DE3422766C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Dickenregelung von Walzgut gemäß den Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Solche Verfahren sind aus den Aufsätzen "Mill modulus variations and hysteresis - Their effect on hot strip mill AGC" von G. E. Wood et al., Iron and Steel Engineer, 1977, S. 65 bis 71; und "Force sensing in rolling mill" von A. Zeltkalns et al., Iron and Steel Engineer, 1977, S. 72 bis 78, bekannt.

Eine bekannte Dickenregelung ist das BISRA-Dickenmeßgerät­ system, bei dem die Kraft, die dem Walzgut zugeordnet ist und durch dieses erzeugt wird, wenn es durch die Arbeits­ walzen des Walzgerüstes hindurchgeführt wird, abgefühlt und mit einem Signal verknüpft wird, das zu der Walzenposition proportional ist, um ein Signal zu bilden, welches die Walzgutdicke darstellt und in einem geschlossenen Regel­ kreis benutzt wird, um den Spalt oder die Öffnung zwischen den einander gegenüberliegenden Arbeitswalzen einzustellen. In Fällen, in denen die Härte des ankommenden Walzgutes und dessen Dickenabweichungen weniger von Bedeutung sind als Walzenunregelmäßigkeiten, wie beispielsweise deren Exzen­ trizität oder Ovalförmigkeit, kann die Dickenregelung zum Einstellen der Walzkraft benutzt werden, wobei von der Voraussetzung ausgegangen wird, daß eine konstante Walz­ kraft eine gleichmäßige Abgabe- oder Enddicke erzeugen wird.

Es gibt wenigstens zwei bekannte Verfahren - sh. Stelzer, R.: "Untersuchung von Verfahren zur Walzkraftmessung" in "Stahl und Eisen", 97 (1977) Nr. 19, S. 921-926 - zum Abfühlen dieser Kraft. Das erste dieser Verfahren wird als di­ rektes Verfahren bezeichnet, und üblicherweise werden bei diesem Verfahren Kraftmeßdosen benutzt, die zwi­ schen dem Walzenständer und dem Walzenspalt angeordnet sind, um ein Ausgangskraftsignal zu liefern. Eine Al­ ternative zu der Verwendung der Kraftmeßdosen besteht darin, den Druck in einem Hydraulikzylinder, der als Spalteinstellvorrichtung in dem selbsttätigen Dickenre­ gelsystem benutzt wird, abzufühlen. Bei dem zweiten Ver­ fahren, das hier als indirektes Verfahren bezeichnet wird, werden Dehnungsmesser benutzt, die an dem Walzen­ ständer angeordnet sind, um die Reckspannung oder Dehnungen an diesem Ständer zu messen, wenn Walzgut ge­ walzt wird.

In der Praxis hat sich keines dieser Systeme und Ver­ fahren als so genau erwiesen, wie es hätte erwartet werden können. Eine Hauptursache der Ungenauig­ keiten bei dem direkten Verfahren ist die Reibung. Be­ kanntlich ist Reibung zwischen dem Ständer des Walzge­ rüsts und den Lagerblöcken, die die Walzen tragen, so­ wie in manchen Hydraulikelementen vorhanden, wie z. B. in den Ausgleichshubvorrichtungen, die zur Positions­ haltung der Walzenlagerblöcke benutzt werden, und ge­ gebenenfalls in der hydraulischen Walzspalteinstell­ vorrichtung. Da sowohl bei Dickenmeßgerät- als auch bei Kraftregelsystemen ein Kraftrückführungssignal be­ nutzt wird, ist klar, daß alle Kräfte, die der Kraft­ fühler zusätzlich zu denjenigen Kräften abfühlt, wel­ che durch die Dickenverringerung des Walzgutes erzeugt werden, die Genauigkeit dieses Kraftsignals als eine echte Darstellung der tatsächlichen Walzkraft ver­ schlechtern werden. Es muß daran erinnert werden, daß in sämtlichen Dickenregelsystemen der Spalt zwischen den Walzen mit dem Ziel, eine konstante Ausgangsdicke zu erzielen, in Abhängigkeit von dem Kraftrückführungs­ signal wiederholt geändert wird.

Es ist außerdem bekannt, daß die Reibungskräfte nicht konstant sind, sondern sich gemäß den Bedingungen im Walzspalt und gemäß der Richtung der Walzenbewegung, wenn der Walzspalt eingestellt wird, verändern. Diese Reibungskräfte erzeugen etwas, was üblicherweise als Hysterese bezeichnet wird. Eine vollständigere Erläute­ rung der Reibungskräfte und des Hystereseeffekts findet sich in den beiden eingangs genannten Aufsätzen.

Das Dehnungsmeßverfahren zum Erzeugen des Kraftsignals ist gegenüber Reibungskräften weit weniger empfindlich als das oben erläuterte direkte Verfahren, es ist aber gegenüber der Temperatur äußerst empfindlich. Das heißt, das Dehnungsmeßverfahren sieht nicht die Lagerbock-Wal­ zenständer-Reibungen, die normalerweise die größten Rei­ bungskomponenten sind, obgleich es gegenüber der Rei­ bung in dem Spalteinstellzylinder sowie gegenüber der Ausgleichshubvorrichtungszylinderreibung, wenn die Ar­ beitswalzenausgleichshubvorrichtungen zwischen den Ar­ beitswalzenlagerböcken sind und den Walzenständer nicht berühren, etwas empfindlich ist. Andererseits spielt die Temperatur für das Ausgangssignal des Dehnungsmeß­ systems eine beträchtliche Rolle, und der Dehnungsmes­ ser muß ständig hinsichtlich der Temperatur geeicht werden, um dieses System praktisch einsetzbar zu machen. Das ist in vielen Fällen unpraktisch, insbesondere wenn das Walzwerk kontinuierlich statt reversierend arbeitet und die Zeit zwischen den unbelasteten Zuständen mehrere Minuten betragen können.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfah­ ren der eingangs genannten Art ("Mill modulus variations . . .") so auszugestalten, daß ein Steuersignal erhalten wird, das die wahre Walzkraft in einem Walzgerüst darstellt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnahmen gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen ins­ besondere darin, daß durch Einsatz sowohl der direkten als auch indirekten Erfassung ein sehr genaues Steuer­ signal erhalten wird, bei dem der störende Einfluß der Reibung und der Temperatur im wesentlichen eliminiert ist.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeich­ nung von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines typischen Walzgerüsts mit selbst­ tätiger Dickenregelung, die das Verständnis der Erfindung er­ leichtert.

Fig. 2 ein Funktionsblockschaltbild ei­ ner bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 3 ein Schaltbild einer Art der Im­ plementierung des Blockschaltbil­ des nach Fig. 2 in Analogform.

Fig. 1 zeigt in schematischer Seitenansicht ein typi­ sches Quartowalzgerüst mit selbsttätiger Dickenrege­ lung (AGC). Das Walzgerüst hat einen Walzenständer 10, der die Walzgerüstelemente enthält, zu denen eine obere Stützwalze 12 gehört, die in einem Lagerbock 14 dreh­ bar gelagert ist. Eine untere Stützwalze 16 ist auf ähnliche Weise in einem Lagerbock 18 gelagert. Zwei Ar­ beitswalzen 20 und 24 sind in den Lagerböcken 22 bzw. 26 gelagert. Zwei Paar Ausgleichshubvorrichtungen dienen zum Abstützen der oberen Lagerböcke an dem Walzenstän­ der 10. Das erste Paar Ausgleichshubvorrichtungen 28 und 30 ist zwischen dem Walzenständer 10 und dem Lager­ bock 14 der oberen Stützwalze 12 angeordnet. Arbeits­ walzenausgleichshubvorrichtungen 36 und 38 tragen den Lagerbock 22 der oberen Arbeitswalze. Ebenso sind selbstverständlich Lagerböcke und Hubvorrichtungen an dem anderen Ende des Walzgerüsts vorhanden. Auf übliche Weise dient eine Spindelvorrichtung 44, die über eine Mutter 46 wirkt, zur Grobeinstellung des Spalts zwi­ schen den beiden Arbeitswalzen 20 und 24, durch den Walzgut 60 hindurchbewegt wird. In dem dargestellten Beispiel ist weiter unmittelbar unterhalb der Spindel 44 ein Hydrauliksystem 48 dargestellt, welches im we­ sentlichen ein Kolben innerhalb eines Zylinders ist (und im folgenden kollektiv als "Zylinder" bezeich­ net wird), der auf bekannte Weise dazu dient, die Einstellung entsprechend dem selbsttätigen Dickenre­ gelsystem vorzunehmen. Es ist außerdem bekannt, daß der Zylinder 48 weggelassen werden und das selbsttä­ tige Dickenregelsystem direkt über die Spindel 44 ar­ beiten kann. Die Spindel 44 und der Zylinder 48 wir­ ken auf den Stützwalzenlagerbock 14 über eine Kraft­ meßdose 50 ein. Die Kraftmeßdose 50 liefert auf be­ kannte Weise ein Ausgangssignal (F_S-Leitung 56), das zu der Walzkraft proportional ist, welche aus dem Hindurchführen des Walzguts 60 zwischen den Arbeits­ walzen 20 und 24 resultiert und durch die Reibungs­ kräfte modifiziert ist, wie es oben erläutert wurde (zwischen dem unteren Stützwalzenlagerbock 18 und dem Walzenständer 10 ist eine Kraftmeßdose 50′ darge­ stellt. Das soll einen alternativen Anbringungsort für die Kraftmeßdose zeigen, der manchmal benutzt wird.)

Dem Zylinder 48 sind zwei Meßfühler 51 und 53 zugeord­ net, die üblicherweise mit dem Zylinder geliefert wer­ den. Der Meßfühler 51 liefert ein Ausgangssignal S_O auf einer Leitung 52, das die Position des Kolbens in­ nerhalb des Zylinders und damit den Walzspalt angibt. Der Meßfühler 53 ist ein Druckmeßfühler, der den in­ neren Druck in dem Zylinder abfühlt und ein Drucksi­ gnal F_S′ auf einer Ausgangsleitung 54 liefert, das auch als eine Angabe der Walzkraft benutzt werden kann.

Eine zweite Einrichtung zum Liefern eines Signals, welches die Walzkraft angibt, ist in Form eines Deh­ nungsmessers 62 dargestellt, welcher an dem Walzenstän­ der 10 des Walzgerüsts befestigt ist. In der Darstel­ lung in Fig. 1, die die Endansicht des Walzenständers zeigt, ist nur ein derartiger Dehnungsmesser 62 ge­ zeigt. Es ist jedoch klar, daß auf übliche Weise we­ nigstens ein weiterer Dehnungsmesser am anderen Ende des Walzgerüsts und ziemlich häufig sogar zwei wei­ tere Dehnungsmesser an der anderen Seite jedes Endes des Walzengerüsts angebracht sind, so daß insgesamt vier derartige Dehnungsmesser 62 vorhanden sind, die alle auf der stromabwärtigen Seite des Walzgerüsts angeordnet sind. Der in Fig. 1 gezeigte Dehnungsmes­ ser 62 soll das gesamte Dehnungsmeßsystem veranschau­ lichen und liefert ein Dehnungsmeßausgangssignal auf einer Leitung 63.

Zum Einstellen des Walzspalts bei dem in Fig. 1 ge­ zeigten Walzgerüst wird Hydrauliköl aus einem Hoch­ drucksystem 65 dem Zylinder 48 über eine Leitung 69 und ein Servosteuerventil 67 zugeführt. Der Rückweg geht von dem Zylinder über eine Leitung 58. Der System­ druck wird durch eine Pumpe 64 aufrechterhalten. Das Servosteuerventil 67 steht unter der Steuerung des AGC- Systems 66, das seinerseits auf ein Steuersignal an­ spricht, dessen Erzeugung Gegenstand der Erfindung ist. Wenn der Zylinder 48 nicht vorhanden wäre, würde das AGC-System die Spindel 44 steuern.

Bei der Erfindung wird, wie es weiter oben erwähnt, ein direktes Kraftsignal, wie es aus einer Kraftmeßdose oder aus einem Zylinderdruckmeßfühler gewonnen werden kann, in Kombination mit einem Dehnungsmeßsignal be­ nutzt, um das Steuersignal für das AGC-Signal zu bil­ den, wie es in Fig. 1 dargestellt ist.

Fig. 2 zeigt in Form eines Funktionsblockschaltbildes die Art und Weise, auf die das Steuersignal gemäß der Erfindung er­ zeugt wird. In Fig. 2 stellt ein Block 70 die Deh­ nungsmeßfühlerausgangssignale dar, die einem einfachen Verstärkungsblock 74 zugeführt werden, dessen Verstär­ kung der gewünschten Skalierung entspricht. (Wenn bei­ spielsweise vier Dehnungsmesser benutzt würden und der Block 74 eine Verstärkung von 0,25 hätte, würde das Ausgangssignal dieses Blockes gleich dem Mittelwert der Dehnungsmeßsignale sein.) Das Ausgangssignal des Verstärkungsblockes 74 wird an einen positiven Eingang eines Summierpunktes 76 angelegt. Das Druck- oder Kraft­ signal aus entweder dem Zylinderdruckmeßfühler oder der Kraftmeßdose ist mit 72 bezeichnet und wird an einen Verstärkungsblock 78 angelegt, der eine geeignete Ska­ lierung vornimmt. Das Ausgangssignal dieses Blockes wird im positiven Sinne an einen Summierpunkt 80 ange­ legt. Das Ausgangssignal des Summierpunktes 76, der außerdem einen weiter unten erläuterten weiteren positiven Ein­ gang hat, wird an einen Verstärkungsblock 84 angelegt, dessen Ausgangssignal auf einer Leitung 86 das Steuer­ signal ist, welches dem selbsttätigen Dickenregel- oder AGC-System zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Verstärkungsblockes 84 wird außerdem in negativem Sinn an den Summierpunkt 80 angelegt, und das Ausgangssignal dieses Summierpunktes wird an einen Integrierfunktions­ block 82 angelegt, der eine Übergangsfunktion von K/S hat, wobei K eine Konstante und S der Laplace-Trans­ formationsoperator ist. Das Ausgangssignal des Inte­ grierfunktionsblockes 82 wird im positiven Sinne an den Summierpunkt 76 angelegt, wie weiter oben angegeben. Der Effekt dieser Überkreuzanordnung zwischen den Aus­ gängen und den Eingängen der Funktionsblöcke 82 und 84 besteht darin, daß auch die Verwendung des Inte­ grierfunktionsblockes 82 das Ausgangssignal des Blockes 84 langfristig gleich dem Ausgangssignal des Blockes 78 ist. Es ist somit eine Temperaturkompensation vorhanden, durch die der Dehnungsmesser automatisch geeicht wird, um ein Steuersignal für das selbsttätige Dickenregel­ system zu bewirken.

Die Gesamtschleife, die das driftkorrigierte Signal auf der Leitung 86 erzeugt, muß schnell genug sein, um temperaturbezogene Driftfehler zu unterdrücken, aber langsam genug, um normale Kraftänderungen aufgrund von Walzgutveränderungen, Reibung, usw. außer Betracht zu las­ sen. Deshalb wird die Konstante K normalerweise einen Wert von nicht mehr als 0,1 und von nicht weniger als 0,03 haben, wobei letzterer Wert dazu dient, Tempera­ turdriftfehler zu vermeiden, die in einer relativ kur­ zen Zeitspanne, z. B. von einer Minute, bedeutsam werden können.

Fig. 3 zeigt eine Analogausführungsform der Funktions­ darstellung nach Fig. 2. In Fig. 3 sind vier Dehnungs­ meßsignale SG1-SG4 sowie das Signal F_S aus der Kraft­ meßdose dargestellt. Die vier Dehnungsmeßsignale SG1 bis SG4 werden alle in positivem Sinn an einen Summierpunkt 90 angelegt, so daß die Summe derselben über einen Ein­ gangswiderstand 92 dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 94 (Block 74) zugeführt wird. Der Verstärker 94 hat einen Rückkopplungswiderstand 96, wel­ cher zwischen seinen Ausgang und seinen invertierenden Eingang geschaltet ist, und sein nichtinvertierender Ein­ gang ist über einen Widerstand 98 mit Masse verbunden. Die Verstärkung des Operationsverstärkers 94 ist in diesem Fall so gewählt, daß er die richtige Skalierung und eine Mittelwertbildung der an den Summierpunkt 90 angelegten Signale bewirkt. Das Ausgangssignal des Ope­ rationsverstärkers 94 wird über einen Widerstand 100 an den invertierenden Eingang eines zweiten Operations­ verstärkers 96 angelegt, der einen Rückkopplungswider­ stand 104 zwischen seinen Ausgang und seinen invertie­ renden Eingang geschaltet hat. Das Ausgangssignal die­ ses Operationsverstärkers auf der Leitung 86 ist das Steuersignal für das selbsttätige Dickenregelsystem.

Das Signal F_S (das Kraftsignal) wird an einen Verstär­ kungsblock 78 angelegt, und zwar über einen Eingangswi­ derstand 106 an den invertierenden Eingang des Opera­ tionsverstärkers 108, der mit einem Rückkopplungswider­ stand 110 versehen ist. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 108 ist über einen Widerstand 112 mit Masse verbunden. Das Ausgangssignal des Blockes 78 wird an einen Integrierblock 82 angelegt, der gemäß der Darstellung einen Eingangswiderstand 114 aufweist, welcher mit dem invertierenden Eingang eines Operations­ verstärkers 116 verbunden ist, dessen nichtinvertieren­ der Eingang über einen Widerstand 118 mit Masse verbun­ den ist. Ein Kondensator 120 ist wie üblich zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang des Operations­ verstärkers 116 geschaltet, so daß dieser integrierend arbeitet. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 116, das integrierte Signal, wird über eine Impedanzan­ passungsschaltung, die Widerstände 124 und 126 enthält, an den nichtinvertierenden Eingang eines Operations­ verstärkers 102 (Block 84) angelegt, dessen Ausgang über einen Widerstand 122 mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 116 verbunden ist. Die 1 : 1-Ent­ sprechung zwischen den Darstellungen in den Fig. 2 und 3 ist ohne weiteres zu erkennen, und die Gesamtfunk­ tionen dieser beiden Darstellungen sind gleich.

Gemäß Fig. 3 ist weiter eine Initialisierungsschaltung, die eine Reihenanordnung aus einem Schalter 115 und ei­ nem Widerstand 117 enthält, zu dem Widerstand 114 des Blockes 82 parallel geschaltet. Wenn das Walzgut am Anfang in den Walzspalt des Walzgerüstes gelangt (was z. B. durch das Kraftsignal F_s abgefühlt wird, das auf irgendeinen besonderen Wert ansteigt), wird der Schalter 15 vorübergehend geschlossen. Das dient dem Zweck, den Eingangswiderstand an dem invertierenden Eingang des Verstärkers 116 und damit die Zeitkonstante des Integrierfunktionsblockes 82 zu verringern. Diese Zeitkonstante könnte beispielshalber auf 50 ms ver­ ringert werden. Die Ausgangssignale des Verstärkers 108 auf der Leitung 86 werden, als eine Initialisierung, schnell auf denselben Wert gebracht. Nach einer kur­ zen Zeitspanne, z. B. von 55 ms, wird der Schalter 115 geöffnet, und der Betrieb beginnt wie oben beschrieben.

Die Erfindung kann wie erwähnt in analoger Form imple­ mentiert werden, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, oder in digitaler Form unter Verwendung eines einfachen Mikroprozessors unter Verwendung der Funktionsbeschrei­ bung der Anordnung nach Fig. 2.

Claims (3)

1. Verfahren zur Dickenregelung von Walzgut in einem Walzgerüst mit einem Ständer, der die Arbeitswalzen zum Verringern der Dicke von zwischen ihnen hindurchgeführtem Walzgut trägt, wobei
ein Kraftsignal erzeugt wird, das die Kraft darstellt, die durch das Vorhandensein des Walzguts zwischen den Arbeitswalzen verursacht wird und ein Dickenregler auf ein Steuersignal hin die Walzenspalt-Stellvorrichtung zum Einstellen des Walzenspalts steuert,
ein Dehnungsmeßsignal erzeugt wird, das die Dehnungskräfte darstellt, welche in dem Walzgerüstständer durch das Vor­ handensein von Walzgut zwischen den Arbeitswalzen erzeugt werden, und
das Kraftsignal und das Dehnungsmeßsignal verknüpft werden zur Bildung des Steuersignals,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Differenz zwischen dem Steuersignal und dem Kraftsignal integriert wird, um ein Integralsignal zu bilden, das mit dem Dehnungsmeßsignal verknüpft wird, um das Steuersignal zu bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Übergangsfunktion Z= verwendet wird, wobei S der Laplace-Transformationsoperator und K eine Konstante ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für K ein Wert in dem Bereich von 0,1 bis 0,03 verwendet wird.