen Widerstandswert in Abhängigkeit von der jeweiligen Amplitude der WaIz-

D kraftechwankungen durch an den Ausgang des Verstärkers angeschlossene paarweise auf unterschiedliche Ansprechwerte eingestellte Grenzwertmelder über eine diesen nachgeschaltete Auswertelogik geändert wird. Infolgedessen werden nur die vom Walzgut ausgehenden Walzkraftänderungen, die die jeweilige Amplitude der Walzkraftschwankungen überschreiten, an eine Einrichtung zur Regelung der Walzgutdicke weitergeleitet.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, nicht nur falsche Stellbefehle der Last-D walzspaltregelung zu verhindern, sondern darüber hinaus die Dickenschwankungen auszuregeln, ohne daß die Dynamik der Regelung beeinträchtigt wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß dem Lastwalzspaltregler eine die Anstellposition regelnde Einrichtung unterlagert ist, der die Ausgangsgröße eines weiteren Reglers zum Ausregeln der Walzkraft- oder Auffederungsschwankungen als Zusatzsollwert zugeführt ist, dessen Größe durch die Ausgangsgröße der den Schwellwert an die jeweilige Amplitude der WaIz-D kraftschwankungen selbsttätig anpassenden Schwellwerteinrichtung begrenzt ist.

An Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im folgenden näher erläutert.

Entsprechend Pig. 1 ist einem lastwalzspaltregler 1 ein

rlagert. Aus der

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Positionsregler 3 unterlagert. Aus der Leerposition S_Q und der

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Ausgangsgröße ^S₁ des Lastwalzspaltreglers wird an einer zwischengeschalteten Additionsstelle der Positionssollwert S gebildet. Die Istwerte der Position und der Walzkraft werden an dem Kolben 10 einer hydraulischen Anstellvorrichtung gemessen. Ein weiterer Regler 2 arbeitet zum Zwecke einer einfachen Sollwertbildung nicht als Walzkraftregler sondern als Auffederungsregler. Der Sollwert c-F wird aus der Differenz von Last-

* walzspaltistwert h (oder Lastwalzspaltsollwert h ) und dem in einer Einrichtung 8 um die Eigenzeit der Positionsregelung verzögerten Positionssollwert S gebildet. Der Auffederungsistwert wird in einem die Gerüstkennlinie berücksichtigenden Anpaßverstärker 7 gebildet. Der Regler 2 wirkt ebenfalls auf den Eingang des Positionsreglers 3. Dadurch erhält der Positionsregler einen Zusatzsollwert ZlS₂, der die Position im entgegengestellten Sinne so verstellt, daß die durch die Walzenexzentrizität verursachten periodischen Schwankungen der Walzkraft F bzw. der Auffederung o*F und damit die Lastwalzspaltschwankungen ausgeregelt werden.

Durch diese Anordnung allein wird zunächst noch keine Verbesserung der Dynamik erreicht. Da der Auffederungsregler 2 jedoch nicht dem Lastwalzspaltregler unterlagert ist,ist es zulässig, seinen

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Regler.ausgang und damit den Positionszusatzsollwert /a S₂ mittels eines Begrenzers 4 auf den für das Ausregeln der periodisehen Schwankungen erforderlichen Wert zu begrenzen. Dadurch ist es möglich, unnötige Verstellungen der Kolbenposition zu vermeiden. Die Begrenzung für Λ S₂ wird durch eine Schwellwerteinrichtung 6 vorgegeben und über eine Anpaßstufe 5 eingestellt.

Die Schwellwerteinrichtung hat die Aufgabe, die periodischen Schwankungen des Lastwalzspalt-Istwertes vom Lastwalzspaltregler fernzuhalten. Die Istwertschwankungen bestehen aus den Schwankungen der Position S und LestSchwankungen der Auffederungsgröße c«F. Die PositionsSchwankungen entstehen auf Grund der Wirkung des Auffederungsreglers und kompensieren die von den Walzen verursachten Walzspaltschwankungen.

Die Schwellwerteinrichtung ist so ausgeführt, daß die sich auf

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die Höhe der periodischen Istwert-Schwankungen selbsttätig einstellt. Die Ausgangsgröße E der Schwellwerteinrichtung muß dem Mittelwert des Eingangswertes entsprechen. Als Schwellwerteinrichtung kann z.B. die aus der DT-PS 2 036 965 bekannte Anordnung verwendet werden. Wegen der unterlagerten Positionsregelung haben sowohl die Schwellengrößen E, als auch der Zusatz-

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soliwert Zx S₀ die gleiche Dimension, nämlich die eines Weges.

Die Begrenzung von A Sp kann daher einfach aus E abgeleitet werden. Zur Berücksichtigung der Restwelligkeit des Auffederungs-Istwertes wird E in der Anpaßstufe 5 auf E¹ korrigiert. Die Korrektur wird in einfacher Weise durch einen einstellbaren Korrekturfaktor erzielt. Die Größe des Korrekturfaktors ist vom Verstärkungsgrad des Auffederungsreglers 2 abhängig.

Die um die Restwelligkeit verminderte Schwellengröße E¹ bestimmt die Größe der Begrenzung. Der Auffederungsregler erhält somit einen Arbeitsbereich, in dem nur die zum Ausregeln der periodischen Lastwalzspaltschwankungen auf Grund des eigenen Regelverhaltens auftretenden Positionsänderungen ausgeführt werden.

Die Regleranordnung nach Pig. 1 arbeitet wie folgt:

Tritt außer den periodischen Walzkraftschwankungen, verursacht _oc. durch Walzenexzentrizitäten oder Walzenunrundheiten eine zusätzliehe Walzkraftänderung durch Änderung des Materialwiderstandes oder der Materialdicke ein, so gerät zunächst der Zusatzsoliwert Δ S₀ an die Grenzwerte des Begrenzers 4 und die Position S, die der Summe S - AS₂ entspricht, wird nicht weiter verändert. Dafür ändert sich der Auffederungsistwert cF und der Walzspaltistwert h.

Der Lastwalzspaltregler greift dadurch ein, ohne daß sich zuvor der Positionsistwert unnötig in die falsche Richtung verstellen mußte. Die Bildung des Sollwertes c-F für den Auffederungsregler mit Hilfe des Positionssollwertes S bewirkt, daß der Auffederungsregler nach Eingreifen des Lastwalzspaltreglera

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schnellstmöglich von der Begrenzung gelöst wird.

Der zur cF -Bildung verwendete Positions-Sollwert S ist in der Verzögerungseinrichtung 8 um die Eigenzeit der Positionsregelung

auf S verzögert. Er entspricht daher auch dynamisch dem Mittelwert des Positions-Istwertes. Dadurch erübrigt sich eine zusätzliche Mittelwertbildung für den Positionsistwert.

Die beschriebene Regelanordnung bietet eine exakte Trennung der Arbeitsbereiche von Lastwalzspalt- und Walzkraft- bzw. Auffederungsregelung. Darüber hinaus bietet die Anordnung noch folgende Vorteile:

- Eine Positionsregelung kann schrittweise durch eine

Lastwalzspaltregelung und eine Auffederungsregelung ergänzt werden.

- Die Regelanordnung kann ebenfalls schrittweise in Betrieb gesetzt werden. Die der Positionsregelung übergeordneten Regelungen können durch Freigabe beim laufenden Betrieb einfach erprobt werden.

- Die Leerposition wird einfach bei gesperrter Lastwalzspalt- und Auffederungsregelung eingestellt. Eine Umschaltung von Reglerfunktionen und eine Nachführung von Reglern sind nicht erforderlich.

In Fig. 2 ist eine Regelanordnung dargestellt, bei der die Soll-Istwertvergleichspunkte von Lastwalzspalt- und Auffederungsregler in einem Punkt vereinigt sind. Verglichen wird h mit h,

wobei h = C'P + S_ gebildet wird. Da außerdem h = c«P +S

ν ^.

sein muß, gilt dieser Vergleich auch für ο·3? mit cF, wenn S = S_v ist. Diese Bedingung ist innerhalb des Regelbereiches der Auffederungsregelung erfüllt, da sich hierbei der Ausgang des Lastwalzspaltreglers 1 nicht ändert und somit die Verzögerung ohne Bedeutung ist.

Der Auffederungsregler 2 ist als proportional wirkender Regler

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ausgeführt. Der Lastwalzspaltregler 1 ist als integral wirkender Regler ausgeführt und gemäß der vorgeschlagenen Anordnung dem Auffederungsregler 2 nachgeschaltet.

Die Schwellwerteinrichtung 6, deren Ausgangsgröße automatisch an die periodischen Schwankungen angepaßt ist, dient nur noch zur Erfassung der Exzentrizität. Sie stellt die Höhe der Begrenzung ein. Der sich in der Schwellwerteinrichtung abbildende Mittelwert des Istwertes der Dicke h ist eine reine Hilfsgröße, die für die Regelung selbst nicht benötigt wird.

Der Begrenzer 9 hat unterhalb des Begrenzungswertes den Verstärkungefaktor 1 und invertiert das Vorzeichen. Wirkungsweise:

Solange die Grenzwerte im Begrenzer nicht erreicht sind, addieren sich die einander inversen Regelsignale am Eingang des Reglers 1 zu Null und es ist nur AS₂ wirksam (= Auffederungsregelung). Wird der Grenzwert erreicht, so erhält der Regler 1 durch Überwiegen des direkten Ausganges des Reglers 2 ein Eingangssignal und er verstellt durch Δ5_Λ die Position S solange, bis über die Rückmeldung S am Eingang des Reglers 2 wieder Gleichgewicht herrscht. Damit ist die Mittelwertabweichung ausgeregelt (= Lastwalzspaltregelung).

>5 Die vorgeschlagene Schaltung vermeidet Nullpunktfehler durch mehrere Vergleichspunkte und ermöglicht einen einfachen Aufbau. Durch Verzicht auf die Verwendung eines Ist-Mittelwertes der Dicke wird eine gute Dynamik erzielt.

Nebenbedingungen, wie Zuordnung der Regelanordnung zu den zwei Kolben der hydraulischen Anstellvorrichtung eines Walzgerüstes mit entsprechender Parallelführung, gegebenenfalls zusätzliche Unterlagerung einer Geschwindigkeitsregelung, sämtliche Preigabebedingungen, Korrekturen, Anzeigen usw. sind nicht dargestellt.

Die in der DT-PS 2 036 965 vorgeschlagene Anordnung zur automatischen Erfassung der Exzentrizität ist im Prinzip für die vor-

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geschlagenen Regelanordnungen geeignet. Entsprechend Fig. } wird jedoch dem Eingangsverstärker 12 des Analog-Digitalwandlers 11 an Stelle der Auffederung c-F der Momentanwert des Lastwalzspaltes S + c*P eingespeist. Dem Eingangsverstärker nachgeschaltete Grenzwertmelder 15» 16 überprüfen den Momentanwert auf Zu- bzw. Abnahme und steuern eine Logikschaltung 17 an, die das jeweils anstehende Eingangssignal in eine dem Zähler 13 zugeführte Impulsfolge umformt. Der Zählerstand des Zählers wird über einen Digital-Analog-Umsetzer auf den Eingangsverstärker zurückgeführt. Dem Eingangsverstärker 12 unmittelbar bzw. über einen Verstärker 18 nachgeschaltete Grenzwertmelder 19 bis 24, deren Ansprechwerte paarweise gestaffelt sind, wobei die Grenzwertmelder 23, 24 auf den niedrigsten Ansprechwert eingestellt sind, führen ihre Ausgangsgrößen direkt bzw. über Zeitstufen 25, 26 einer Auswertelogik 27 zu, deren Ausgangsgröße E einen den Eingangsverstärker 12 parallelgeschalteten veränderbaren Widerstand 28, beispielsweise einen Digital-Analog-Umsetzer steuert. Der Mittelwert des Lastwalzspaltes wird demnach im Zähler 13 des Analog-Digitalwandlers abgebildet. Die Exzentrizität E steht am Ausgang der Auswertelogik 27 zur Verfügung .

Nachteilig an dieser Schaltung ist, daß durch die Wirkung des Digital-Analog-Umsetzers 28 und die damit verbundene Ver-Stärkungsänderung des Verstärkers 12 die Empfindlichkeit der Grenzwertmelder 15, 16 und 19 bis 24 für die Höhe des Über- oder Unterschreitens des erfaßten Exzentrizitätsbandes von der Höhe der Exzentrizität selbst abhängig ist.

Daher werden in vorteilhafter Weise nach Fig. 4 für den Verstärker 12 eine feste Verstärkung und vor den Grenzwertmeldern 15, 16 und 19 bis 22 Vergleichspunkte vorgesehen, an denen die zu erfassende Spannung mit dem Ausgang des Digital-Analog-Wandlers 28 verglichen wird. Der feste Einstellwert der Grenzwertmelder entspricht nur noch der Abweichung vom momentan erfaßten Exzentrizitätsband. Die Ansprechrichtung der Grenzwertstufen liegt fest, ob ein Über- oder Unterschreiten des Bandes vorliegt. Zum Zwecke des Vergleiches werden den Grenzwertstufen 15, 16 und 19 bis

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die Verstärker 29 und 30 vorgeschaltet. Die Vergleichsspannung wird durch einen Verstärker '51 vorgegeben.

Am Ausgang der Verstärker 29 und 30 erscheint eine Spannung, die der Abweichung vom Exzentrizitätsband entspricht. Zur Definition des Ansprechpunktes wird zweokmäßigerweise an die Grenzwertstufen außerdem eine feste Vergleichsspannung angelegt. Der Ansprechpunkt kann durch Ändern dieser Spannung oder der Verstärkungsfaktoren der Verstärker 29 und 30 festgelegt werden.

Sofern Grenzwertmelder verwendet werden, die auf einen Vergleich der Eingangsspannungen ansprechen, kann durch die Polarität der festen Vergleichsspannung definiert werden, ob die Grenzwertmelder oberhalb oder unterhalb des Exzentrizitätsbandes ansprechen sollen.

Zur weiteren Vereinfachung gemäß Fig. 5 wird an Stelle des Analog-Digitalwandlers eine analog arbeitende Mittelwertbildung 11 mit Hilfe eines Integrators 32 vorgesehen. Das erfaßte Exzentrizitätsband steuert für beide Signalrichtungen die Begrenzung des Begrenzers 33 über die Verstärker 34 und 35« An einem dem Integrator vorgeschalteten Verstärker 36 liegt direkt und invers das Ausgangssignal des Verstärkers 12 an.

Solange der Wert am Ausgang des Verstärkers 12 eine Größe hat, die nicht zum Wirksamwerden des Begrenzers 33 des Verstärkers 36 führt, kompensieren sich die Signale am Eingang des Verstärkers 36 und der Integrator 32 ändert seinen Ausgang nicht. Ändert sich der Eingangswert von 12 um mehr als die Amplitude des erfaßten Schwankungsbandes, so wird der Begrenzer 33 wirksam und durch Überwiegen des direkten Einganges des Verstärkers 36 wird der Integrator 32 solange gespeist, bis der neue Mittelwert gespeichert ist.

7 Patentansprüche
5 Figuren

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Claims (7)

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1. Anordnung zur Regelung der Walzgutdicke in einem Walzgerüst mit hydraulischer Anstellvorrichtung mittels eines in Abhängigkeit vnn der Walzkraft arbeitenden Lastwalzspaltreglers in Verbindung mit einer einen Unempfindlichkeitsbereich für die durch Walzenexzentrizitäten hervorgerufenen Walzkraftschwankungen vorgebenden Schwellwerteinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß dem Lastwalzspaltregler (1) eine die Anstellposition regelnde Einrichtung (3) unterlager ist, der die Ausgangsgröße eines weiteren Reglers (2) zum Ausregeln der Walzkraft- oder Auffederungsschwankungen als Zusatzsollwert zugeführt ist, dessen Größe durch die Ausgangs größe der den Schwellwert an die jeweilige Amplitude der Walzkraftschwankungen selbsttätig anpassenden Schwellwerteinrichtung (6) begrenzt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgröße der Schwellwerteinrichtung (6) über eine Anpaßstufe (5), deren Korrekturfaktor einstellbar ist, einem dem weiteren Regler (2) nachgeschalteten Begrenzer (4) zugeführt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert für den weiteren Regler (2) aus dem Istoder Sollwert für den Lastwalzspaltregler (1) und dem um die Eigenzeit des Poaitionsreglers (3) verzögerten Positionssollwert gebildet ist.

4· Anordnung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Regler (2) und der integral arbeitende Lastwalzspaltregler (1) in Reihe geschaltet sind, daß der Sollwert für den weiteren Regler (2) aus dem Sollwert für den Lastwalzspalt, dem verzögerten Positionssollwert und dem Istwert der Gerüstauffederung gebildet ist und daß die Ausgangsgröße des weiteren Reglers einerseits unmi-ttelbar und andererseits als inverses und über den Begrenzer (9) geführtes Signal dem Lastwalzspaltregler zugeführt ist (Fig. 2).

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ORlQiNAL !NSPEGTED

5- Anordnung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwerteinrichtung (6) die Summe aus dem Istwert der Anstellposition und dem aus der Walzkraft abgeleiteten Istwert der Auffederung als Eingangsgröße zugeführt ist.

6. Anordnung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwerteinrichtung (6) aus einem Analog-Digitalwandler (11) paarweise auf unterschiedliche Ansprechwerte eingestellte, richtungsempfindliche Grenzwertmelder (19 bis 24), einer diesem nachgeschalteten Auswertelogik (27) und einem von dieser gesteuerten veränderbaren Widerstand (28) besteht, der über einen Verstärker (31) an der Anpaßstufe (5) und an den einen Eingang je eines einem Teil der Grenzwertmelder (19 bis 22) und der im Analog-Digitalwandler enthaltenen Grenzwertstufen (15, 16) vorgeschalteten Vergleichsgliedes

L5 (29, 30) angeschlossen ist, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des Eingangsverstärkers (12) des Analog-Digitalwandlers verbunden ist, und daß an diese Grenzwertmelder (19 bis 22) und an die Grenzwertstufen (15, 16) eine Vergleichsspannung vorgegebener Größe angelegt ist.

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7. Anordnung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwerteinrichtung (6) aus einem analog arbeitenden Mittelwertbildner (11), der einen Eingangsverstärker (12) und einen Integrator (32) umfaßt, aus paarweise auf unterschiedliche Ansprechwerte eingestellten, richtungsempfindliehen Grenzwertmeldern (19 bis 24), aus einer dieser nachgeschalteten Auswertelogik (27) und einem von dieser gesteuerten veränderbaren Widerstand (28) besteht, der über einen Verstärker (31) an die Anpaßstufe (5) und an den einen Eingang je eines einem Teil der Grenzwertmelder (19 ) bis 22) vorgeschalteten Vergleichers (29, 30) angeschlossen und mit einer den Begrenzer (33) steuernden Reihenschaltung aus zwei Verstärkern (34, 35) verbunden ist, und daß die Ausgangsgröße des Eingangsverstärkers (12) des Mittelwertbildners einerseits, mit einem Eingang eines dem Integrator (32) vorgeschalteten Umkehrverstärkers (36) unmittelbar, andererseits dem anderen Eingang des Umkehrverstärkers über den Begrenzer sowie dem anderen Eingang jedes der Vergleicher zugeführt ist. 809813/0473