DE2834102C2

DE2834102C2 - Vorrichtung zur Regelung der im Walzgut übertragenenZugkraft in einer m Gerüste enthaltenden Walzstraße

Info

Publication number: DE2834102C2
Application number: DE2834102A
Authority: DE
Inventors: Hans Ing.(grad.) 8520 Erlangen Rievel; Hans Herbert Dr.-Ing. 8520 Erlangen Schmidt; Roland Ing.(grad.) 8521 Spardorf Weber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-08-03
Filing date: 1978-08-03
Publication date: 1982-11-18
Also published as: EP0008037B1; EP0008037A1; ATE1133T1; DE2834102A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der im Walzgut übertragenen Zugkraft in einer m Gerüste enthaltenden Walzstraße, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der DE-OS 25 41 071 ist eine derartige Regelungsvorrichtung beschrieben, die es ermöglichen soll, di für eine definierte Zugkraft im Walzgut erforderlichen Walzendrehzahlen kurzfristig und in einfacher Weise einzustellen. Die Zugkraft vor und hinter jedem Gerüst, dem ein Zugkraftdifferenzregler zugeordnet ist, wird hierbei aus dem Antriebsmoment, dem Beschleunigungsmoment und dem Verformungsmoment im Walzspalt ermittelt. Eines der Gerüste übernimmt die Funktion eines Leitgerüstes, das im wesentlichen die Walzgeschwindigkeit in der Straße bestimmt. Es ist jedoch nicht auszuschließen, daß vor und hinter dem Leitgerüst vom Sollwert abweichende Zugkräfte auftreten, die aus der Summe der Momentenfehler der¹ übrigen Gerüste resultieren, Dieser Nachteil wird um so schwerwiegender, je größer die Anzahl der Gerüste einer Straße ist.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgahe zugrunde, an den Gerüsten auftretende 'Momentenfehler zu kompensieren und dadurch ein Driften der Walzgeschwindigkeit auszuschließen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß den an jedem Gerüst angeordneten Regelungseinrichtungen ein gemeinsamer Korrekturregler überlagert ist, dem als Eingangsgröße ein der Abweichung der Walzgutgeschwindigkeit von einem gewünschten Wert proportionales Signal zugeführt ist

Dadurch wird vermieden, daß die Summe der ίο Momentenfehler zu einer stetigen Veränderung der Drehzahl und damit der Walzgeschwindigkeit führt.

Zur Erzielung eines konstanten, minimalen Längszuges in einer m Gerüste enthaltenden Walzstraße ist es ferner bekannt, zwischen je zwei Gerüsten eine Regelungsejnrichtung anzuordnen, die dem Drehzahlregler d~s Antriebs des jeweils in Laufrichtung des Walzgutes ersten Gerüsts einen Korrekturwert liefert, wenn das dem beim Anstich im ersten Gerüst gemessenen und gespeicherten Istwert des Ankerstromes entsprechende Moment von dem beim Anstich im folgenden Gerüst gemessenen Istwert abweicht. Dabei werden die Drehzahisoliwcfie für die AfiUiebe an den einzelnen Gerüsten von einem programmierbaren Steuergerät vorgegeben, das auch die Meßzeitpunkte und die Speicherung der Ankerstromistwerte und deren zeitgerechte Zuführung zu den Regeleinrichtungen steuert. (»Technische Mitteilungen AEG-Telefunken« 66 (1976), 6, Seite 255 bis 261.)

An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im folgenden erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen drehzahlgeregelten Antrieb, wie er jedem Walzgerüst zugeordnet ist,

Fig. 2 eine Regelungseinrichtung eines Walzgeriists, Fig. 3 schematisch eine Walzstraße mit der Vorrichtung zur Regelung der Zugkraft,

Fig. 4 bis 6 aufeinanderfolgende Phasen beim Walzgutdurchlauf durch eine Walzstraße mit vier Gerüsten. In Fig. 1 sind die Arbeitswalzen 5 eines Walzgerüstes einschließlich eines zugehörigen GK ifhstromantriebsmotors 6 und eines Drehzahlreglers 7 mit nachgeschaltetem Stellglied 8 schematisch dargestellt Ein mit dem Motor gekuppelter Tachogenerator 9 liefert ein der Drehzahl η proportionales Aussangssignal, das mit einem Drehzahl-Sollwert n* verglichen wird. Zur Erzielung der richtigen Drehzahlrelationen zwischen den Antrieben mehrerer Gerüste einer Walzstraße wird dem Vergleichspunkt ein Drehzahl-Zusatzsollwert A rf zugeführt. Ferner sind ein Stromwandler 10, der eine so dem Ankerstrom /„ proportionale Spannung liefert, und ein Fühler 11 vorgesehen, dessen Ausgangsspannung dem Fluß Φ in der Feldwicklung 13 proportional ist. Mit F_E ist die im Walzgut 12 in Walzrichtung wirkende Zugkraft auf der Eintrittsseite des Gerüstes und mit F₄ die Zugkraft auf der Austrittsseite bezeichnet

Eine in Fig. 2 dargestellte Regelungseinrichtung 24 hat die Aufgabe, den Istwert des zugbedingten Moments mit dem zugehörigen Sollwert zu vergleichen und aus der Abweichung den Dr^hzahl-Zusatzsollwert Δ rf zu bilden. Der Istwert des zugbedingten Momentes wird mittels einer Rechenschaltung 14 ermittelt.

Das Antriebsmoment Ma= Φ · i_d setzt sich aus dem Beschleunigungsmoment Mb und dem Walzmoment Mw, das seinerseits die Summe aus den Verformungsmomenten Mh und Mv der Horizontal- bzw, Vertikalwalzen ist, und dem durch die Zugspannung verursachten Moment Mz zusammen,
Es ist also:

= Ma-Mb-MIi-Mv

Das Beschleunigungsmoment Mb läßt sich aus der Drehzahl π ableiten und die Verformungsmomente Mh und Mv ergeben sich aus den mittels Walzkraftaumehrnern gemessenen Walzkräften Fh und Fv durch Multiplikation mit einem dem Hebelarm der Walzkräfte entsprechenden Faktor Kh bzw. Kv. Der Faktor Kh läßt sich für Universalgerüste auf Grund der Walzspaltgeometrie bestimmen und Wird von Hand vorgegeben. Für Duo-Gerüste wird der Hebelarmfaktor Kh in einer Abgleichschaltung berechnet Der Faktor ÄTvist dagegen von verschiedenen, nicht erfaßbaren Einflußgrößen abhängig und wird daher mit Hilfe der Abgleichschaltung ermittelt und anschließend gespeichert. Die Rechenschaltung 14 erhält dementsprechend die Meßwerte /„, Φ, η und Fh sowie gegebenenfalls die Größen ivund Kh Die dem Antriebsmoment Mzproportionale Ausgangsspannung eines Multiplizierers 15 ist entsprechend der für 3fcaufgestellten Momentenbilanz einem Summierglied 16 additiv zugeführt, während die den Beschleunigungsmoment Mb entsprechende Spannimg, die mittels eines Differenziergliedes 17 gebildet ist, und üie den Verformungsmomenten proportionalen Spannungen, die aus den Walzkraftsignalen Fh und Fv mittels eines Multiplizierers 19 bzw. eines Multiplizierers 20 gebildet sind, subtraktiv an dem Summierglit.d anstehen.

Zur Ermittlung des Faktors Kh bzw. Kv wird die Differenzspannung am Ausgang des Summiergliedes 16, die dem Moment Mz proportional ist, einem Vergleichspunkt 21 zugeführt. Falls es sich um ein Duo-Gerüst handelt, nehmen die Schalter 18 und 22 die gestrichelt dargestellte Stellung ein.

Nach dem Anstich im ersten Gerüst der Straße verändert ein dem Vergleichspunkt nachgeschalteter Integrator 23 den Hebelarmfaktor K so lange, bis das Produkt Fh ■ K und das Produkt Φ ■ i_a abzüglich des Beschleunigungsmomentes Mb betragsmäßig gleich groß sind. Der so berechnete Hebelarmfaktor Kh = K wird für den Rest des Stiches noch vor dem Anstich im zweiten Gerüst gespeichert.

Für ein Universalgerüst nehmen die Schalter 18 und 22 zur Ermittlung des Hebelarmfaktors Kv db eingezeichnete Stellung ein.

Bei der Berechnung von Kv werden gleichzeitig Ungenauigkeiten des von Hand eingegebenen Faktors Ä7i weitgehend kompensiert.

Bei allen folgenden Gerüsten der Walzstraße läuft der selbsttätige Abgleich des Hebelarmfaktors Kh bei Duobzw. Kv bei Universalgerüsten mit anschließender Speicherung in gleicher Weise ao, jedoch unter zusätzlicher Berücksichtigung der auf der Eintrittsseite herrschenden Zugkraft F_E. Das zugehörige, dem Vergleichspunkt 21 in Fig. 2 zugeführte eintrittsseitige zugbedingte Moment M_E entspricht im ausgeregelten Zustand dem austrittsseitigen Anteil des Zugkraftsollwertes, der der vorangehenden Regelungseinrichtung und damit dem vorausgehenden Gerüst vorgegeben wird, multipliziert mit dem Walzenradius des Gerüstes, für das gerade der Hebelarmfaktor berechnet wird. Die Berechnung läuft in jedem Fall so schnell ab, daß sie vor dem Einlaufen des Walzgutes in das nächste Gerüst beendet ist.

Die Differenz aus dem Ausgangssignal Mz des Summiergliedes 16 Und einem Momentensollwert Aß* wird der Regelungseinrichtung 24 zugeführt. Der Momontensollwert wird mittels je eines Rechengliedes 28 aus dem vom Steuermann vorgegebenen Zugspannungssollwert σ*, dem Walzgutiiaerschnitt A, dem Walzendurchmesser ών und einer Korrekturgröße ermittelt Der von der Regelungseinrichtung 24 gelieferte Drehzahl-Zusatzsollwert An* wird während dtr Anstichphase jedes Gerüstes dem Drehzahlregler des folgenden oder aller folgenden Antriebe - im dargestellten Beispiel als An₂*' dem Drehzahlregler am Gerüst 2 und nach dem Anstich im folgenden Gerüst über einen Umkehrverstärker 25 dem Drehzahlregler des eigenen Antriebes - im Beispiel als A n_x* dem Drehzahlregler

ίο am Gerüst 1 - zugeführt Zur Umschaltung ist ein Schalter 26 vorgesehen, der jeweils kurzzeitig die gezeichnete Zwischenstellung einnehmen muß, damit das Ausgangssignal der Regelungseinrichtung auf Null zurückgesetzt wird. Das Betätigungssignal _ für den

Schalter 26 wird zweckmäßigerweise aus der Änderung der Ausgangsspannung der Walzkraftaufnehmer im Anstichzeitpunkt abgeleitet

In Fig. 3 ist eine kontinuierliche Walzstraße schematisch dargestellt, die beispielsweise vier Gerüste umfaßt Die Gerüste einschließlich des Antriebes und des Drehzahlreglers sind durch die Wal" -λ 1 bis 4 scheniaüsch wiedergegebeil. Jedem Gerüst sind eine Rechenschaltung und eine Regelungseinrichtung 24 zugeordnet die in dieser Figur entsprechend ihrer Zuordnung zu dem jeweiligen Gerüst mit 1.14 bis 4.14 bzw. mit ΚΊ4 bis 4.24 bezeichnet sind. Der Drehzahl-Zusatzsollwert A n₄* der Regelungseinrichtung 4.24 des letzten Gerüstes bildet im dargestellten Ausführungsbeispiel die Eingangsgröße für einen allen Regelungs- einrichtungen 24 überlagerten Korrektumgler 27. Der Sollwert Mz* des vom Zug abhängigen Momentes wird in je einem Rechenglied 1.28 bis 4.28 aus der Ausgangsgröße des Korrekturreglers, die beispielsweise in Fig. 3 den Korrektur-Sollwert σ_κ* der Zugspannung darstellt, und aus den für das jeweilige Gerüst gültigen Größen, nämlich den Sollwerten σ_ε*_% σ_λ* der Zugspannung auf der Eintritts- bzw. Austrittsseite, dem ein- und austrittsseitigen Querschnitt A des Walzgutes und dem Durchmesser ών der Walzen berechnet.

In F i g. 3 sind die Zugspannungen σ, die ein- und austrittsseitigen Momente M_E, M₄ und die Korrekturmomente Mk₄, M& eingetragen, die sich zwischen bzw. an den einzelnen Gerüsten einstellen. Während das Eintritts- und das Austrittsmoment an jedem Gerüst einander entgegengerichtet sind, wirken die Korrekiurmomente in derselben Richtung. Der Sollwert Mz* füt das zugspannungsabhängige Moment am jeweiligen Gerüst ergibt sich als Differenz aus dem Sollwert M_E* des Eintrittsmomentes und der Summe aus dem Sollwert M/ des Austrittsmomentes, dem korrigierten Sollwert M_M* des Austrittsmomentes und dem korrigierten Sollwert Ma* des Kintrittsmomentes. Dabei gilt für das erste Gerüst

ACi*	= Oa\*	*■A_Al-*	dWf ■ V₂
Μ_ει*	= 0
M_UI*	= o_k ■*	A₄₁ -a	ftv, · V₂
M^*	= o_k-*	An a	W, · V₂
iir das	zveite	Gerüst
Mm*	-O₄₁*	■ A₄₁'	*dw₂' %*
M_n*	-o_AX*	*'A₄₁*	*■ CiW₁-¹/:*
MkAi*	= o_k ■*	Α₄₂·ι	Jw₂ ■ ¹A

In analoger Weise sind die entsprechenden Größen tür das dritte und gegebenenfalls jedes weitere Gerüst einzusetzen. Am letzten Gerüst m ist der Wert FürA^_m* Null.

In dem bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel greift der Korrekturregler 27 auf die Sollwerte der Zugspannung ein, was der Wahrscheinlichkeit Rechnung trägt, daß die Zügkraftfehleranteile dort größer sind, wo die größeren Querschnitte gewalzt werden. Statt dessen karui auch eine Ausführung gewählt werden, bei der der 'Regler 27 die Sollwerte der Zugkräfte beeinflußt. Die Ausgangsgröße des Reglers ist dann ein korrigierter Zugkraftsollwert F_k*.

Es gilt dann abweichend:

MkA* = M_u* = F₁* ■ -^-

Diese Ausführung des Korrektureingriffes bringt Vorteile bei annähernd gleichmäßiger Verteilung des absoluten Fehler.-! üher die Straße.

In beiden Fällen werden über die Sollwertvorgabe die Walzmomente aller Gerüste so lange beeinflußt, bis die gewünschte Geschwindigkeitsführung der Straße erreicht ist, d. h. beispielsweise hier die Drehzahl des Antriebes am letzten Gerüst auf dem Wert konstant gehalten wird, der sich zum Freigabezeitpunkt der letzten Regelungseinrichtung ergeben hat. Dieser Zustand bedeutet, daß die Ausgangsspannung der letzten Regelungseinrichtung nx2A auf Null geregelt wird. Da der Korrekturregler 27 nur über die Regelungseinrichtungen 24 eingreift, können diese nicht an den Anschlag laufen. Als Differenz aus Drehzahlsollwert und Drehzahlistwert für den Korrekturregler dient die bereits vorhandene Drehzahlkorrekturgröße (Drehzahl-Zusatzsollwert) A n_m* am Ausgang der Regelungseinrichtung für das letzte Gerüst.

Weitere Einzelheiten der Arbeitsweise gehen aus den Fig. 4 bis 6 hervor. Wahrend der Anstichphase im Gerüst 1, d. h. während der Zeit vom Anstich des Walzgutanfanges im Gerüst 1 bis zum Anstich im Gerüst 2 (Fig. 4) ist das von der Zugspannung abhängige Moment Afc, = 0, weil M_E] = M^ = 0. Während der Anstichphase wird der Hebelarmfaktor K der Walzkraft für Gerüst 1 bestimmt, wie in Verbindung mit Fig. 2 erläutert.

Die Ermittlung des Hebelarmfaktors ist beendet, sobald die Ausgangsspannung Mz₁ der Rechenschaltung 1.14 zu Null geworden ist Für den Rest des Stiches wird der Hebelarmfaktor gespeichert.

Mit dem Anstich im Gerüst 2 (Fig. 5) wird die Regelungseinrichtung 1.24 wirksam, an deren Istwerteingang die Ausgangsspaniung Mz₁ der Rechenschaltung 1.14 ansteht und deren Sollwerteingang einen zunächst konstanten Sollwert Mz₁* erhält. Die Ausgangsspannung A η* der Regelungseinrichtung 1.24 wird über eüi Proportionalglied 1.29 mit Speicherverhalten dem Drehzahlregler des Antriebes am zweiten Gerüst als Drehzahl-Zusatzsollwert A n₂*' zugeführt Wenn der Regelabgleich der Regelungseinrichtung 1.24 erreicht ist, gilt die Beziehung

Mz₁

-M_Al =

Folglich ist bei Gerüst 1 Mz₁* = -M_4U weil das eingangsseitige Moment M_FA vor dem Gerüst 1 stets Null ist.

Zweckmäßigerweise wird der Drehzahl-Zusatzsollwert A /I₂'* nicht nur dem Drehzahlregler des folgenden Gerüstes zugeführt, sondern zur beschleunigten Einstellung der endgültigen Drehzahlrelationen auch den Drehzahlreglern der übrigen, naehgeordneten Gerüste (gestrichelt dargestellt).

Während der Anstichphase im Gerüst 2 wird in der gleichen Weise wie in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben der zugehörige Hebelarmfaktor ermittelt und gespeichert. Anschließend stellt sich am Ausgang der Rechenschaltung 2.14 der Momenten-Istwert Mz₁ = M_F2

is ein, da Μ_λ1 noch gleich Null ist.

Mit dem Anstich des Walzgutes 12 im Gerüst 3 wird das Proportionalglied 1.29 auf »Speichern« geschaltet, das Ausgangssignal der Regelungseinrichtung 1.24 kurzfristig auf Null gesetzt und der Ausgang des Proportionalgliedes anschließend über den Umkehrverstärker 25 als Δ «ι* auf den Drehzahlregler am Gerüst 1 geschaltet (Eigenverstellung Für Gerüst 1). Der Drehzahl-Zusatzsollwert An₁'* wird dem Drehzahlregler am Gerüst 2 weiterhin aus dem Speicher 1.29 vorgegeben.

Dieser Drehzahl-Zusatzsollwert bleibt additiv überlagert, wenn mit dem Anstich des Walzgutes im Gerüst 4 die Regelungseinrichtung 2.24 auf Eigenverstellung umgeschMtet wird und den Drehzahl-Zusatzsollwert A n₇* vorgibt. Der Zusatzsollwert A n₂* der Regelungseinrichtung 2.24, der bis zum Anstich im Gerüst 4 auf den Drehzahlregler von Gerüst 3 wirkte, wird dabei ebenfalls dem Gerüst 3 weiter ah gespeicherter Wert A /I₃'* vorgegeben, während der Ausgang von 2.24 nach vorherigem Nullsetzen mit umgekehrtem Vorzeichen als /I /ij* auf den Drehzahlregler von Gerüst 2 geschaltet wird.

Dieser Ablauf bietet die Gewähr für einen stoßfreien Übergang auf Eigenverstellung.
Wie bereits in der Erläuterung der Umschaltung der

■to Regelungseinrichtung 2.24 auf Eigenverstellung angedeutet, wiederholen sich an allen weiteren Gerüsten die in Verbindung mit dem Gerüst 2 beschriebenen Vorgänge. Der Ablauf am Gerüst 4 bzw. am letzten Gerüst m unterscheidet sich von diesen Vorgängen lediglich dadurch, daß dieses Gerüst nach Abschluß der Berechnung des zugehörigen Hebelarmfaktors sofort auf Eigenverstellung geschaltet wird und daß im dargestellten Ausführungsbeispiel der Drehzahl-Zusatzsollwert A n₄* bzw. Δ n„,*, wie in Verbindung mit F i g. 3 bereits dargelegt, dem allen Gerüsten gemeinsamen Korrekturregler 27 zugeführt ist.

Wie aus der Beschreibung hervorgeht wird zunächst jeweils das vorletzte, Walzgut führende Gerüst drehzahlstarr betrieben. Mit der Freigabe der letzten Regelungseinrichtung 4.24 beginnt der leitgerüstfreie Betrieb. Es wird deshalb zum gleichen Zeitpunkt der übergeordnete Korrekturregler 27 freigegeben, der wie bereits dargelegt von nun an unter Beteiligung aller Gerüste an Stelle eines Leitgerüstes die Geschwindigkeitsführang der Straße übernimmt

Hierzu 3 Blatt Zcichnunscn

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Regelung der im Walzgut übertragenen Zugkraft in einer m Gerüste enthaltenden Walzstraße mit je einer mindestens an m-1 Gerüsten angeordneten, aus einem Regler zur Verstellung der Walzendrehzahlen von in Walzrichtung aufeinanderfolgenden Gerüsten und einer dem Regler zugeordneten Rechenschaltung zur Berechnung des Istwertes der Regelgröße aus dem jeweiligen Antriebs-, Beschleunigungs- und Verformungsmoment bestehenden Regelungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß den an jedem Gerüst (1,2... m) angeordneten Regelungseinrichtungen (1.14... mlA; 1.24... m24) ein gemeinsamer Korrekturregler (27) überlagert ist, dem als Eingangsgröße ein der Abweichung der Walzgutgeschwindigkeit von einem gewünschten Wert proportionales Signal zugeführt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daü dem Korrekturregler (27) je ein der jeweiligen Regelungseinrichtung zugeordnetes Rechenglied (1.28... m2%) zum Berechnen des Sollwertes (M,*) der Regelgröße aus dem Sollwert der Zugkraft (F_A,*) auf der Austrittsseite des jeweiligen Gerüstes (/) und gegebenenfalls des vorhergehenden Gerüstes, dem zugehörigen Walzendurchmesser (ών,) und dem Ausgangssignal (F/) des Korrekturreglers nachgeschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Korrekturregler (27) je ein der jeweiligen i.egelungseinrichtung zugeordnetes Rechenglied (1.28... m 28) zur' Berechnen des Sollwertes (M₂*) der Regelgröße aus dem Sollwert der Zugspannung (a_A*) auf der Aust· ittsseite des jeweiligen Gerüstes (<) und gegebenenfalls des vorhergehenden Gerüstes, aus den Walzgutquerschnitten (A_El, A_Al) vor und hinter dem jeweiligen Gerüst, aus dem zugehörigen Walzendurchmesser (dw,) und aus dem Ausgangssignal (a_t*) des Korrekturreglers nachgeschaltet ist.