DE4232685A1 - Vorrichtung zum Regeln der Drehzahlen der Walzen eines Walzwerkes - Google Patents

Description

Es ist bekannt, in Walzwerken für Bleche, Bänder oder Drähte zumindest zwischen einem Teil der Walzgerüste das Walzgut in Schlingen zu führen, die als Materialpuffer bei Drehzahländerungen dienen. Trotz der unterschiedlichen z. B. durch Temperaturänderungen bedingten Eigenschaften des Walzgutes am Eingang einer Walzstraße soll es am Aus­ gang in der gewünschten Form mit möglichst vorgegebener Geschwindigkeit austreten. Um dies zu erreichen, werden u. a. die Drehzahlen der Walzen entsprechend den jeweili­ gen Erfordernissen eingestellt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Regeln der Drehzahlen der Walzen anzugeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Als Maß für die Länge des Walzgutes zwischen den Walzen bzw. für die Schlingenverlängerung dient zweckmäßig die Schlingenhöhe. Vorteilhaft ist das letzte Gerüst einer Walzstraße, das Ausgangsgerüst, das Leitgerüst, dessen Drehzahl die Ausgabegeschwindigkeit des Walzgutes bestimmt und daher konstant sein soll. Geregelt werden dann die jeweils in Walzrichtung vor der Schlinge liegenden Gerüste.

Anhand der Zeichnung werden im folgenden die Erfindung sowie Weiterbildungen und Ergänzungen näher beschrieben und erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Walzwerkregelung,

Fig. 2 eine Anordnung zum Bilden des Drehzahl-Sollwertes eines Walzgerüstes,

Fig. 3 die Regelung von Sollwertspeichern.

In Fig. 1 sind mit A1, A2, A3 . . . A6 Walzgerüste bezeichnet, in denen ein aus einem Ofen kommendes Walz­ gut geformt wird. Das letzte Walzgerüst A6 dient als Leit­ gerüst, dessen Drehzahl entsprechend der Austrittsge­ schwindigkeit des Walzgutes vorgegeben ist. Die Antriebe der Gerüste sind geregelt, so daß ihnen zur Einstellung der Drehzahlen Sollwerte von Regelbausteinen RB1, RB2 . . . RB6 zugeführt sind. Diese können Programmbausteine sein, die in der Darstellung nach Fig. 1 jeweils einen Minimal­ zugregler MZR1, MZR2 . . . MZR6 und einen Schlingenregler SLR1, SLR2 . . . SLR6 enthalten. Ein zentraler Baustein ZB enthält eine Materialpositionsverfolgung ABL, welche die Position des Walzgutes feststellt und den Reglerbausteinen RB1 . . RB6 mitteilt, sowie eine Sollwertvorgabe, die u. a. Sollwertspeicher enthält, die den einzelnen Walz­ gerüsten zugeordnet sind, so daß die Sollwertvorgabe SOL zumindest teilweise auch auf die einzelnen Regelbausteine RB1, RB2 . . . RB6 verteilt sein könnte. Die Sollwertvorgabe führt den Regelbausteinen RB1, RB2 . . . RB6 Vorgabe-Soll­ werte zu, die von den Schlingenreglern SLR1 . . . SLR5 oder den Minimalzugreglern MZR1 . . . MZR5 korrigiert werden. Im Reglerbaustein RB6 sind der Minimalzugregler MZR6 und der Schlingenregler SLR6 unwirksam, da die Drehzahl des Walz­ gerüstes A6 allein durch den von der Sollwertvorgabe SOL gegebenen Sollwert bestimmt sein soll. Im Ausführungsbei­ spiel verläuft das Walzgut zwischen den Gerüsten A3, A4, A5 und A6 nicht gerade, sondern es hängt durch oder wölbt sich auf, bildet also zwischen je zwei Walzgerüsten eine Schlinge. Schlingenhöhengeber S1, S2, S3 ermitteln die Höhen dieser Schlingen und führen den Schlingenhöhen ent­ sprechende Signale den Schlingenreglern SLR3, SLR4, SLR5 zu. Diese stellen die Drehzahlen der Gerüste A3, A4, A5 so ein, daß die Schlingenhöhen konstant bleiben. Es ist zu beachten, daß im Normalfalle die Schlingenhöhen jeweils durch Einwirkung auf das in Walzrichtung vor der Schlinge befindliche Gerüst konstant gehalten werden.

Die Minimalzugregler MZR3, MZR4, MZR5 sind unwirksam, da die zugehörigen Schlingenregler in Betrieb sind. Dagegen sind die Minimalzugregler MZR1, MZR2 der Reglerbausteine RB1, RB2, die den in Walzrichtung den ersten Walzgerüsten A1, A2 zugeordnet sind, freigegeben, nicht dagegen die zugehörigen Schlingenregler SLR1, SLR2.

Während im Ausführungsbeispiel das letzte Gerüst A6 als Leitgerüst dient, ist es bei mehradrigen Straßen zweck­ mäßig, zunächst das letzte im mehradrigen Bereich liegende Gerüst als Leitgerüst zu verwenden. Die im einadrigen Bereich liegenden Schlingenregler wirken dann in Richtung Auslauf. Dies gilt aber nur so lange, wie Materialkontakt mit dem mehradrigen Bereich besteht. Sobald das betrach­ tete Walzgut den mehradrigen Bereich verläßt, wird für die betreffende Ader das Austrittsgerüst, das ist das letzte Gerüst im einadrigen Bereich, zum Leitgerüst, und es wird die Wirkungsrichtung der in dieser Ader arbeitenden Schlingenregler in Richtung Ofen umgeschaltet. Ein durch das Einziehen der Schlingen bedingtes Ansteigen der Aus­ trittsgeschwindigkeit wird dadurch vermieden.

Zur Ermittlung des Drehzahl-Sollwertes für ein Walzgerüst arbeiten fünf Einheiten zusammen. Die Positionsverfol­ gungseinheit ABL meldet die Walzstraßenbelegung der Mini­ malzugregelung MZR, der Sollwertvorgabe SOL und dem Schlingenregler SLR. Die Ausgabewerte der drei letzt­ genannten Einheiten werden in einer Sollwertausgabe SAS zusammengefaßt und an den Gerüstantrieb weitergegeben.

Fig. 2 zeigt Einzelheiten des Aufbaus und der Ver­ knüpfung dieser fünf Einheiten. Zu Beginn eines neuen Walzprogramms bzw. einer neuen Walzstraßenkonfiguration werden der Schlingenregelung SLR von der Sollwertvorgabe SOL die zur Grundeinstellung benötigten Parameter über­ tragen. Darin enthalten sind die Betriebs-Sollwerte für die Schlingenhöhen bzw. die aktuellen Werte für die arbei­ tenden Walzendurchmesser und die Getriebeübersetzungen. Die Eingangsgrößen für den Schlingenregler SLR sind der Schlingenhöhen-Istwert und der Schlingenhöhen-Sollwert an Eingängen IW bzw. SW.

Die Schlingenregler sind im Ausführungsbeispiel als PI- Regler ausgeführt. Es können aber auch Fuzzy-Regler oder Zustandsregler eingesetzt werden. Den Schlingenreglern werden in Abhängigkeit der Position des Walzgutes unter­ schiedliche Schlingenhöhen-Sollwerte bzw. Schlingenver­ längerungs-Sollwerte vorgegeben.

Die sich beim Anstich ergebende Schlingenhöhe wird als Anfangs-Sollwert übernommen. Von diesem ausgehend wird der Sollwert mit vorgegebener Steilheit auf den Betriebs-Soll­ wert erhöht. Den Zeitpunkt zum Umschalten auf den Be­ triebs-Sollwert kann die Schlingenregelung SLR auch aus der von der Materialpositionsverfolgung ABL übergebenen Straßenbelegung ermitteln. Der Zeitpunkt zum Aufschalten eines kontinuierlich mit vorgegebener Steigung abnehmenden Auslauf-Sollwertes, der zum Abbauen der Schlingen einge­ geben wird, wird der Schlingenregelung SLR von der Mate­ rialpositionsverfolgung direkt vorgegeben.

Zwischen der Schlingenhöhe und der durch die Schlinge bedingten Verlängerung des Walzgutes zwischen zwei Walz­ gerüsten, im folgenden Schlingenverlängerung genannt, besteht ein nichtlinearer Zusammenhang. Zur Linearisierung des Regelkreises werden daher der Istwert der Schlingen­ höhe und der Sollwert über eine Kennlinie mit ausgemesse­ nen Stützpunkten oder durch Umrechnung mittels eines mathematischen Algorithmus in einen Wert für die Schlin­ genverlängerung umgewandelt und in die Schlingenregelung eingegeben. Tatsächlich wird daher der Istwert für die Regelung Schlingenverlängerung bzw. die sich davon nur durch eine konstante additive Größe unterscheidende Länge des Walzgutes zwischen zwei Walzgerüsten verwenden. Welche der beiden Linearisierungsarten verwendet wird, hängt vom eingesetzten Walzgut, den geometrischen Abmessungen für die Schlinge, wie Schlingenhöhe und Schlingenlänge, der Anordnung von Führungsrollen sowie der Schlingenart, stehend, liegend oder hängend, ab. In vielen Fällen genügt zur Berechnung der Schlingenverlängerung aus der Schlin­ genhöhe SH und dem Abstand 2a der die Schlinge begrenzen­ den Führungsrollen die Annahme einer dreieckigen Schlinge, so daß die Schlingenverlängerung nach der einfachen Formel

SV = 2·(a²+SH²)½-2a

berechnet werden kann.

Die Schlingenregler arbeiten, wie schon erwähnt, vorzugs­ weise mit Durchgriff, d. h. eine Schlingenregelung wirkt auch auf die davorliegenden Antriebe bzw. auf die in der Wirkrichtung der Schlingenregler folgenden Regler. Hierzu werden die Ausgangssignale der Schlingenregler jeweils dem in der Wirkrichtung folgenden Regler über einen Eingang DU zugeführt. Damit der Durchgriff entsprechend dem Drehzahl­ verhältnis wirksam ist, wird das dem Eingang DU zugeführte Signal in einem Multiplizierer M mit einem das Drehzahl­ verhältnis angebenden Faktor, der einem Eingang VN zuge­ führt ist, multipliziert. Das Ausgangssignal des Multi­ plizierers MU wird in einem Addierer AD zu den Ausgangs­ signalen des Proportionalteils KP und des Integralteils TN addiert und das Summensignal der Sollwertausgabe zuge­ führt. Infolge des Durchgriffs wird die Stellgröße einer Schlingenregelung nicht als Störgröße für die davorliegen­ de Schlingenregelung wirksam; die Walzstraßenführung wird dadurch ruhiger.

Der Durchgriff der Schlingenregler darf nur für die Gerüste wirksam werden, die an demselben Stab in Eingriff sind, wie das vom Schlingenregler direkt beeinflußte Gerüst. Die für diese Begrenzung des Durchgriffs erforder­ lichen Informationen erhält die Schlingenregelung von der Materialpositionsverfolgung ABL.

Die Walzprogramme enthalten Angaben über die aktiven Gerüste, Treiber, Rollgänge, Scheren, Minimalzugregelungen und Schlingenregelungen. Ferner sind in ihnen die Materialgeschwindigkeiten bzw. Antriebsdrehzahlen für die einzelnen Gerüste und die Schlingenhöhen-Betriebssollwerte enthalten. Rollendatensätze enthalten die arbeitenden Walzendurchmesser, Voreilfaktoren und gegebenenfalls Getriebeübersetzungen.

Bei Start eines solchen Walzprogrammes wird aus einem Grundsollwertsatz ein Satz von Drehzahlverhältnissen, und zwar die Verhältnisse der Drehzahlen von aufeinander­ folgenden Antrieben, errechnet und gespeichert. Die Dreh­ zahlverhältnisse werden beim Durchlaufen des Walzgutes durch die Schlingen- und Minimalzugregelung optimiert oder durch Handgriff korrigiert. Die optimierten Drehzahlver­ hältnisse werden zum Ermittlungszeitpunkt an die Sollwert­ vorgabe SOL gegeben und von dieser in den abgespeicherten Satz für die Drehzahlverhältnisse übernommen. Dabei wird angenommen, daß ein Drehzahlverhältnis dann optimiert ist, wenn die Schlingen- oder die Minimalzugregelung den ein­ geschwungenen Zustand erreicht hat.

Die Sollwertvorgabe SOL besitzt damit immer einen Satz der aktuellsten Drehzahlverhältnisse, in denen alle bis dahin durch Minimalzugregelungen, Schlingenregelungen und Hand­ verstellungen bewirkten Korrekturen enthalten sind.

Vor dem Einlauf eines Stabes als Walzgut in die Walz­ straße werden ausgehend von der Drehzahl des Leitgerüstes und den aktuellen gespeicherten Drehzahlverhältnissen die Vorgabe-Sollwerte für die einzelnen Antriebe errechnet. Da sich mehrere Stäbe gleichzeitig in der Straße befinden können, wird für jeden Stab beim Einlauf ein eigener Soll­ wertsatz ermittelt und abgespeichert. Diese Sollwertsätze bleiben so lange gültig, bis der zugehörige Stab die Straße verlassen hat. Für jeden in der Straße befindlichen Stab und den nächsten einlaufenden Stab verwaltet die Soll­ wertvorgabe SOL also einen kompletten Satz von Vorgabe- Sollwerten für alle Antriebe. Es können z. B. zehn Soll­ wertsätze, entsprechend zehn Stäben, für 32 Antriebe vor­ gesehen werden. Neben den Sollwertspeichern für die Stäbe besitzt die Sollwertvorgabe SOL einen Ausgabespeicher für die aktuell vorzugebenden Sollwerte. Abhängig von der Straßenbelegung werden die entsprechenden Werte für die Antriebe aus den Sollwertspeichern für die Stäbe ausge­ wählt, in den Ausgabespeicher übertragen und an die Soll­ wertausgabe SAS gegeben.

In Fig. 3 ist dies an einem Beispiel für eine Walzstraße mit elf Walzgerüsten A1, A2 . . . A11 veranschaulicht. Für jedes dieser Walzgerüste sind Sollwerte gespeichert; ihre Gesamtheit ergibt einen Grundsollwertsatz, der in Zeile a veranschaulicht ist. Zwei Zeilen g zeigen die Straßen­ belegung zu einem bestimmten Zeitpunkt. Ein Stab 4 ist gerade am Auslauf des Gerüstes A11, das z. B. das Leit­ gerüst ist. Ein Stab 5 befindet sich im Bereich der Gerüste A4, A5, A6, A7 und ein einlaufender Stab 6 befin­ det sich im Bereich der Gerüste A1, A2. Aufgrund der bis­ her durchgelaufenen Stäbe 1 bis 3 wurde der Grundsoll­ wertsatz optimiert und die optimierten Werte in einen Sollwertspeicher für den Stab 4 eingetragen. Der Sollwert­ satz für den Stab 4 ist in Zeile b symbolisiert. Entspre­ chend veranschaulichen die Zeilen c, d und e die Sollwert­ speicher für den Stab 5, den Stab 6 und den nächsten ein­ laufenden Stab. Den Inhalt des Ausgabespeichers der Soll­ wertvorgabe SOL zeigt Zeile f. Für die Gerüste, in deren Bereich der Stab 4 ist, werden die zugehörigen Sollwerte aus dem Sollwertspeicher für den Stab 4 (Zeile b) ent­ nommen. Für die Gerüste A4, A5, A6, A7, in denen sich der Stab 5 befindet, sind Sollwerte aus dem Sollwertspeicher für den Stab 5 (Zeile c) eingetragen. Da die Eintragung in der Stablücke erfolgt, ist zum dargestellten Zeitpunkt auch für das Gerüst A8 der Sollwert für den Stab 5 in den Ausgabespeicher eingeschrieben. Entsprechend sind in den Ausgabespeicher für die Gerüste A1, A2, A3 die Sollwerte für den Stab 6 (Zeile d) eingetragen. Mit dem Durchlaufen der Stäbe durch die Walzstraße wandern auch die zuge­ hörigen Bereiche für die Sollwerte durch den Ausgabe­ speicher (Zeile f).

Sollwerte werden von der Sollwertvorgabe jeweils beim Anfahren der Straße bzw. nach der Übergabe eines neuen Walzprogrammes sowie in Stablücken und nach Handver­ stellungen an die Sollwertausgabe SAS gesendet. Zu den gleichen Zeitpunkten, außer bei Handverstellungen, erfolgt die Übergabe der Drehzahl-Sollwerte an die Schlingenrege­ lung SLR und an die Minimalzugregelung MZR. Den Zeitpunkt für die Sollwertvorgabe in der Stablücke ermittelt die Sollwertvorgabe SOL aus der durch die Materialpositions­ verfolgung ABL übergebenen Straßenbelegung. Durch die Sollwertvorgabe in der Stablücke wird die Beeinflussung aktiver Minimalzugregelungen und Schlingenregelungen vermieden.

Aufgrund von Walzprogrammänderungen oder Richtungs­ umschaltungen kann die Ausrüstung der Walzgerüste, z. B. die Getriebeübersetzungen und die Walzendurchmesser, ge­ ändert werden. Dadurch ändert sich auch die Streckenver­ stärkung, was wiederum im Reglerparameter KP berücksich­ tigt werden muß. Um den unter regelungstechnischen Ge­ sichtspunkten errechneten KP-Wert nicht ändern zu müssen, wird vorteilhaft ein Normierungsfaktor FKN eingeführt, mit dem die Regelung an die geänderte Ausrüstung, z. B. Ge­ triebeübersetzung und Walzendurchmesser, angepaßt wird.

Diese automatische Regleranpassung bewirkt, daß bei Veränderung der Streckenparameter, z. B. aufgrund von Walzprogrammvorgaben, bei allen Walzprogrammen die optimale Schlingenreglereinstellung erhalten bleibt.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Regeln der Drehzahlen der Walzgerüste eines Walzwerkes für band- oder stabförmiges Walzgut, das jeweils zwischen zwei Walzgerüsten eine Schlinge bildet, gekennzeichnet durch Mittel zum Er­ fassen der die Schlinge bewirkenden Länge des Walzgutes (Schlingenverlängerung) oder der Länge des Walzgutes zwischen den Walzgerüsten als Istwert und einem Schlin­ genregler (SLR3, SLR4, SLR5), der die Drehzahl eines an die Schlinge angrenzenden Gerüstes (A3, A4, A5) so regelt, daß der Istwert gleich einem vorgegebenen Sollwert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen je zwei Walz­ gerüsten (A3, A4; A4, A5; A5, A6) ein Schlingenhöhengeber (S1, S2, S3) zum Erfassen der Schlingenhöhe angeordnet ist und daß eine Rechenschaltung zum Umformen der Schlingen­ höhe in die Schlingenverlängerung bzw. die Walzgutlänge vorhanden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Rechenschaltung eine Kennlinie gespeichert ist, mittels welcher aus der jeweiligen Schlingenhöhe die Schlingenverlängerung bzw. die Walzgutlänge ermittelt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Rechenschaltung mittels eines Algorithmus aus der Schlingenhöhe die Schlingenverlängerung bzw. die Walzgutlänge errechnet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Rechenschaltung die Schlingenverlängerung nach der Formel SV = 2·(a²+SH²)½-2aermittelt, mit
2a = Abstand der die Schlinge begrenzenden Walzen oder Rollen und
SH = Schlingenhöhe.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Regler jeweils die Drehzahl des in Walzrichtung vor der Schlinge befindlichen Walzgerüstes regeln.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Drehzahlen der weiteren im Bereich desselben Walzgutes sich befindenden Walzgerüste in demselben Verhältnis wie die Drehzahl des geregelten Walzgerüstes geändert werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das letzte Walzgerüst das Leitgerüst ist, dessen Drehzahl vorgegeben ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß bei einer mehradrigen Walzstraße das in Walzrichtung letzte Gerüst des mehradrigen Bereiches mindestens so lange das Leit­ gerüst ist, wie ein Walzgut sich im mehradrigen Bereich befindet, wobei im mehradrigen Bereich die Drehzahlen der jeweils in Walzrichtung vor der Schlinge befindlichen Ge­ rüste geregelt werden und im einadrigen Bereich des Walz­ gutes die Drehzahlen der jeweils in Walzrichtung nach der Schlinge befindlichen Gerüste geregelt werden, und daß nach Austritt des Walzgutes aus dem Leitgerüst des mehr­ adrigen Bereiches die Wirkrichtung der Schlingenregelung des einadrigen Bereiches umgekehrt wird, derart, daß die Drehzahlen der jeweils in Walzrichtung vor den Schlingen befindlichen Gerüste geregelt werden.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Soll­ wertspeicher vorhanden ist, in den bei der Bearbeitung eines Stabes die Drehzahlen bzw. die Drehzahl des Leit­ gerüstes und die Drehzahlverhältnisse der Walzgerüste gespeichert sind, die bei Einlauf eines neuen Stabes als Sollwerte vorgegeben werden.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß im Falle eines Reglers mit einem von der Ausrüstung, z. B. Getrie­ beübersetzung oder Walzendurchmesser, des Walzgerüstes ab­ hängigen Parameter, z. B. Verstärkungsfaktor, dieser mit einem die jeweilige Walzgerüst-Ausrüstung berücksichtigen­ den Normierungsfaktor multipliziert.