EP0222231B1 - Vorrichtung zur Steuerung der Anhebe- und Andruckbewegungen der Bandandruckrollen von Walzbandwarmhaspeln - Google Patents

Vorrichtung zur Steuerung der Anhebe- und Andruckbewegungen der Bandandruckrollen von Walzbandwarmhaspeln Download PDF

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EP0222231B1
EP0222231B1 EP86114743A EP86114743A EP0222231B1 EP 0222231 B1 EP0222231 B1 EP 0222231B1 EP 86114743 A EP86114743 A EP 86114743A EP 86114743 A EP86114743 A EP 86114743A EP 0222231 B1 EP0222231 B1 EP 0222231B1
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EP
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pressure
force
lifting
control
movement
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Jürgen Dr. Klöckner
Dieter Rosenthal
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SMS Schloemann Siemag AG
Schloemann Siemag AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C47/00—Winding-up, coiling or winding-off metal wire, metal band or other flexible metal material characterised by features relevant to metal processing only
    • B21C47/02—Winding-up or coiling
    • B21C47/04—Winding-up or coiling on or in reels or drums, without using a moving guide
    • B21C47/06—Winding-up or coiling on or in reels or drums, without using a moving guide with loaded rollers, bolts, or equivalent means holding the material on the reel or drum
    • B21C47/063—Winding-up or coiling on or in reels or drums, without using a moving guide with loaded rollers, bolts, or equivalent means holding the material on the reel or drum with pressure rollers only

Definitions

  • the invention relates to a device for controlling the lifting and pressing movements of the band pressure rollers of hot rolled coils with a rotating reel mandrel as a function of signals which indicate the respective position of the reel mandrel on the circumferential front edge of the rolled strip, by means of electrohydraulic positioning of piston cylinder units which actuate the band pressure rollers with simultaneous force control.
  • a known control device DE-AS 21 58 721
  • the pinch rollers are raised during the winding process by the amount of the strip thickness, ie the size of the radial increase, which has caused the front strip edge, if this increase passes under them.
  • a pulse generator which is coupled to the reel mandrel, which influences a pulse counter which, via control logic, generates signals for the control device, on the basis of which the latter causes the actuation of the piston-cylinder units connected to the respective pressure roller, through the pressure area of which the radial one Increase in the resulting band waistband.
  • the path of the strip edge of the rolled strip running onto the coiler mandrel is detected by contactless sensors during the formation of the first turn and is tracked and recorded with the aid of electronic recording devices.
  • the positioning of the pressure rollers is then controlled with the aid of the recording devices and these downstream evaluation devices.
  • the up and down movements of the actuating elements of the piston-cylinder units, which bring about the lifting and pressing movements of the band pressure rollers, are controlled by two known control devices and, as also described in JP-A-59 179, via two independent electro-hydraulic control circuits, namely a position control circuit and a force control loop.
  • the lifting movement of the belt pressure roller is effected and controlled in each case by specifying the corresponding position value via the position control loop, while the pressure movement and the subsequent pressing is also effected by specifying a force setpoint via the force control loop. Remains during position control the force control loop is opened, ie it is derived from the signals from the belt tracking, depending on the process, continuously switched between the position and force control for each tape opening roller.
  • this type of control has the further disadvantage that the rapid switching causes shocks which impair the dynamic behavior of the elements involved in the movement sequence.
  • a further difficulty arises with these known controls if, due to a malfunction, they receive no or incorrect positioning signals or no switching signals or those at the wrong time, because in the one case the piston-cylinder unit has the position in which it is no longer changing and the necessary evasive movement is no longer being carried out and, in the other case, the belt pressure rollers are held at maximum force when the position is controlled.
  • this type of control has the disadvantage that the fast Switching causes shocks that affect the dynamic behavior of the elements involved in the movement.
  • the position control there is a further difficulty with these known controls if they receive no or incorrect positioning signals due to a fault, since in this case the piston-cylinder unit no longer changes the position in which it is currently located and the z. B. no longer performs the necessary evasive movement. Additional overload protection devices must therefore be provided.
  • the invention has for its object to improve the generic control devices so that these disadvantages and difficulties are eliminated and, if necessary, the arrangement of special overload protection devices can be dispensed with.
  • This object is achieved in that the positioning during the lifting and the pressing movement by position control with subordinate force control with closed position and pressure control loops by specifying a position setpoint corresponding to the respective pressing or lifting position of the band pressure rollers and specifying limited force setpoints is effected for both directions of movement.
  • the limitation of the desired force value for the increase can be the same as the maximum value that can be set for the pressure control circuit.
  • a slope limiter is arranged downstream of the force controller as the invention provides.
  • the control reacts like an overload protection because the subordinate force control loop always regulates the actual force value to the set limit setpoint. Since the control system acts like an overload safety device, there is no need to equip the individual piston cylinder units with special overload safety devices, such as pneumatic support cylinders. Finally, there is a further advantage that the previously necessary mounting of the pressure rollers in a support pivotable against the actual carrier carrying out the lifting and pressing movements and elastically supported against this support lever can be dispensed with, since the mode of operation of the control according to the invention not only provides such a cushioning makes unnecessary.
  • the pressure roller 3 which is only reproduced on its own for the sake of clarity, is supported for the mandrel 2 of the (not shown) rolled strip heating reel in a shell carrier 1 which is articulated via the piston rod 4 to the piston cylinder unit 5 which is mounted in a fixed position.
  • the piston 5a of this piston-cylinder unit 5 can be pressurized on both sides via the hydraulic lines 6 and 7 with the aid of a control valve 18 and thus moves the pressure roller 3.
  • a displacement sensor 8 is attached to the piston rod 4, with which the actual position Sist of the pressure roller 3 is measured.
  • the output side 9 of the position sensor leads via line 10 and its branches 10a, 10b to a computer system 11 and to a position controller 12, which is likewise connected to the computer system via line 13.
  • the computer 11 specifies the outer position control loop setpoints S des.
  • the position controller 12 is followed by a force setpoint limiter 14 that is adjustable for both directions of movement.
  • the output side of the force setpoint limiter 14 supplies the force setpoints Fset for the inner force control loop.
  • the actual force value Fist is determined by means of the pressure transmitters 19 and 20.
  • the force controller 16, which is followed by a steepness limiter 17, receives as input the difference between the actual force value Fist and the desired force value Fset and controls the control valve 18.
  • the actual force value Fist is always regulated to the force setpoint Fsetpoint specified by the outer position control loop. Both control loops are constantly closed.
  • Fig. 2 it follows that both movements, the lifting movement for rapid retraction of the pressure roller 3 by the amount of radial increase in the growing band band before it reaches the area of the pressure roller 3 and that then pressing band B shortly after the radial increase has passed through the area in position control with subordinate force control.
  • the position control loop is first given the setpoint 1, which is dependent on the strip thickness and the kinematics of the pressure roller system. After passing the front belt edge at time t 1, the position setpoint is changed so that the direction of movement is reversed.
  • the pressure roller 3 lies on the belt B. Since the position setpoint 13 has been set so high that a constant value is constantly present as the force setpoint 15, the inner force control loop regulates the actual force value 21 to this constant value.
  • the band B is thus pressed in the direction of the mandrel 2 with a defined force, the size of which can be determined as a function of the respective dimensions and the deformation resistance of the band B.
  • the position setpoint is then changed with reference to the added belt effect and the next lifting movement is initiated. To do this, it is necessary to track the current actual position value already during the pressing movement, since the change in position is derived from the current actual position.
  • the computer 11 carries out calculation and specification of these changing position setpoints. The other settings at times t3, t4 and t5 are made accordingly.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Steuerung der Anhebe- und Andruckbewegungen der Bandandruckrollen von Walzbandwarmhaspeln mit umlaufendem Haspeldorn in Abhängigkeit von Signalen, die jeweilige Position der mit dem Haspeldorn auf umlaufenden vorderen Kante des Walzbandes angeben, durch elektrohydraulische Positionierung von, die Bandandruckrollen betätigenden Kolbenzylinderaggregaten unter gleichzeitiger Kraftregelung.
  • Mit Steuervorrichtungen dieser Art sollen die Nachteile beseitigt werden, die sich beim Anwickeln der ersten Bandwindungen auf den Haspeldorn dadurch ergeben, daß die vordere Kante des Walzbandes in den anschließend auf sie aufgelegten Folgewindungen eine abgesetzte radiale Erhöhung hervorruft, die in Folge des hohen Drucks, den die Bandandruckrollen auf die Bandwindungen ausüben, zu starken Stoßbeanspruchungen des Haspels und zu Schlagbeanspruchungen der Erhöhungen führt und weiter dazu, daß in den ersten Windungen des angewickelten Bandanfangs Markierungen der Oberfläche entstehen, die den Wert dieses Teils des Bandes bis auf den Schrottwert herabmindern.
  • Bei einer bekannten Steuervorrichtung (DE-AS 21 58 721) werden die Andruckrollen während des Anwickelvorgangs um den Betrag der Banddicke d. h. die Größe der radialen Erhöhung, die die vordere Bandkante verursacht hat, angehoben, wenn diese Erhöhung unter ihnen durchläuft. Dies wird mit Hilfe eines Impulsgebers, der mit dem Haspeldorn gekoppelt ist, erreicht, der einen Impulszähler beeinflußt, der über eine Steuerlogik Signale für die Steuervorrichtung erzeugt, aufgrund derer diese die Betätigung der mit der jeweiligen Andruckrolle verbundenen Kolbenzylinderaggregate veranlaßt, durch deren Andruckbereich die radiale Erhöhung des entstehenden Bandbundes durchläuft.
  • Bei einer weiteren bekannt gewordenen Steuervorrichtung dieser Art wird der Weg der Bandkante des auf den Haspeldorn auflaufenden Walzbandes während der Bildung der ersten Windung durch berührunglos arbeitende Sensoren erfaßt und mit Hilfe elektronischer Aufzeichnungseinrichtungen verfolgt und festgehalten. Mit Hilfe der Aufzeichnungseinrichtungen und diesen nachgeschalteten Auswerteinrichtungen wird dann die Positionierung der Andruckrollen gesteuert.
  • Die Auf- und Abbewegungen der Stellelemente der Kolbenzylinderaggregate, die die Anhebe- und Andruckbewegungen der Bandandruckrollen bewirken, werden bei beiden bekannten Steuervorrichtungen und, wie weiter auch in der JP-A-59 179 beschrieben, über zwei selbständige elektrohydraulische Regelkreise gesteuert, nämlich einen Positionsregelungskreis und einen Kraftregelkreis. Die Abhebebewegung der Bandandruckrolle wird dabei jeweils unter Vorgabe des entsprechenden Positionswertes über den Positionsregelkreis bewirkt und gesteuert, während die Andruckbewegung und das anschließende Andrücken, ebenfalls unter Vorgabe eines Kraftsollwertes über den Kraftregelkreis bewirkt wird. Während der Positionsregelung bleibt dabei der Kraftregelkreis geöffnet, d.h. es wird, abgeleitet aus den Signalen der Bandverfolgung prozeßabhängig ständig zwischen der Positions- und der Kraftregelung für jede Bandanbruchrolle umgeschaltet. Neben dieser Notwendigkeit des dauernden Umschaltens zwischen Positions- und Kraftregelung innerhalb sehr kurzer Zeitspannen, bringt diese Art der Steuerung den weiteren Nachteil mit sich, daß das schnelle Umschalten Stöße hervorruft, die das dynamische Verhalten der an dem Bewegungsablauf beteiligten Elemente beeinträchtigt. Während der Positionsregelung ergibt sich eine weitere Schwierigkeit bei diesen bekannten Steuerungen dann, wenn diese aufgrund einer Störung keine oder unrichtige Positioniersignale oder auch keine Umschaltsignale oder solche zum falschen Zeitpunkt erhält, da in dem einen Fall das Kolben-Zylinder-Aggregat die Position, in der es sich gerade befindet nicht mehr ändert und die z.B. notwendige Ausweichbewegung nicht mehr ausführt und in dem anderen Fall die Bandandruckrollen bei Positionsregelung mit maximaler Kraft gehalten werden. Diese hohen Belastungen führen zu Beschädigungen der Bandoberfläche, und es müssen deshalb zusätzlich Überlastsicherungen vorgesehen werden."
  • Neben der Notwendigkeit dauernder Umschaltung zwischen Positions- und Kraftregelung innerhalb sehr kurzer Zeitspannen bringt diese Art der Steuerung den Nachteil mit sich, daß das schnelle Umschalten Stöße hervorruft, die das dynamische Verhalten der an dem Bewegungsablauf beteiligten Elemente beeinträchtigt. Während der Positionsregelung ergibt sich eine weitere Schwierigkeit bei diesen bekannten Steuerungen dann, wenn diese aufgrund einer Störung keine oder unrichtige Positioniersignale erhält, da in diesem Fall das Kolbenzylinderaggregat die Position in der es sich gerade befindet nicht mehr ändert und die z. B. notwendige Ausweichbewegung nicht mehr ausführt. Es müssen deshalb zusätzliche Überlastsicherungseinrichtungen vorgesehen werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen Steuervorrichtungen so zu verbessern, daß diese Nachteile und Schwierigkeiten beseitigt werden und ggfs. auf die Anordnung besonderer Überlastsicherungen verzichtet werden kann.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Positionierung bei der Anhebe- und der Andruckbewegung durch Positionsregelung mit unterlagerter Kraftregelung bei geschlossen bleibenden Positions- und Druckregelkreisen durch Vorgabe eines der jeweiligen Andruck- bzw. Anhebeposition der Bandandruckrollen entsprechenden Positions-Sollwertes unter Festlegung begrenzter Kraft-Sollwerte für beide Bewegungsrichtungen bewirkt wird. Wie die Erfindung weiter vorsieht, kann die Begrenzung des Kraft-Sollwertes für die Anhebung gleich dem für den Druckregelkreis einstellbaren Maximalwert sein. Im Kraftregelkreis wird dem Kraftregler wie die Erfindung vorsieht ein Steilheitsbegrenzer nachgeordnet.
  • Mit dieser Ausbildung der Steuervorrichtung wird anders als bei den bekannten Steuervorrichtungen die Richtungsumkehrung der Andruckbewegung in die Anhebebewegung und umgekehrt nicht durch jeweiliges Umschalten zwischen Positions- und Kraftregelung, sondern durch die gezielte Vorgabe unterschiedlicher PositionsSollwerte erzwungen. Positions- und Kraftregelkreis sind dabei ständig aktiv. Bei Überschreiten eines frei wählbaren Kraftsollwertes gibt das System automatisch wie eine weiche Feder nach. Wenn, wie weiter vorgeschlagen, der Kraftbegrenzungswert ein maximaler Wert ist, kann die Anhebebewegung immer ihre volle mögliche Geschwindigkeit erreichen. Die ständig unterlagerte Kraftregelung verbessert das dynamische Verhalten der an den Bewegungen beteiligten Elemente. Umschaltstöße können nicht entstehen, weil beide Regelkreise ständig geschlossen sind. Bei Ausfall der Positioniersignale oder bei unrichtigen Signalen reagiert die Steuerung wie eine Überlastsicherung, denn der unterlagerte Kraftregelkreis regelt von sich aus den Kraft-Istwert stets auf den eingestellten Begrenzungs-Sollwert. Da die Steuerung hier wie eine Überlastsicherung wirksam wird, entfällt die Notwendigkeit, die einzelnen Kolbenzylinderaggregate mit besonderen Überlastsicherungen, wie bspw. pneumatischen Stützzylindern auszustatten. Schließlich ergibt sich ein weiterer Vorteil noch dadurch, daß die bisher notwendige Lagerung der Andruckrollen in einem gegen dem eigentlichen, die Anheb- und Andruckbewegungen ausführenden Träger schwenkbaren und gegen diesen elastisch abgestützten Traghebel entfallen kann, da die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Steuerung eine solche Abfederung nicht nur unnötig macht.
  • Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen
    • Fig. 1
    Die Vorrichtung mit den Betätigungselementen und einem Schaltschema in schematischer Darstellung und
    Fig. 2
    ein Ablaufdiagramm der Stellbewegungen.
  • Wie aus Fig. 1 zu ersehen, ist die, der Übersichtlichkeit halber, nur allein wiedergegebene Andruckrolle 3 für den Dorn 2 des (nicht dargestellten) Walzbandwarmhaspels in einem Schalenträger 1 gelagert, der über die Kolbenstange 4 an das ortsfest gelagerte Kolbenzylinderaggregat 5 angelenkt ist. Der Kolben 5a dieses Kolbenzylinderaggregates 5 ist über die Hydraulikleitungen 6 und 7 mit Hilfe eines Regelventils 18 doppelseitig mit Druck beaufschlagbar und bewegt so die Andruckrolle 3. An der Kolbenstange 4 ist ein Weggeber 8 angebracht, mit dem die Istposition Sist der Andruckrolle 3 gemessen wird. Die Ausgangsseite 9 des Weggebers führt über die Leitung 10 und deren Zweige 10a, 10b zu einem Rechnersystem 11 und zu einem Positionsregler 12, der ebenfalls über eine Leitung 13 mit dem Rechnersystem verbunden ist. Mittels dieser Leitung 13 werden vom Rechner 11 dem äußeren Positions-Regelkreis Sollwerte S soll vorgegeben. Dem Positionsregler 12 ist ein für beide Bewegungsrichtungen einstellbarer Kraft-Sollwertbegrenzer 14 nachgeordnet. Die Ausgangsseite des Kraft-Sollwertbegrenzers 14 liefert die Kraft Sollwerte Fsoll für den inneren Kraftregelkreis. Der Kraftistwert Fist wird mittels der Druckgeber 19 und 20 ermittelt. Der Kraftregler 16, dem ein Steilheitbegrenzer 17 nachgeschaltet ist, erhält als Eingang die Differenz zwischen Kraftistwert Fist und Kraftsollwert Fsoll und steuert das Regelventil 18 an. Der Kraftistwert Fist wird immer auf den vom äußeren Positionsregelkreis vorgegebenen Kraftsollwert Fsoll geregelt. Beide Regelkreise sind ständig geschlossen.
  • Aus Fig. 2 ergibt sich, daß beide Bewegungen, die Anhebebewegung zum schnellen Zurückziehen der Andruckrolle 3 um das Maß der radialen Erhöhung des wachsenden Bandbundes, bevor diese den Bereich der Andruckrolle 3 erreicht und das anschließende Andrücken des Bandes B kurz nachdem die radiale Erhöhung den Bereich durchlaufen hat in Positionsregelung mit unterlagerter Kraftregelung erzeugt werden. Dem Positionsregelkreis wird zunächst der Sollwert 1, der abhängig ist von der Banddicke und der Kinematik des Andruckrollensystems vorgegeben. Nach Durchgang der vorderen Bandkante zum Zeitpunkt t₁ wird der Positions-Sollwert so geändert, daß sich die Bewegungsrichtung umkehrt. Die Andruckrolle 3 legt sich auf das Band B. Da der Positions-Sollwert 13 so hoch festgelegt wurde, daß als Kraftsollwert 15 ständig ein konstanter Wert ansteht, regelt der innere Kraftregelkreis den Kraftistwert 21 auf diesen konstanten Wert. Das Band B wird also mit einer definierten Kraft, deren Größe in Abhängigkeit von den jeweiligen Abmessungen und der Formänderungsfestigkeit des Bandes B festlegbar ist, in Richtung auf den Dorn 2 gedrückt. Zum Zeitpunkt t₂ wird der Positions-Sollwert dann mit Bezug auf die hinzukommende Bandwirkung verändert und die nächste Anhebebewegung eingeleitet. Es ist dazu erforderlich, schon während der Andruckbewegung den aktuellen Positions-Istwert nachzuführen, da von der aktuellen Istposition die Positionsänderung abgeleitet wird. Berechnung und Vorgabe dieser sich ändernden Positions-Sollwerte führt der Rechner 11 durch. Die weiteren Einstellungen zu den Zeitpunkten t₃, t₄ und t₅ erfolgen sinngemäß. Die für den Wickelvorgang weiter notwendigen Verfahrwege, wie z.B. das Abschwenken der Andruckrollen 3 nachdem die ersten Windungen auf den Dorn 2 aufgebracht worden sind in die Endlage und das Anschwenken der Andruckrollen 3 in eine Vorposition entsprechend dem zu erwartenden Fertigdu-chmesser des Bundes vor Einlauf des Bandendes erfolgen ebenfalls in Positionsregelung mit unterlagerter Kraftregelung über das Regelventil 18.

Claims (3)

  1. Vorrichtung zur Steuerung der Anheb- und Andruckbewegungen der Bandandruckrollen (3) von Walzbandwarmhaspeln mit umlaufendem Haspeldorn in Abhängigkeit von Signalen, die die jeweilige Position der mit dem Haspeldorn (2) umlaufenden Vorderkante des Walzbandes angeben, durch elektrohydraulische Positionierung von die Bandandruckrollen (3) betätigenden Kolbenzylinderaggregaten (5, 5a) unter gleichzeitiger Kraftregelung,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Positionierung bei der Anheb- und der Andruckbewegung durch Positionsregelung mit unterlagerter Kraftregelung bei geschlossen bleibenden Positionier- und Kraftregelkreisen durch Vorgabe eines der jeweiligen Andruck- bzw. Anhebe-Position der Bandandruckrollen (5, 5a) entsprechenden Position-Sollwertes (13) unter Festlegung begrenzter Kraft-Sollwerte (15) für beide Bewegungsrichtungen bewirkt wird.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Begrenzung des Kraft-Sollwertes für die Anhebebewegung gleich dem, in dem Kraftregelkreis einstellbaren, Maximalwert ist.
  3. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 und 2,
    gekennzeichnet durch
    einem im Druckregelkreis dem Kraftregler (16) nachgeordneten richtungsabhängigen Steilheitsbegrenzer (17).
EP86114743A 1985-11-11 1986-10-23 Vorrichtung zur Steuerung der Anhebe- und Andruckbewegungen der Bandandruckrollen von Walzbandwarmhaspeln Expired - Lifetime EP0222231B1 (de)

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