DE4229323A1

DE4229323A1 - Drehzahlregelung der Gerüste einer Warmwalzstraße

Info

Publication number: DE4229323A1
Application number: DE19924229323
Authority: DE
Inventors: Friedrich Droege; Randolf Pillat; Horst Joostema
Original assignee: Thyssen Edelstahlwerke AG
Current assignee: Thyssen Stahl AG
Priority date: 1992-09-02
Filing date: 1992-09-02
Publication date: 1994-03-10

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Anpassung der Drehzahlen vorhergehender Walzgerüste einer kontinuierlichen Warmwalzstraße insbesondere zur Herstellung von Stahldraht und Stabstahl, beim Auftreten eines Drehzahleinbruchs während des Anstichs in einem Walzgerüst.

Jeder Anstich in einem Walzgerüst hat einen Drehzahleinbruch zur Folge, der von der Antriebsregelung so schnell wie möglich ausgeregelt werden muß. Unter dem Begriff "Drehzahleinbruch" versteht man die Differenz zwischen dem normierten Drehzahl-Sollwert eines Walzgerüsts und seinem normierten Drehzahl-Istwert. Diese Differenz ist beim Anstich besonders groß, weil die Walzen durch den Anstich abgebremst werden. Der Drehzahleinbruch ist vom Werkstoff, von der Temperatur, der Walzgeschwindigkeit und von der Abnahme des jeweiligen Walzgerüstes abhängig.

Während eines Drehzahleinbruchs kommt es vor dem betreffenden Walzgerüst zu einem Materialstau. Wo Schlingenregelungen in Betrieb sind, wird der Drehzahleinbruch von der Schlingenregelung abgefangen. Ist eine Schlingenregelung zwischen aufeinanderfolgenden Walzgerüsten nicht vorgesehen oder nicht möglich, muß der Steuermann den Drehzahleinbruch von Hand ausregeln, d. h., den beim Anstich abgesunkenen Drehzahl-Istwert auf den Drehzahl-Sollwert anheben.

Dieses Ausregeln von Hand erfordert einmal höchste Konzentration, ist aber andererseits in der nur sehr kurzen zur Verfügung stehenden Zeit praktisch nicht optimal durchzuführen. Durch den infolge des Drehzahleinbruchs auf das Walzgut ausgeübten Druck oder Zug entstehen Maßungenauigkeiten, welche die Maßhaltigkeit der ganzen Walzader erheblich beeinträchtigen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Regelverfahren zu schaffen, welches eine Optimierung bei einem Drehzahleinbruch gewährleistet.

Bekannte Verfahren zur Drehzahlregelung von Walzgerüsten lösen diese Aufgabe nicht. So ist z. B. aus der DE-OS 14 27 926 ein Verfahren zum Vermeiden von kopfseitigen Anwalzungen des Walzgutes in kontinuierlichen Profil- und Mitteleisenwalzstraßen bekannt, bei dem die Drehzahl der Walzen vor dem Anstich oberhalb der beim eigentlichen Walzvorgang angegebenen Drehzahl liegt. Vom Zeitpunkt des Anstichs an wird die erhöhte Drehzahl auf die normale Walzendrehzahl heruntergeregelt.

Bei der aus der DE-OS 14 52 051 bekannten Regelung von zwei oder mehr Walzgerüsten zur Veränderung des Füllquerschnittes der Kaliber durch Verändern der Drehzahl der Walzen des folgenden Gerüstes gegenüber der Drehzahl der Walzen des einen Gerüsts wird der Differenzwert aus dem Vergleich von Sollgeschwindigkeit und Istgeschwindigkeit des Walzgutes hinter jedem Gerüst als Regelgröße dem Antrieb des folgenden Gerüstes vorgegeben.

Gemäß der Lehre der DE-OS 17 52 184 ist bei einer Drehzahlregeleinrichtung für die Antriebe der Walzen aller Walzgerüste in einer kontinuierlichen Walzenstraße für jeden Antrieb ein Drehzahlregler vorgesehen, der die Drehzahl des Antriebes in Abhängigkeit von der Impulsfolgefrequenz ihm zugeführter Impulse ändert. Jeder Drehzahlregler arbeitet mit einem Impulsfolgefrequenzwandler zusammen. Für jeden Antrieb ist ein Drehzahl-Sollwertregister vorgesehen, das den zugehörigen Impulsfolgefrequenzwandler in Abhängigkeit von der Solldrehzahl steuert. Ein einziger Impulsgenerator ist an alle Impulsfolgefrequenzwandler angeschlossen. Weiterhin ist eine Vorrichtung vorgesehen, die veranlaßt, daß sich die Drehzahl aller Antriebe proportional ändert, so daß die Zugspannung des Walzgutes zwischen den Walzgerüsten konstant bleibt.

Gemäß der DE-OS 24 13 492 wird bei einem Verfahren zur gegenseitigen Abstimmung der Antriebsdrehzahlen von aufeinanderfolgenden Gerüsten einer kontinuierlichen Walzstraße mit Einzelantrieben die jeweils von einem Drehzahlregelkreis mit einem unterlagerten Momentenregelkreis auf einen Drehzahl-Sollwert geregelt. Beim Anstich eines Gerüstes wird die Änderung des Antriebsmomentes am vorhergehenden Gerüst erfaßt, der Drehzahlregelkreis des anstechenden Gerüstes wird aufgetrennt und dem unterlagerten Momentenregelkreis wird ein künstlicher Momentensollkreis aufgeschaltet, der aus einem Vorgabewert und einem aus der Änderung des Antriebsmomentes am vorhergehenden Gerüst abgeleiteten Korrekturwert gebildet wird. Nach einer vorbestimmten Zeitspanne wird dem Drehzahlregelkreis der Momentanwert der Antriebsdrehzahl als verbesserter Drehzahl-Sollwert vorgegeben, und der Drehzahlregelkreis wird stoßfrei geschlossen.

Weitere ähnliche Verfahren zur Drehzahlregelung an Walzgerüsten einer kontinuierlichen WarmwalzstraI3e sind aus den DE-OS 30 06 720, 40 40 360 und den EP-A-0 372 439 und 0 348 777 bekannt.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß die Drehzahlregelung nach dem Anspruch vorgeschlagen.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme ergeben sich folgende Vorteile:

1. Maßungenauigkeiten durch Druck- oder Zugverhältnisse entfallen;
2. Oberflächenbeschädigungen infolge Materialstau oder Zug auf das Walzgut entfallen;
3. ein Nachregeln von Hand entfällt, was zu einer Produktionssteigerung führt;
4. weniger Ausschuß;
5. kürzere Einfahrzeiten bei Programm- und Qualitätswechsel;
6. einfachere Bedienung durch den Steuermann;
7. Minderung des Verschleißes an den Walzen der Walzgerüste.

Besonders wertvoll ist die Erfindung für Drahtfeinstraßen mit großem Qualitätsspektrum und engen Maßtoleranzen.

Die erfindungsgemäße Maßnahme, den Drehzahleinbruch als Regelgröße zu verwenden, wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 in einem Diagramm der Walzgeschwindigkeit über der Zeit grafisch einen Drehzahleinbruch,

Fig. 2 eine Warmwalzstraße mit drei Walzgerüsten,

Fig. 3 eine grafische Darstellung der Messung der Drehzahl an den verschiedenen Gerüsten einer 6gerüstigen Warmwalzstraße ohne Drehzahleinbruch-Optimierung und

Fig. 4 eine grafische Darstellung der Drehzahlen an 6 Walzgerüsten einer Warmwalzstraße mit Drehzahleinbruch-Optimierung.

Beim Anstich an einem Walzgerüst tritt gemäß Fig. 1 ein Drehzahleinbruch auf, d. h., die Walzgeschwindigkeit sinkt von v1 auf v2 ab. Innerhalb von 1 s wird v2 auf v1 angehoben.

Ohne Drehzahleinbruch-Optimierung erfolgt durch den Drehzahleinbruch beim Anstich an einem Walzgerüst an der davor liegenden Walzader ein Materialstau. Dieser kann nach dem folgenden Berechnungsbeispiel eine Länge von 120 mm haben:

Berechnungsbeispiel

v1 = d · π · n · i

d = Walzendurchmesser (400 mm)
π = 3,14
n = 5 s
i = Übersetzung Motorgetriebe (1 : 2,614)
v1 = 400 · 3,14 · 5 · 1 : 2,614
v1 = 2401 mm/s

Bei einem Drehzahleinbruch von 10% von v1 ist v2 = 90% v1 = 2162 mm/s.

Die Materialstaulänge ist

l = (v1-v2) · t · 0,5
mit t - Einbruchdauer (1 s)
l = (2402-2162) · 1 · 0,5
l = 120 mm.

In Fig. 2 sind drei Walzgerüste dargestellt. Der normierte Drehzahl-Sollwert von Gerüst 2 (WN 2) wird vom normierten Drehzahl-Istwert (XN 2) subtrahiert, um die Abweichung zwischen Soll- und Istwert zu erfassen (Drehzahleinbruch). Diese Abweichung wird mit dem Drehzahl-Sollwert (WN 2) dividiert, um den prozentualen Wert der Regelabweichung zu erfassen. Dieser prozentuale Wert steht jetzt einem Umschalter zur Verfügung. Mittels einer Materialflußverfolgung wird der ankommende Stab im Gerüst 2 erkannt und schaltet den Umschalter für die Zeit des Drehzahleinbruchs um. Die prozentuale Regelabweichung von Gerüst 2 wird während der Umschaltdauer mit dem Sollwert von Gerüst 1 dem Sollwert von Gerüst 1 addiert. So erhält Gerüst 1 die anteilmäßige Drehzahlabweichung von Gerüst 2.

Sticht der Stab in Gerüst 3 an, so schaltet der Umschalter 2 um und liefert den prozentualen Drehzahleinbruch von Gerüst 3 nach Gerüst 2 und Gerüst 1. Die Umschalter schalten nur für die Dauer des Drehzahleinbruchs. Diese Vorgänge wiederholen sich bis zu den Gerüsten mit Schlingenregelung.

Berechnungsbeispiel zu Fig. 2

Gerüst 1 läuft mit 150 U/min
Gerüst 2 läuft mit 300 U/min
Gerüst 2 bekommt beim Anstich einen Drehzahleinbruch von 5% = 15 U/min.

Drehzahländerung von Gerüst 1

[(XN 2 - WN 2) / WN 2] × WN 1
= [(285 U/min - 300 U/min) / 300 U/min] × 150 U/min
= - 7,5 U/min
Gerüst 1 hat prozentual den gleichen Drehzahleinbruch von 5% = 7,5 U/min.

Um diese Rechenvorgänge und Schaltvorgänge zeitecht zu realisieren, ist die gesamte elektrische Anlage mit einer schnellen DDC-Technik aufgebaut (Digital Direct Control).

In Fig. 3 sind grafisch Drehzahlmessungen ohne Drehzahleinbruch-Optimierung dargestellt.

Kanalbewegung:
Kanal 1 = Drehzahl-Istwert von Gerüst 1 (XN Gerüst 1)
Kanal 2 = Drehzahl-Istwert von Gerüst 2 (XN Gerüst 2)
Kanal 3 = Drehzahl-Istwert von Gerüst 3 (XN Gerüst 3)
Kanal 4 = Drehzahl-Istwert von Gerüst 4 (XN Gerüst 4)
Kanal 5 = Drehzahl-Istwert von Gerüst 5 (XN Gerüst 5)
Kanal 6 = Drehzahl-Istwert von Gerüst 6 (XN Gerüst 6)
Kanal 7 = nicht belegt
Kanal 8 = nicht belegt
Auflösung = 5 V/20 cm
Papiervorschub = 5 mm/s
Normierung = 10 V entspricht 600 U/min.

Von links nach rechts in Fig. 3 ergibt sich:

In Gerüst 1 ist ein Drehzahleinbruch beim Anstich des Walzgutes erkennbar. Kurze Zeit später sticht das Walzgut in Gerüst 2 an und es erfolgt wieder ein Drehzahleinbruch. Dieser Drehzahleinbruch wird nicht an Gerüst 1 weitergegeben. Es entsteht ein Materialstau vor Gerüst 2. Bei den nächsten Anstichen in den Gerüsten 3, 4, 5 und 6 ist das gleiche Drehzahlverhalten festzustellen. Gerüst 1 hat ca. einen Drehzahleinbruch von 15 U/min (1 cm entspricht 0,25 Volt).

In Fig. 4 sind Drehzahlmessungen mit Drehzahleinbruch- Optimierung grafisch dargestellt.

Von links nach rechts in Fig. 4 ergibt sich:

In Gerüst 1 ist ein Drehzahleinbruch beim Anstich des Walzgutes erkennbar. Der Drehzahleinbruch ist 15 U/min (1 cm entspricht 0,25 V).

Kurze Zeit später sticht das Walzgut in Gerüst 2 an, und es erfolgt wieder ein Drehzahleinbruch. Dieser Drehzahlabfall und die Erholungszeit werden prozentual über den Sollwert an Gerüst 1 weitergegeben. Dadurch bleibt das Geschwindigkeitsverhältnis zwischen Gerüst 1 und 2 erhalten, und es entsteht kein Materialstau vor Gerüst 2. Bei den nächsten Anstichen in den Gerüsten 3, 4, 5 und 6 wird das Drehzahlverhalten der Vorgerüste entsprechend geregelt.

Claims

Verfahren zur automatischen Anpassung der Drehzahlen vorhergehender Walzgerüste einer kontinuierlichen Warmwalzstraße, insbesondere zur Herstellung von Stahldraht und Stabstahl, beim Auftreten eines Drehzahleinbruchs während des Anstichs in einem Walzgerüst, dadurch gekennzeichnet, daß beim Anstich an einem Walzgerüst der normierte Drehzahl- Sollwert dieses Gerüstes vom normierten Drehzahl-Istwert dieses Gerüstes subtrahiert, der so gebildete Differenzbetrag durch den Drehzahl-Sollwert dividiert und der so gebildete Prozentwert einem Umschalter zur Verfügung gestellt wird, der ihn während der bis zum Ausgleich des Drehzahleinbruchs währenden Umschaltdauer den Vorgerüsten zur entsprechenden Drehzahlanpassung dieser Vorgerüste zur Verfügung stellt.