DE3341213A1

DE3341213A1 - Walzenexzentrizitaets-steuersystem fuer ein walzwerk

Info

Publication number: DE3341213A1
Application number: DE19833341213
Authority: DE
Inventors: Yukihiro Katsuta Kawano; Hiroshi Hitachi Koyama; Toshio Katsuta Mannaka; Toshinori Izumisano Miki; Terushige Nabari Yamaguti
Original assignee: Hitachi Ltd; Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1982-11-15
Filing date: 1983-11-14
Publication date: 1984-05-24
Also published as: JPS5992113A; DE3341213C2; JPS6227884B2; US4545228A

Description

O O ^ I

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf ein Walzenexzentrizitäts-Steuersystem für eine Walzeinrichtung und betrifft insbesondere ein derartiges Steuersystem zur Kompensation von Dickenschwankungen von Bandmaterial aufgrund einer Walzenexzentrizität bei der Dickensteuerung einer Walzeinrichtung zum Walzen von Bandmaterial, beispielsweise eines Warmwalzwerks, Kaltwalzwerks oder dergleichen.

Die Walzen, die in einer Walzeinrichtung, etwa einem Walzwerk für Stahlplatten verwendet werden, weisen aufgrund der Schleifgenauigkeit (Schleifunebenheit) bei ihrer Herstellung nicht genau kreisförmige Abschnitte auf. Bei einem Walzwerk, bei dem die Walzen über Federn mit den Wellen gekoppelt sind, verursachen die Federn notwendigerweise Walzenexzentrizitäten. Infolge einer solchen Exzentrizität schwankt der Walzspalt periodisch und zwar mit der Periode einer Umdrehung der Walze. Dies bewirkt eine periodische Dickenschwankung in der gewalzten Platte.

Es sind mehrere Steuerverfahren entwickelt worden, um Schwankungen der Plattendicken aufgrund von Walzenexzentri-Zitaten zu vermeiden. Eines der bekannten Verfahren besteht in einem programmierten Steuerverfahren unter Verwendung von prozeßentkoppelten Daten (off-line!data), wie es in der USA-Patentschrift Nr. 4 038 848 offenbart ist, wobei Schwankungen der Walzlast» während sich die Walzen.unter geeignetem Walzdruck drehen, jedoch ohne daß Material gewalzt wird, erfaßt und als die Walzenexzentrizität angebende Daten gespeichert werden, und wobei während des Walzvorgangs die durch die Exzentrizität hervorgerufenen Schwankungen des Walzspaltes aufgrund der gespeicherten Daten kompensiert werden.

BAD ORIGINAL

Die mit einem derartigen programmierten Steuerverfahren arbeitende Steuereinheit ist zwar generell brauchbar, jedoch in manchen Fällen mit mehreren Problemen verbunden. So ist einmal ein Walzendrehwinkel-Stellungsgeber erforderlich, um das jeweils erfaßte Exzentrizitätssignal entsprechend der jeweiligen Winkelstellung in einer Umdrehung der Walze zu speichern. Bei einem solchen Geber kann es sich um einen Impulsgenerator oder einen Selsyn-Drehmelder handeln. Dabei ist es zweckmäßig, diesen Drehmelder so nahe wie möglich an der Welle der Walze anzuordnen, um die Meßgenauigkeit zu erhöhen. Wegen des die Walze umgebenden mechanischen Aufbaus, der Umgebungsbedingungen (hohe Temperatur, Ölnebel usw.) und des Montageaufbaus für den Drehungs-Übertragungsmechanismus ist es jedoch schwierig, den Geber nahe genug an der Welle der Walze zu montieren, und daher läßt sich die Drehstellung nur schwierig zuverlässig und mit hoher Genauigkeit und Linearität zwischen Ausgangssignal und Drehstellung erfassen. Selbst wenn eine nahe Montage an sich möglich ist, erschwert diese die Arbeit beim Walzenaustausch, der häufig durchgeführt wird. Außerdem ist es zur Erzeugung der vorher eingespeicherten Kompensationssignale für die auf der Walzenexzentrizität beruhende Dickenschwankung erforderlich, die Walzen auf eine Temperatur aufzuheizen, die nahe der beim tatsächlichen Walzen auftretenden Walζtemperatur liegt. Da diese Walztemperatur verhältnismäßig hoch liegt, sind gewöhnlich 10 bis 15 Minuten erforderlich, um die Walzen aufzuheizen und das Kompensationssignal für die Walzenexzentrizität zu erzeugen. Ferner werden infolge von Unterschieden gegenüber einem tatsächlichen Walzzustand aus verschiedenen Gründen notwendigerweise Fehler zwischen der tatsächlichen Walzenexzentrizität und den gespeicherten Daten verursacht. Daher läßt sich die Dickengenauigkeit nach diesem Verfahren nur begrenzt verbessern.

OR/GfMAl

Ein Verfahren zur Lösung der bei der obigen programmierten Steuermethode auftretenden Problemen ist in der USA-Patentschrift Nr. 4 03 6 041 offenbart, bei der Schwankungen in der Plattendicke während des tatsächlichen Walzvorgangs mittels eines Belastungsmessers gemessen werden, das sich ergebende Signal über eine Korrelations- oder eine Filterstufe zur Erzeugung einer die Walzenexzentrizität wiedergebenden Exzentrizitätskomponente verarbeitet wird und die Plattendicke durch Steuerung des Walzdrucks in Übereinstimmung mit einem Drehstellungs-Detektorsignal korrigiert wird.

Bei der nach diesem Verfahren arbeitenden Steuereinheit wird das Meßsignal aus dem Belastungsmesser statistisch freguenz-analysiert. Da jedoch Stützwalzen gewöhnlich wiederholt verwendet werden, nachdem Kratzer, die sich beim Walzen auf ihrer Oberfläche gebildet haben, abgeschliffen worden sind, kann der Durchmesser einer gebrauchten Walze um 10 bis 20% kleiner sein als der einer neuen. Infolgedessen ändert sich die Grundfrequenz der Frequenzanalyse, und die Mittenfrequenz der Filterstufe verschiebt sich. Daher nimmt die scheinbare Meßverstärkung ab, und die genaue Walzenexzentrizität läßt sich nicht erfassen. Außerdem gibt die Schwankung in der Walzlast nicht immer genau die Walzenexzentrizität wieder. Insbesondere bei der automatischen.Dickensteuerung unter Verwendung eines Dickenmeßgeräts, bei der die äquivalente Steifigkeit des Walzgerüsts stark erhöht sein kann, enthält das Lastsignal Komponenten, die auf mehreren von der Walzenexzentrizität verschiedenen Faktoren beruhen. Daher läßt sich die Walzenexzentrizität mit diesem Signal nur begrenzt steuern.

Der Erfindung liegt die generelle Aufgabe zugrunde, Nachteile, wie sie beim Stand der Technik auftreten, mindestens teilweise zu beseitigen. Eine speziellere Aufgabe der Erfindung kann darin gesehen werden, ein Walzenexzentrizitäts-Steuersystem anzugeben, das ein Korrektursignal zur Kompensation von Dickenschwankungen des Walzmaterials aufgrund einer Walzenexzentri-

zität beim Walzvorgang ermittelt und den Walzdruck mit Hilfe dieses Korrektursignals steuert, um die Dickenschwankungen zu reduzieren.

In dem erfindungsgemäßen Walzenexzentrizitäts-Steuersystem werden die Periode eines Zyklus entsprechend einer Umdrehung der Walze der Walzeinrichtung in mehrere Abschnitte unterteilt, eine Abweichung der Dicke des Walzmaterials in jedem Abschnitt wahrend des Walzvorgangs abgetastet, die in mindestens einer Periode in den einzelnen Abschnitten abgetasteten Abweichungen gespeichert, die Abweichungen in den Abschnitten in mindestens einer Periode gemittelt, um eine mittlere Periodenabweichung zu gewinnen, die Abweichungen über mehrere Perioden separat für die einzelnen Abschnitte gemittelt, um mittlere Abschnittsabweichungen für die einzelnen Abschnitte zu gewinnen, die als Basisdaten gespeichert werden, die mittlere Periodenabweichung von den mittleren Abschnittsabweichungen subtrahiert und die erhaltenen Differenzen für die jeweiligen Abschnitte als Basismuster gespeichert, die Basisdaten und die Basismuster für den Walzenabschnitt, der sich in derjenigen Stellung befindet, in der er den Walzdruck auf das Walzmaterial überträgt,ausgelesen und zur Erzeugung eines Walzenexzentrizitäts-Steuersignal für den betreffenden Abschnitt kombiniert, das Walzenexzentrizitäts-Steuersignal gemäß den Eigenschaften der Walzeinrichtung und des Walzmaterials in ein Reduktions-Positionssignal umgesetzt und eine Druckeinrichtung mit dem Reduktions-Stellungssignal gesteuert, so daß die durch die Walzenexzentrizität verursachte Dickenschwankung des Walzmaterials präzis kompensiert wird.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das gespeicherte Basismuster des dem Reduktions-Positionssignal entsprechenden Abschnitts aufgrund des Reduktions-Positionssignals korrigiert, um einen Steuerfehler zu kompen-

BAD πριλι

sieren, der auf anderen Faktoren einschließlich dem Durchmesserunterschied zwischen der oberen und der unteren Walze beruht.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 den schematischen Aufbau einer Walzeinrichtung,

auf die die vorliegende Erfindung angewendet ist, ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

den Inhalt eines in der Schaltung nach Fig. 2 verwendeten BasismusterSpeichers, eine Anordnung, bei der das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 bei der Walzeinrichtung nach Fig. angewendet ist,

ein Blockschaltbild einer Zeitsteuerschaltung, ein Blockschaltbild eines Abschnittsabweichungsspeichers,

ein Blockschaltbild eines Basisdaten-Erzeugungs-Speichers, und

ein Blockschaltbild eines Basismuster-Erzeugungsspeichers.

Bei einem herkömmlichen Walzvorgang werden Dickenschwankungen des gewalzten Rohmaterials mit Hilfe einer bekannten automatischen Dickensteuerung nach dem Walzen im wesentlichen eliminiert. Dabei geht man davon aus, daß die Dickenschwankungen des gewalzten Materials hauptsächlich auf einer Walzenexzentrizität beruhen. Eine solche Dickenschwankung hat eine Periodizität, deren Zyklusperiode einer Umdrehung der Walze entspricht, wobei sich gezeigt hat, daß sie eine Charakteristik aufweist, die sich nicht durch eine einfache Funktion, etwa eine Sinusfunktion nähern läßt. Ferner enthält die tatsächlich gemessene Dickenschwankung Komponenten, die auf von der Walzenexzentrizität verschiedenen Faktoren beruhen. Gemäß

Fxg.	2
Fig.	3
Fig.	4
Fig.	5
Fig.	6
Fig.	7
Fig.	8

-; - . -; -_: J J4 I Z ί J

der vorliegenden Erfindung werden daher eine einer Walzenumdrehung entsprechende Periode in mehrere Abschnitte, zum Beispiel j-Abschnitte (mit j > 1) unterteilt, die Dickenschwankung in jedem Abschnitt j während des Walzvorgangs abgetastet, aufgrund der Abtastung für jeden Abschnitt Basisdaten zur Walzenexzentrizität-Steuerung erzeugt, ein Mittelwert der abgetasteten Dickenschwankungen in einer Periode berechnet, und die Basisdaten mit dem Mittelwert korrigiert, um das Walzenexzentrizitäts-Steuersignal für jeden Abschnitt zu gewinnen.

Im folgenden soll die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf das in Fig. 1 gezeigte Walzwerk erläutert werden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die Erfindung auch auf sonstige Walzeinrichtungen anwendbar ist, die von der nach Fig. 1 verschieden sind.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Walzwerk handelt es sich um den umsteuerbaren Typ. Das Walzgerüst 1 weist dabei eine obere und eine untere Arbeitswalze 1a sowie eine obere und eine untere Stützwalze 1b auf. Das zu walzende Bandmaterial 2, etwa eine Stahlplatte, wird dabei in den Spalt zwischen der oberen und der unteren Arbeitswalze 1a eingeführt, wobei die beiden Materialenden über Umlenkwalzen 3 und 4 auf einer linken Spule 5 bzw. einer rechten Spule 6 aufgewickelt sind. An der Einlaß- und der Auslaßseite des Walzgerüstes 1 sind Dickenmeßgeräte 7a und 7b zur Erfassung von Abweichungen in der Dicke des Bandmaterials 2 angeordnet.

Bei dem Walzwerk nach Fig. 1 sind die Dickenmeßgeräte 7a und 7b vorgesehen, um die Messung der Dickenabweichungen des gewalzten Bandmaterials 2 zu jedem beliebigen Zeitpunkt während des Betriebs des Walzwerks aufzunehmen. Wie oben beschrieben, ist ein geeignetes bekanntes (nicht gezeigtes) automatisches Dickensteuersystem vorhanden, das die Dickenschwankungen in dem zu walzenden Rohmaterial im wesentlichen beseitigt. Daher kann davon ausgegangen werden, daß die von

den Dickenmeßgeräten 7a und 7b gemessenen Schwankungen in der Materialstärke hauptsächlich auf der Walzenexzentrizität beruhen. Um die Periode einer Walzenumdrehung zu definieren, ist am Einbaustück einer Stützwalze 1b ein (nicht gezeigter) Annäherungsschalter montiert, dem gegenüber am Walzenzapfen der Stützwalze 1b ein Metallstück angebracht ist. Wenn sich das Metallstück dem Annäherungsschalter am stärksten annähert, wird der Annäherungsschalter impulsmäßig geschlossen, so daß für jede Periode der Drehung der Stützwalze 1b der Anfangspunkt bestimmt wird. Zu dem Zeitpunkt, zu dem der Annäherungsschalter schließt, wird mit der Abtastung des AusgangssignaIs des Dickenmeßgerätes 7a am Auslaß des Walzwerks begonnen, wobei angenommen wird, daß sich das Bandmaterial 2 in Richtung der in Fig. 1 eingetragenen Pfeile bewegt. Wie weiter unten erläutert, wird eine einer Umdrehung der Stützwalze 1b entsprechende Periode in j Abschnitte unterteilt, beginnend mit dem Zeitpunkt, zu dem der Annäherungsschalter geschlossen wird, wobei am Anfangspunkt jedes Abschnitts ein Zeitsignal für die Abtastung erzeugt und das Ausgangssignal des Dickenmeßgeräts 7a entsprechend dem Zeitsignal abgetastet wird. In der i-ten Periode der Umdrehung der Stützwalze werden somit Abschnitts-Abweichungen der Plattendicken Ah..., Ah. ^ Ah.. nacheinander für die jeweiligen Abschnitte 1, 2 ... j abgetastet und gespeichert. Die gespeicherten Abschnitts-Abweichungen werden, wie weiter unten erläutert, zur Erzeugung eines Walzenexzentrizitäts-Steuersignals verwendet. Da in den Abtastwerten Hochfrequenzrauschen enthalten sein kann, werden Abtastwerte vorzugsweise für mehrere Perioden, zum Beispiel k Perioden gespeichert. Da mit der Abtastung fortgesetzt wird, solange die Steuerung andauert, werden die gespeicherten Werte der Reihe nach auf neuesten Stand gebracht, so daß stets die in den letzten k Perioden gewonnenen Abtastwerte gespeichert sind, und das Walzenexzentrizitäts-Steuersignal wird aufgrund dieser Abtastwerte gewonnen. Der Wert

J ν 4 I Z. I J - 12 -

von j beträgt mindestens 8, vorzugsweise 15 bis 30, während k vorzugsweise 3 bis 5 beträgt.

Die in der i-ten, (i+1)-ten, (i+2)-ten_/ ... (i+k-1)-ten Periode gewonnenen Abschnitts-Abweichungen haben die Werte:

^Ahil' ^Ahi2

l)l' ^Äh(i₊k-l)2' ^Aj,

die in einen Abschnittsabweichungs-Speicher eingegeben werden.

Sodann werden die Mittelwerte der Abweichungen in den einzelnen Abschnitte folgendermaßen berechnet:

^Ahlk ^{= {Ah}il^+Ah(i+l)l^+Äh(i₊2)l⁺ '·· ^Ah(i₊k-l)l^}/k ^Ah2k ^{= {Ah}i2^+Ah(i₊l)2^+Ah(i+2)2⁺ '·· ^Ah(i₊k-l)2^}/k

^Ahjk ⁼
um die mittleren Abschnittsabweichungen für die einzelnen Abschnitte, daß heißt Ah₁, , Ah„, , ... Ah., , als Basisdaten zu gewinnen.

Die Basisdaten enthalten Komponenten der Dickenabweichungen, die auf von der Walzenexzentrizität verschiedenen Faktoren beruhen, etwa auf einem Einstellfehler des Walzspaltes sowie auf Schwankungen in den Materialeigenschaften. Um diese Komponenten zu eliminieren, werden die mittleren Abweichungen für die j Abschnitte zur Berechnung einer mittleren Periodenabweichung folgendermaßen gemittelt:

wobei dieser Wert von den einzelnen Abschnitts-Abweichungen der Basisdaten subtrahiert wird. Die sich ergebenden Differenzen (Ah₁,-Ah ), (Ah„,-Ah ), ... (Ah., -Ah ) werden

ι je m ^ Jt m j Jc m

als Exzentrizitätssteuerungs-Basismuster gespeichert. Die Größen Ah lassen sich aufgrund der mittleren Abschnittsm

Abweichungen in jeder einzelnen Periode berechnen.

Auf der Grundlage der so gewonnenen Basisdaten und des so gewonnenen Basismusters wird die Walzenexzentrizitäts-Steuerung durchgeführt. Im folgenden soll nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Fig. 2 erläutert werden, die ein Blockschaltbild einer solchen Steuerung zeigt.

Gemäß Fig. 2 wird die Abschnittsabweichung Ah.. über eine Leitung 11 nacheinander einem Basisdaten-Erzeugungsspeicher 12 zugeführt, wobei die Basisdaten Ah., berechnet und dort gespeichert werden. Die Basisdaten Ah., werden einem Multiplizierglied 13, das eine Multiplikation mit einem Steuerverstärkungsfaktor G₁ durchführt, sowie einem Basismuster-Erzeugungsspeicher 14 zugeführt. Die mittlere Periodenabweichung Ah wird dem Basismuster-Erzeugungsspeicher 14 von einem die mittlere Periodenabweichung berechnenden Rechenspeicher 16 über ein Subtrahierglied 15 zugeführt. Der Basismuster-Erzeugungsspeicher 14 berechnet die Größe (Ah.,-Ah ) und speichert die sich ergebende Differenz. Das erzeugte Basismuster wird einem Multiplizierglied 17 zugeführt, das eine Multiplikation mit einem Steuerverstärkungsfaktor G durchführt. Das Basismuster wird in einen Arithmetikregister in dem Basismuster-Erzeugungsspeicher 14 gemäß Fig. 3 eingespeichert. Jeder Abschnitt dieses Registers entspricht dem Abschnitt j am Umfang der Walze, und der fortlaufende Abschnitt 1 bis j des Registers entspricht einer Umdrehung der Walze.

Der Basisdaten-Erzeugungsspeicher 12 weist ferner ein Register mit Abschnitten 1 bis j auf, in die die Größen (Ah., -Ah )

3 .κ m

eingespeichert werden. Die Basisdaten und das Basismuster werden kontinuierlich bei Empfang eines Zeitsignals von einer

Zeitsteuerstufe 18 durch neue Daten und Muster auf neuesten Stand gebracht, wobei die Inhalte der Register, wie im folgenden beschrieben, durch ein Lesesignal an die Multiplizierstufen 13 und 17 ausgelesen werden. Die Ausgangssignale dieser Multiplizierstufen 13 und 17 werden über ein Addierglied 19 summiert, und die sich ergebende Summe wird einem Signalumsetzer 20 als Walzenexzentrizitäts-Steuersignal zugeführt .

Die Basisdaten bestimmen einen Grundbetrag zur Steuerung der Walzenexzentrizität, während das Basismuster einen Korrekturbetrag angibt. Anteile dieser beiden Größen werden durch die Multiplizierstufen 13 und 17 bestimmt. Machen beispielsweise der Basisbetrag und der Korrekturbetrag jeweils 50 % aus, so werden die Faktoren G₁ und G» jeweils auf 0,5 eingestellt. Die Werte der Faktoren G₁ und G„ können experimentell bestimmt werden, wobei jeweils G..+G = 1.

Der Signalumsetzer 20 multipliziert das Ausgangssignal

des Addiergliedes 19 mit einem Reziprok wert eines Druckein-

K+M flußkoeffizienten, daß heißt mit —jt~· Da das Ausgangssignal des Addiergliedes 19 die Walzenexzentrizitäts-Steuergröße in Form der Abweichung der Materialdicke am Auslaß darstellt, wird dieses Ausgangssignal von dem Signalumsetzer 20 in eine entsprechende. Reduktions-Steuergröße umgesetzt. In der Reziprokfunktion bedeutet K eine Fehlerkonstante des WaIzgerüsts und M einen Elastizitätskoeffizienten des Materials. Diese Größen sind nach in der Walztechnik bekannten theoretischen Formeln vorher berechnet worden. Das Ausgangssignal des Signalumsetzers 20 wird über ein Multiplizierglied 21, das eine Multiplikation mit einem Steuerverstärkungsfaktor G durchführt, als Reduktionssignal einem (nicht gezeigten) Druckgerät zugeführt, so daß die Schwankung der Materialstärke aufgrund der Walzenexzentrizität reduziert wird.

Die Walzenexzentrizitäts-Steuerung beginnt nach vollständiger Erzeugung des Basismusters, daß heißt ab der (i+k)-5 ten Periode. Somit wird die Zeit für die Korrektursteuerung

nicht verschoben, die Phase des Einsatzpunktes für die Steuerung nicht verzögert, und eine prozeßgekoppelte (on-line-)Steuerung erreicht. Die Auslesezeitpunkte für die Basisdaten und das Basismuster müssen so gesteuert werden, daß die Inhalte desjenigen Abschnitts der Register ausgelesen werden, der dem Walzenabschnitt entspricht , der sich in der Stellung zur Ausübung des Walzdrucks auf das Material befindet. Der Auslesezeitpunkt ist also unter Berücksichtigung der Verzögerung des Zeitpunktes der Dickenabweichungs-Erfassung gegenüber dem Walzzeitpunkt sowie der Ansprechverzögerung des Steuersystems zu bestimmen. Erfolgt bei dem Walzwerk nach Fig. 1 beispielsweise die Walzung in Richtung des Pfeils 8, so ist di-e Walze 1 gegenüber dem Dickenmeßgerät 7a um den Abstand SL* versetzt, ausgedrückt als Transportweg des gewalzten Materials 2. Ferner besteht eine Steueransprechverzögerung entsprechend einem Weg £„, der sich aus dem Produkt der Steueransprech-Verzögerungszeit des Systems einschließlich der Druckeinrichtung und des Dickenmeßgeräts, multipliziert mit der Walzengeschwindigkeit ergibt. Um somit das Walzenexzentrizitäts-Steuersignal entsprechend demjenigen Walzenabschnitt auszulesen, der sich in •der druckübertragenden Stellung befindet, wird die Steuerung folgendermaßen durchgeführt. Es sei angenommen, daß der Inhalt des Abschnitts 1 des in Fig. 3 gezeigten Registers demjenigen Teil des gewalzten Materials entspricht, der sich an der Stelle des Dickenmeßgeräts befindet. Somit entspricht der um £., in Bewegungsrichtung nachfolgende Abschnitt η demjenigen Materialabschnitt, der gerade dem Walzvorgang unterworfen ist. Um die der Größe SL^ entsprechende Verzögerung zu kompensieren, muß der Inhalt des Abschnitts ρ ausgelesen werden, der dem Abschnitt η um £_ in Bewegungsrichtung nachfolgt. Während der Wert von £ für ein vorgegebenes Walzwerk konstant ist, ändert sich der Wert von £„ mit der Walzgeschwindigkeit. Daher ist eine zu der Walzgeschwindigkeit korrelierte Korrektur erforderlich.

00<4 I L - 16 -

Auf diese Weise wird die Walzenexzentrizitäts-Steuergröße mit dem Basismuster in zeitlicher Folge korrigiert, ohne daß eine Zeitverschiebung auftritt. Außerdem ist es erforderlich, die auf einer Differenz der Durchmesser der oberen und der unteren Walzen beruhende Schwebung sowie die auf einem Quantisierungsfehler beim Zählen der einzelnen Abschnitte bei der Abtastung beruhende Synchronisationsverschiebung zu kompensieren. Diese Kompensation wird in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 dadurch erreicht, daß das Reduktions- Positionssignal 22 durch den Signalumsetzer 24 mit dem Druckeinflußkoeffizient K/(K+M) multipliziert, das Ausgangssignal des Signalumsetzers 24 mittels eines Multipliziergliedes 25 mit einem Rückkopplungs-Verstärkungsfaktor G. multipliziert, und das Ausgangssignal der Multiplizierstufe 25 über das Subtrahierglied 15 auf den Basismuster-Erzeugungsspeicher 14 integriert rückgekoppelt wird. Dies bedeutet, daß die mittlere Periodenabweichung Ah vom Ausgangssignal der Multiplizierstufe 25 abgezogen wird, um ein Istmuster zu berechnen, das zu dem Basismuster (Integralsteuerung) algebraisch hinzuaddiert wird, um die tatsächlichen Abweichungen der Materialdicke zu minimieren.

Da die Schwankungen der Materialdicke aufgrund der verschiedenen oben beschriebenen Faktoren letzten Endes das die Reduktions-Steuergröße darstellende Ausgangssignal des Signalumsetzers 20 bewirken, wird das Model!verfahren für die Regelung so angepaßt, daß das Basismuster durch das Ausgangssignal des Signalumsetzers 20 korrigiert wird. Der Koeffizient G. läßt sich dabei experimentell bestimmen.

In der obigen Einrichtung zur Kompensation der Synchronisationsverschiebung kann dem Basismuster-Erzeugungsspeicher 14 das Ausgangssignal der Multiplizierstufe 25 an Stelle des Ausgangssignals der Subtrahierstufe 15 zugeführt werden.

Eine Anordnung für ein Walzwerk, das mit der Steuerschaltung nach Fig. 2 arbeitet, ist in Fig. 4 dargestellt, in der

gleiche Bauelemente wie in Fig. 1 und 2 mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind und hier nicht nochmals erläutert werden sollen.

Gemäß Fig. 4 wird das Meßsignal vom Dickenmeßgerät 7a einem Abweichungsdetektor/Abschnittsablenkungs-Speicher 27 zugeführt, dessen Ausgangssignal 11 dem Basisdaten-Erzeugungsspeicher 12 und dem Rechenspeicher 16 zur Berechnung der mittleren Periodenabweichung zugeführt wird. Die Betriebs-Zeitsteuerung für den Speicher 27 erfolgt durch ein Schreib-Zeitsignal t. aus der Zeitsteuerstufe 18. An der Zeitsteuerstufe 18 liegen ein Anfangspunkt-Signal aus einem Annäherungsschalter 28, der nahe an der Walze 1 angeordnet ist, ein Abschnitts-Zeitsignal entsprechend dem Abschnitt j aus einem Impulsgeber 29, der mit der Drehwelle eines Antriebmotors 10 der Walze 1 verbunden ist, sowie die auf das Walzwerk 1 und das Walzmaterial bezogenen Parameter, wie etwa der Weg £ , die Werte K und M, die Ansprechverzögerungszeit T des Steuersystems und die einem oben genannten Abschnitt entsprechende Materiallänge £ aus einem Eingabegerät 30.

Die Zeitsteuerstufe 18 kann gemäß Fig. 5 aufgebaut sein. Danach wird durch das Anfangspunkt-Signal aus dem Annäherungsschalter 28 ein Zähler 181 zurückgesetzt, der die Impulse aus dem Impulsgeber 28 zählt. Nach Zählung der einem Abschnitt der j Abschnitte einer Walzenumdrehung entsprechenden Impulse läuft der Zähler 181 über, und das Überlaufsignal wird als Schreib-Zeitsignal t.. verwendet. Aufgrund der aus der Eingangsimpulsfrequenz von dem Impulsgeber 29 gewonnenen Walzgeschwindigkeit Vs (m/s), den Werten £ (m), £- (m) und der aus dem Eingabegerät 30 zugeführten Ansprechverzögerung Ts

(s) des Steuersystems berechnet eine Rechenstufe 182 den Ausdruck ^₁ +To.Vg

¹ . Der Wert dieses Ausdrucks entspricht dem Wert von

(I +1 ) , ausgedrückt in der Einheit des Walzenabschnitts. Das Ausgangssignal des Zählers 181, daß heißt der Schreib-Zeitimpuls t₁, wird von einem Zähler 183 gezählt. Ein Addierglied 184 bildet die Summe aus dem Zählwert des Zählers 183 und dem Ausgangssignal der Rechenstufe 182 und erzeugt die Summe R. Diese Summe R dient zur Spezifizierung der Leseadresse in dem Basisdaten-Erzeugungsspeicher 12 und dem Basismuster-Erzeugungsspeicher 14. Das Signal des Annäherungsschalters 28 wird als Anfangspunkt-Signal S erzeugt. Erreicht der Zählwert des Signals t.. die Zahl des Abschnitts j, so läuft der Zähler 183 über. Überschreitet die von dem Addierglied 184 gebildete Summe den Wert j, so erzeugt sie den ÜberSchluß von j; daß heißt wenn die Summe die Werte j+1, j+2, ... annimmt, erzeugt das Addierglied 184 die Werte 1, 2, .... Um zu verhindern, daß das j-te Zeitsignal t.. aus dem Zähler 141 gleichzeitig mit dem Anfangspunkt-Signal S erzeugt wird, läuft der Zähler 181 um eine Anzahl von Impulsen über, die gleich ist der von dem Impulsgeber 29 für eine Walzenumdrehung erzeugten Impulszahl weniger einige Impulse (als Spielraum für die Erzeugung des Anfangspunkt-Impulses), dividiert durch j.

Wie wiederum in Fig. 4 gezeigt, weisen die Signalumsetzer 20 und 24 Stellglieder 20a und 24a sowie Multiplizierglieder 20b und 24b auf. Die Stellglieder 20a und 24a berechnen die Größen —— bzw. yfrn aufgrund der von dem Eingabegerät 30 zugeführten Größen K und M, um die Multiplikatoren für die Multiplizierstufen 20b und 24b vorzugeben.

Der Abschnitts-Abweichungsspeicher 27 kann gemäß Fig. 6 aufgebaut sein. Die aus dem Dickenmeßgerät 7a zugeführte Materialdickenabweichung Ah wird einer Verriegelungsstufe 271 zugeführt, die die Abweichung mit dem Zeitsignal t₁ verriegelt und einem Analog/Digital-Umsetzer 272 zuführt. Der Analog/ Digital-Umsetzer 272 setzt die seinem Eingang zugeführte Abweichung Ah in einen Digitalwert um, der in einen Abschnitt j

eines Schieberegisters 273 eingespeichert wird. Die Inhalte der Abschnitte j, j-1, ... 2 des Schieberegisters 273 werden durch das Zeitsignal t. in die Abschnitte j-1, j-2, ... 1 verschoben, und der Inhalt des Abschnitts 1 wird dem Basisdaten-Erzeugungsspeicher 12 und dem Rechenspeicher 16 zur Berechnung der mittleren Periodenabweichung zugeführt. Der Basisdaten-Erzeugungsspeicher 12 ist gemäß Fig. 7 aufgebaut. Die aus dem Abschnitt 1 des Registers des Abschnittsabweichungs-Speichers 27 zugeführten Daten werden in einen Abschnitt j eines Schieberegisters 123 eingespeichert und beim nächsten Zeitsignal t₁ in den Abschnitt (j-1) verschoben, wobei die nächsten zugeführten Daten in den Abschnitt j eingespeichert werden. Der Datenüberlauf aus dem Schieberegister 123 wird in ein Register 122 übertragen. In Fig. 7 sind zwar nur drei Register gezeigt, doch sind tatsächlich k Schieberegister vorgesehen, wenn mit Daten für k Perioden gearbeitet wird. Daher sind diese Register gefüllt, wenn k Periodendaten übertragen worden sind. Die Inhalte der entsprechenden Abschnitte der jeweiligen Schieberegister werden zugehörigen Arithmetikstufen 131, 132 bzw. 133 zugeführt, wo Mittelwerte berechnet werden, die in entsprechende Abschnitte eines Speichers 130 eingegeben werden. Dabei ist in Fig. 7 nur der Aufbau der Arithmetikeinheit 131 gezeigt. Zum Zeitpunkt des Anfangspunkt-Signals S werden die Inhalte der Abschnitte 1 der betreffenden Schieberegister in Verriegelungsstufen 124, 125 bzw. 126 verriegelt, deren Ausgangssignale über ein Addierglied 127 aufsummiert werden, wobei die Summe durch ein Dividierglied 128 durch k dividiert und der Quotient in einem adressierbaren Abschnitt 1 des Speichers 130 abgespeichert wird. Die Arithmetikstufen 132 und 133 sind ähnlich aufgebaut und berechnen Mittelwerte, die in adressierbaren Abschnitten 2, 3, ... j des Speichers 130 abgespeichert werden. Zum Zeitpunkt des Zeitsignals t, wird von einer Lesebefehlstufe 135 ein Lesebefehl ausgegeben, und der Inhalt des

von einem Signal R aus der Zeitsteuerstufe 18 spezifizierten Abschnitts des Speichers 130 wird ausgelesen und dem Multiplizierglied 13 zugeführt.

Der Basismuster-Erzeugungsspeicher 14 umfaßt ein herkömmliches Subtrahierglied und einen Speicher mit adressierbaren Abschnitten 1 bis j. Er berechnet für jeden Abschnitt

den Wert (Ah₁₁-Ah ) auf der Basis der aus dem Basisdaten-3k m

Erzeugungsspeicher 12 für jeden Abschnitt zugeführten Größe Ah., und der aus dem Mittelwert-Periodenabweichungs-Speicher zugeführten Größe Ah , wobei die sich ergebenden Differenzen in die entsprechenden Abschnitte des Speichers eingespeichert werden. Das Auslesen der Daten aus dem Speicher erfolgt in gleicher Weise wie aus dem Basisdaten-Erzeugungsspeicher. Die aus dem Basisdaten-Erzeugungsspeicher 12 und dem Basismuster-Erzeugungsspeicher 14 ausgelesenen Daten werden auf die anhand von Fig. 2 erläuterte Weise verarbeitet, um das Druck-Positionssignal 23 zur Steuerung des durch die Druckvorrichtung 9 aufzubringenden Druckes zu erzeugen.

In Fig. 4 ist zwar eine hardware-Ausführung dargestellt,

20" doch läßt sich das gesamte System auch durch eine gespeicherte Logik unter Verwendung eines Steuerrechners ausführen. Ferner läßt sich auch ein Mischsystem verwenden, das beispielsweise für die Stellglieder 20a und 24a einen Steuerrechner benutzt.

Die Einrichtung zur Erfassung der Abweichung der Materialdicke beschränkt sich nicht auf das in dem obigen Ausführungsbeispiel verwendete Dickenmeßgerät 7a; vielmehr können auch sonstige Einrichtungen verwendet werden, die eine Ermittlung der Materialstärke oder deren Abweichung gestatten. Beispielsweise kann ein bekannter rollender Belastungsmesser verwendet werden, um eine der Materialdicke oder der Materialdickenabweichung entsprechende Last oder Lastabweichung zu erfassen.

Wie oben beschrieben, wird beim vorliegenden Ausführungsbeispiel die Dickenabweichung des Walzmaterials prozeßgekoppelt (on-line) entsprechend der Umfangslage der Walze erfaßt, und

BAD ORIGIWAL

J ό i* IZ IJ

die Druckposition der Walze wird aufgrund der erfaßten Abweichung gesteuert. Daher ist es nicht erforderlich, einen genauen Drehstellungsgeber als Walzenexzentrizitäts-Meßeinrichtung nahe an der Walze anzuordnen, und die Schwankungen in der Materialstärke aufgrund der Walzenexzentrizität werden systemgekoppelt mit hoher Genauigkeit und ohne Rücksicht auf Deformationen der Walze aufgrund einer Schleifbehandlung kompensiert.

Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden ferner Schwebungen aufgrund des Unterschiedes zwischen den Durchmessern der oberen und der unteren Walze sowie Synchronisierungsverschiebungen aufgrund von Quantisierungsfehlern des Zählwertes in einem Abschnitt beim Erfassen der Dicke kompensiert, so daß eine genauere Walzenexzentrizitäts-Steuerung erreicht wird.

Ferner ist das beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung bezüglich existierenden Apparaturen konkurrenzlos und benötigt keine genaue Wartung.

Die Erfindung ist zwar für einen Fall beschrieben worden, in dem sie auf ein Walzwerk für Stahlplatten angewendet ist, doch kann sie ersichtlich auch auf sonstige Walzeinrichtungen zum Reduzieren der Dicke von Bandmaterial durch Walzen angewendet werden.

PS/CG

Leerseite

Claims

STREHL SCHÜBEL-HOPF SCHULZ

WIDENMAYERSTRASSE 17, D-8000 MÜNCHEN 22

HITACHI, LTD.
NISSHIN STEEL COMPANY
DEA-26 313

14. November 1983

Walzenexzentrizitäts-Steuersystem für ein Walzwerk

Walzenexzentrizitäts-Steuersystem zur Kompensation von Schwankungen in der Ausgangsdicke von gewalztem Material aufgrund einer Walzenexzentrizität in einer Walzvorrichtung, wobei die Ausgangsdicke durch Steuerung der Reduktionsposition einer Walze (1) gemäß einem Reduktions-Positionssignal gesteuert wird, gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (7a) zur Erfassung einer Schwankung in der Ausgangsdicke des gewalzten Materials,

eine Einrichtung (12) zum sequentiellen Abtasten und Speichern TO der Abweichungen in der Ausgangsdicke des gewalzten Materials während des Walzvorgangs für mehrere Abschnitte, in die eine einer

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Umdrehung der Walze (1) entsprechende Zyklusperiode unterteilt ist,

eine Einrichtung (16) zum sequentiellen Berechnen von mittleren Periodenabweichungen aufgrund von Mittelwerten der Abweichungen der abgetasteten Dicken über mindestens eine Periode und Speichern der mittleren Periodenabweichungen für die jeweiligen Abschnitte als Basisdaten,

eine Einrichtung (14). zum Berechnen der Differenzen zwischen den mittleren Abschnittsabweichungen für die einzelnen Abschnitte, die aus den Mittelwerten der Dickenabweichungen für die betreffenden Abschnitte, über mehrere Perioden abgetastet, abgeleitet sind, und Speichern der Differenzen für die jeweiligen Abschnitte als Basismuster,

eine Einrichtung (19) zum Kombinieren der Basisdaten und Basismuster zur Erzeugung von Walzenexzentrizitäts-Steuersignalen für die einzelnen Abschnitte,

eine Einrichtung (20) zum Umsetzen der Walzenexzentrizitäts-Steuersignale für die einzelnen Abschnitte in Reduktionsppsitions-Steuersignale für die jeweiligen Abschnitte entsprechend den Eigenschaften des Walzwerks und des gewalzten Materials sowie Speichern der Reduktionspositions-Steuersignale, und

eine Einrichtung (18) zum sequentiellen Auslesen der Positionssteuersignale für die einzelnen Abschnitte entsprechend einer Zeitsteuerung.

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2. .System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzenexzentrizitäts-Steuersignal für jeden der Abschnitte durch Summieren eines Produkts aus den Basisdaten für den entsprechenden Abschnitt und einem vorgegebenen Koeffizient (G₁) sowie eines Produktes aus dem Basismuster für den betreffenden Abschnitt und einem vorgegebenen Koeffizient (G ) gewonnen wird.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckpositions-Steuersignale durch Multiplizieren der Walzenexzentrizitäts-Steuersignale mit einem Druckeinflußkoeffizient K/(K+M) gewonnen werden.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Zeitsteuerung durch ein von einer Zeitsteuerstufe (18) erzeugtes Zeitsignal bestimmt wird, und daß die Zeitsteuerstufe einen am Umfang der besagten Walze angeordneten Annäherungsschalter (28) zur Erfassung eines Bezugspunktes, einen Zähler (181) zum Zählen der Impulse, die von einem in Übereinstimmung mit der Walze angetriebenen Impulsgeber (29), der ein. Zeitsignal erzeugt, wenn er einen einem Abschnitt der Walzendrehung entsprechenden Wert erreicht, sowie eine Einrichtung (182, 183, 184) zur Erzeugung eines Lesebefehls zu einem Zeitpunkt umfaßt, der entsprechend einer Versetzung zwischen der Walzposition

und der Position der Dickenerfassung sowie einer Steuerverzögerung des Systems bestimmt ist.
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (24, 17, 15) zur Korrektur der Basismuster für die jeweiligen Abschnitte durch die besagten Walzenexzentrizitäts-Steuersignale.

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