DE3810292A1 - Einrichtung zur regelung eines lichtbogenofens durch hydraulische hoehenverstellung der elektrode - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung eines Lichtbogenofens durch hydraulische Höhenverstellung der Elektrode mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmalen.

Beim Inbetriebsetzen eines Lichtbogenofens kann der Licht­ bogen erst dann gezündet werden, wenn die Elektrode auf leitendes, zu schmelzendes Material aufsetzt. Ist für den Antrieb der Elektrode ein hydraulischer Zylinder vorge­ sehen oder erfolgt der Antrieb über eine Seilwinde, so ist die Elektrode beim Aufsetzen nicht mehr abgestützt. Dies ist ein erheblicher Nachteil, weil die Elektrode nachsinken kann, also eine unkontrollierte Bewegung aus­ führt. Die Folge davon ist die Gefahr von Überstrom, Kurzschluß oder Bruch der Elektrode.

Zur Vermeidung dieses Nachteils ist es bei einer von einem hydraulischen Zylinder betätigten Elektrode bekannt (DE-PS 32 42 934), vor dem Inbetriebsetzen das Elektroden­ gewicht zu erfassen, indem der statische Druck im Zylinder gemessen wird, der erforderlich ist, um die Elektrode zu halten. Diese vom Elektrodengewicht abhängige Meßgröße wird dem Regelkreis für die Elektrodengeschwindigkeit aufgeschaltet, so daß das Absinken der Elektrode mit einer auf das Elektrodengewicht abgestimmten Geschwindigkeit erfolgt. Ferner wird über eine druckabhängige Rückführ­ größe die Elektrode von dem Zylinder hydraulisch abge­ stützt, so daß die Elektrode beim Aufsetzen nicht nach­ sacken kann.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, den Aufwand für eine derartige Elektrodenregelung zu ver­ mindern und die Einrichtung derart auszubilden, daß sie allgemein verwendungsfähig ist, somit auch für andere An­ triebe als für einen hydraulischen Zylinder, nämlich insbesondere für einen Windenantrieb geeignet ist.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird zunächst das Elektrodengewicht ge­ messen und aus dieser Meßgröße in einem Nullabgleich ein Nullsignal gebildet. Die zum Erzeugen des Nullsignals ermittelte Meßgröße wird für den weiteren Regelvorgang nach Vornahme des Nullabgleichs gespeichert. Ändert sich nunmehr beim Aufsetzen der Elektrode auf das Schmelzgut die Meßgröße, so wird durch Vergleich mit der gespeicher­ ten Meßgröße ein Korrektursignal erzeugt, das dem Soll­ werteingang des Geschwindigkeitsregelkreises zugeführt wird, um die Geschwindigkeit anzupassen bzw. die Elektrode stillzusetzen bzw. anzuheben. Erfindungsgemäß wird somit laufend das Gewicht der Elektrode ermittelt und mit einem anfänglich gespeicherten Wert verglichen. Der gespeicherte Wert kann stets durch Vornahme eines Nullabgleiches durch einen neuen, dem jeweiligen Elektrodengewicht entspre­ chenden Meßwert ersetzt werden. Dies läßt sich im laufen­ den Betrieb des Lichtbogenofens durchführen, um den Elektrodenabbrand zu berücksichtigen oder auch vor Inbe­ triebsetzen des Ofens.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß ist der Abgleichschaltung, an deren Aus­ gang das Null- bzw. Korrektursignal erscheint, ein Schwell­ wertbildner nachgeschaltet, in dem das Korrektursignal mit einem Schwellwert verglichen wird. Eine Korrektur des Sollwertes für die Elektrodengeschwindigkeit erfolgt somit nur, wenn ein bestimmter Schwellwert überschritten wird.

Ferner kann der Verlauf des Korrektursignals in einem Funktionsbildner bestimmt werden, so daß die Geschwindig­ keitsvorgabe je nach Erfordernis schnell bzw. langsam geändert werden kann.

Ferner weist der Regelkreis in vorteilhafter Weise einen P-Regler in Kombination mit einem Integrierglied auf, um die Regelgenauigkeit der Elektrode zu vergrößern. Vorzugsweise ist als Integrierglied ein von einem Motor verstellbares Potentiometer vorgesehen. Die Ansprech­ schwelle zum Anlaufen des Motors, der an den Ausgang des P-Reglers geschaltet ist, läßt sich so einstellen, daß bei von kleinen Laständerungen sowie auch von Störungen im Drehzahlregelkreis selbst auftretenden Signaländerun­ gen ein völliger Stillstand des Antriebes erzielbar ist.

Ergänzt wird die Drehzahlregelung durch einen Positions­ regelkreis für die Hubverstellung der antreibenden hydro­ statischen Maschine sowie durch einen zusätzlichen Posi­ tionsregelkreis für den Ventilhub des die Hubverstellung steuernden Ventils.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an­ hand der einzigen Figur der Zeichnung näher erläutert, in der der prinzipielle Aufbau der Elektrodenregelung darge­ stellt ist.

Der Antrieb einer Elektrode 1 für einen nicht dargestell­ ten Lichtbogenofen erfolgt durch eine hydrostatische Maschine 2, die an ein nicht dargestelltes Drucknetz mit eingeprägtem Druck angeschlossen ist. Die hydrostatische Maschine 2 ist über ein Getriebe 3 mit einer Seiltrommel 4 verbunden. Das zur Elektrode 1 führende Seil 5 läuft über eine Umlenkrolle 6, an der eine Kraftmeßeinrichtung ange­ ordnet ist, mit der das Gewicht der Elektrode laufend ermittelt wird und als Meßgröße auf einer Leitung 8 er­ scheint.

Die hydrostatische Maschine 2 hat ein veränderliches Förder- bzw. Schluckvolumen und ist mit einer Hubverstellung ver­ sehen, deren Stellzylinder 10 über ein Proportionalventil 12 mit einer Druckquelle P bzw. mit einem Tank T verbind­ bar ist. Die Maschine 2 kann als Motor oder Pumpe arbeiten, je nachdem ob die Elektrode 1 angehoben wird oder abge­ senkt werden soll. Beim Anheben arbeitet die Maschine als Motor und entnimmt Druckmittel aus dem nicht dargestellten Drucknetz. Beim Absenken der Elektrode wird die Maschine 2 angetrieben und fördert als Pumpe wirkend Arbeitsmittel aus einem Tank in das Drucknetz zurück.

Zur Überwachung der Hubverstellung der Maschine 2 ist ein Positionsregelkreis vorgesehen, der aus einem Wegaufnehmer 15, einem Verstärker 16 und einem PD-Regler 18 besteht.

Ferner ist zur Überwachung des Hubes des Ventils 12 ein Positionsregelkreis vorgesehen, der aus einem Wegaufnehmer 19 am Ventil 12, einem Verstärker 20 und einem Leistungs­ verstärker 21 besteht, der an den Ausgang des Reglers 18 geschaltet ist und der die Wicklung des Proportional­ ventils 12 ansteuert.

Ein Drehzahlregelkreis für die Geschwindigkeitsregelung der Elektrode 1 besteht aus einem P-Regler 25, einer Summierstufe 26 zum Summieren der Ausgangsgröße des P- Reglers 25 und der am Abgriff 27 eines Potentiometers 28 eingestellten Spannung eines Integriergliedes 30, bei dem der Abgriff 27 über ein Getriebe 31 von einem Gleichstrom­ motor 32 verstellt wird, der vom Ausgang des P-Reglers 25 gespeist wird. Das Summensignal der Summierstufe 26 wird an den Sollwerteingang des PD-Positionsreglers 18 geführt.

Der P-Regler 25 erhält den Istwert der Drehzahl der Ma­ schine 2 über einen mit der Maschine 2 gekuppelten Tacho­ generator 35 sowie einen Verstärker 36. Der Sollwertein­ gang des P-Reglers 25 ist an eine Summierstufe 38 ange­ schlossen, an die der extern vorgegebene Sollwert für die Elektrodengeschwindigkeit über einen Schalter 39 sowie ein Korrektursignal auf einer Leitung 40 geführt sind.

Zum Erzeugen des Korrektursignals ist eine Abgleichschal­ tung 42 vorgesehen, die einen Verstärker 43 und eine Summierstufe 44 aufweist, deren erster Eingang mit dem Ausgang des Verstärkers 43 und damit mit der Meßgröße für das Elektrodengewicht belegt ist, während der zweite Eingang der Summierstufe 44 an einen digitalen Speicher 45 angeschlossen ist, der über einen Inverter 46 mit dem Ausgang des Verstärkers 43 verbunden ist. Über einen Schalter 47 kann der Speicher 45 angesteuert werden, um einen neuen Wert zu speichern.

An die Abgleichschaltung 42 ist eine Vergleichsstufe 50 geschaltet, in der der Ausgang der Summierstufe 44 mit einem an einem Potentiometer 51 eingestellten Schwell­ wert verglichen wird. Der Ausgang des Vergleichers 50 ist mit einem Funktionsbildner 52 verbunden.

Die Wirkungsweise der Einrichtung ist wie folgt: Vor dem Inbetriebsetzen des Lichtbogenofens wird die Meßgröße für das Elektrodengewicht auf der Leitung 8 in dem Inverter 46 der Abgleichsschaltung 42 invertiert und bei Betätigung des Schalters 47 in den Speicher 45 eingespeichert. Die beiden Eingänge der Summierstufe 44 sind somit von dem positiiven Meßsignal und dem gleich großen, aber inver­ tierten und gespeicherten Meßsignal belegt, so daß am Ausgang der Summierstufe 44 ein Nullsignal erscheint. Damit ist der Nullabgleich durchgeführt. Solange also die Elektrode 1 das während des Nullabgleiches ermittelte Gewicht aufweist, bleibt das Nullsignal erhalten und wird der Geschwindigkeitsregelkreis nicht beeinflußt.

Der Sollwert für die Geschwindigkeit wird extern über den Schalter 39 vorgegeben. So kann eine Geschwindigkeit zum Absenken der Elektrode für das Inbetriebsetzen sowie auf automatische Geschwindigkeitsregelung zum Einregeln eines konstanten Lichtbogenstroms umgeschaltet werden. Die Drehzahl des Antriebes 2 wird vom Tachogenerator 35 erfaßt und dem Istwerteingang des P-Reglers 25 zugeführt. Die Stellgröße des P-Reglers 25 gelangt über die Summier­ stufe 26 zum Positionsregler 18. Um die Regelabweichungen des P-Reglers auszugleichen ist das Integrierglied 30 vorgesehen. Die Ansprechschwelle für den Gleichstrommotor 32 läßt sich so einstellen, daß ein völliger Stillstand der Maschine 2 erzielbar ist, ohne daß an ihr von kon­ stanten Störgrößen herrührende Korrekturbewegungen auftreten.

Die Kombination des Motors 32 und des Potentiometers 28 weist ein integrierendes Verhalten auf, da sich die Spannung am Abgriff 27 stetig ändert, solange der Motor 32 läuft. Die Empfindlichkeit des Integriergliedes läßt sich entsprechend der Ansprechschwelle des Motors zum Anlaufen einstellen. Insbesondere wird die Ansprech­ schwelle nur so hochgesetzt,daß der Motor bei Störungen, die im Drehzahlregelkreis selbst auftreten, sofort reagiert, so daß ein völliger Stillstand des Antriebes erzielt wird. Somit kann die Maschine 2 ohne andere Hilfsmittel, wie z.B. bei einer im Stillstand einfallenden Bremse, über einen längeren Zeitraum hinweg stillgesetzt werden. Die Elektrode 1 wird somit bei Vorgabe der Drehzahl Null festgehalten.

Aus der Summierstufe 26 gelangt das Stellsignal zum Posi­ tionsregler 18, in dem der Schwenkwinkel des Antriebes 2 mit dem ankommenden Sollwert der Stellgröße verglichen wird. Der Ausgang des Positionsreglers 18 ist an den Leistungsverstärker 21 geschaltet. Hier ist ein weiterer Positionsregelkreis vorhanden, um das Servoventil 12 über die Rückführung seines Ventilhubes genau zu führen.

Wird nach Vornahme des Nullabgleiches die Elektrode 1 abgesenkt und setzt auf das Schmelzgut auf, so ändert sich die Meßgröße 8 und die Summierstufe 44 erzeugt ein Differenzsignal aus dem laufenden Meßwert des Gewichtes und der gespeicherten Größe. Der Nullabgleich ist somit gestört und am Ausgang der Summierstufe 44 tritt ein Korrektursignal auf, das in der Vergleichsstufe 50 mit dem eingestellten Schwellwert verglichen wird. Wird der Schwellwert überschritten, so steuert die Vergleichsstufe 50 durch und gibt das Ausgangssignal an den Funktions­ bildnern 52 weiter. In diesem wird das Signal in seinem zeitlichen Verlauf angepaßt. Das Ausgangssignal gelangt über die Leitung 40 an die Summierstufe 38 und ändert dort den anstehenden Geschwindigkeitssollwert. Beim Auf­ setzen der Elektrode auf das Schmelzgut wird somit die Elektrode sofort stillgesetzt bzw. angehoben.

Auch während des Betriebes kann ein erneuter Nullabgleich durch Betätigung des Schalters 47 erfolgen, um eine Meß­ größe für das Gewicht der Elektrode neu einzuspeichern. Damit kann der Abbrand der Elektrode während des Betrie­ bes berücksichtigt werden.

Claims (15)

1. Einrichtung zur Regelung eines Lichtbogenofens durch hydraulische Höhenverstellung der Elektrode mit einem Antrieb, mit einem elektronischen Regelkreis zur Geschwindigkeitsregelung der Elektrode und mit einer dem Regelkreis aufgeschalteten Einrichtung zur Änderung der Geschwindigkeit abhängig vom Elektrodengewicht, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ein­ richtung (7) zum Messen des Elektrodengewichtes vorge­ sehen ist, daß zwischen der Meßeinrichtung und dem Soll­ werteingang des Reglers (25) eine Abgleichschaltung (42) geschaltet ist, in der ein Nullabgleich durchführbar ist, in dem für eine aus einer Messung des Elektroden­ gewichts stammende Meßgröße ein Nullsignal gebildet wird und von der bei Abweichungen des Elektrodengewichts gegenüber der beim Nullabgleich ermittelten Meßgröße ein Korrektursignal erzeugt wird, mit dem der Sollwert für die Geschwindigkeit veränderbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an die Abgleichsschaltung (42) eine Vergleichsstufe (50) angeschlossen ist, in der das Korrektursignal der Abgleichsschaltung mit einem Schwellwert (Poti 51) verglichen wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Verlauf des Korrektur­ signals in einem Funktionsbilder (52) umformbar ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrek­ tursignal und der Sollwert für die Geschwindigkeit in einer Summierstufe (38) zusammengeführt werden, an deren Ausgang der Regler (25) angeschlossen ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abgleichsschaltung (42) zur Bildung des Nullsignals die Meßgröße und der invertierte Wert der Meßgröße summiert und die invertierte Meßgröße gespeichert wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abgleichsschaltung (42) einen Schaltungszweig mit einem Inverter (46) und einem Speicher (45) aufweist und zur Bildung des Null- bzw. Korrektursignals eine Summierstufe (44) vorgesehen ist, deren erster Eingang an die Meßvorrichtung (7) und deren zweiter Eingang an den Speicher (45) angeschlossen ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Speicherinhalt für den Nullabgleich bei Betätigung eines Schalters (47) veränderbar ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler für die Geschwindigkeit einen P-Regler (25) und ein Integrierglied (30) aufweist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Summierstufe (26) vorgesehen ist, in der der Ausgang des P-Reglers (25) und des Integriergliedes (30) zusammengeführt sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Integrierglied (30) aus einem Motor (32) und einem Potentiometer (28) besteht, dessen Abgriff (27) mittels des Motors verstell­ bar ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ansprechschwelle zum Anlaugen des Motors (32) bei einer durch das Regelver­ halten des hydrostatischen Antriebes bedingten Störung zum Einschalten der Nulldrehzahl nicht überschritten wird.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß für den hydraulischen Antrieb eine an ein Drucknetz mit einge­ prägtem Druck angeschlossene hydrostatische Maschine (2) mit verstellbarem Volumen vorgesehen ist und die Volumen­ verstellung über ein Ventil (12) erfolgt, das von dem Regler (25) angesteuert wird.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Positionsregelkreis (15, 16, 18) für die Schwenkwinkelverstellung der Maschine (2) vorgesehen ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Positionsregel­ kreis (19, 20, 21) für den Ventilhub vorgesehen ist.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß­ vorrichtung (7) für das Elektrodengewicht an einer Umlenk­ rolle (6) für das von einer Seiltrommel (4) zur Elektrode (1) führende Seil (5) angeordnet ist.