EP0439663A1 - Verfahren zum Steuern einer kontinuierlichen, mehrgerüstigen Walzstrasse - Google Patents

Verfahren zum Steuern einer kontinuierlichen, mehrgerüstigen Walzstrasse Download PDF

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EP0439663A1
EP0439663A1 EP90102109A EP90102109A EP0439663A1 EP 0439663 A1 EP0439663 A1 EP 0439663A1 EP 90102109 A EP90102109 A EP 90102109A EP 90102109 A EP90102109 A EP 90102109A EP 0439663 A1 EP0439663 A1 EP 0439663A1
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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
    • B21B37/48—Tension control; Compression control
    • B21B37/52—Tension control; Compression control by drive motor control

Definitions

  • the invention relates to a control device for a continuous, multi-stand rolling mill, in particular a steel mill, which has a computer with a memory for rolling program-specific sizes, e.g. Speed setpoints, armature currents and outlet cross sections as well as for the calculation of derived quantities, e.g. the rolling tensile stresses between the stands.
  • a control device for a continuous, multi-stand rolling mill in particular a steel mill
  • a computer with a memory for rolling program-specific sizes, e.g. Speed setpoints, armature currents and outlet cross sections as well as for the calculation of derived quantities, e.g. the rolling tensile stresses between the stands.
  • the reference lever arm for an i-th roll stand is calculated and stored in a memory and used to regulate the longitudinal tension of the rolling stock between the i-th and (i + 1) th roll stand, with the reference lever arm and more than one of the physical quantities of the rolling process including the thickness of the rolling stock at the entrance and exit of the i-th roll stand, the roll gap of the i-th roll stand and the rolling force on the i-th roll stand.
  • the tensile stress is calculated on the basis of the calculated lever arm and the recorded values of the rolling force and the rolling moment.
  • the rolling train goes beyond the usual photocells and current and voltage measuring devices with complex sensors that measure forces, e.g. for the rolling force or the rolling force lever arm.
  • the object is achieved in a surprisingly simple manner in that, for minimum tension control, the speeds of the individual stands of the rolling mill are controlled via additional speed setpoints, these being formed according to a predetermined calculation rule, taking into account stored empirical values. All that is required is a relatively simple computer with a memory, which stores the essential electrical values of a rolling mill that result during operation and evaluates them for use, the evaluation leading to a minimal train control behavior.
  • the empirical values are determined by an auxiliary program, stored and used with continuous correction to control the rolling process.
  • the control device according to the invention acts like a control method with a closed control loop and thus achieves simple, automatic, train-optimal adjustment of a rolling train. Only the response time of the control is longer than with direct control with sensors, but this can often be accepted, especially in the case of bar and section steel mills, since slight deviations from the optimal minimum pull do not have as disruptive effects as in sheet metal rolling mills.
  • the additional speed setpoints according to the calculation rule are formed, whereby K E is determined from the stored empirical values.
  • the empirical value K E is in the form of a percentage change in speed per N / mm2 and ⁇ J * A entered in the form of a specific train in N / mm2 and converted into current values in the computer.
  • K E is determined from the stored empirical values.
  • the empirical value K E is in the form of a percentage change in speed per N / mm2 and ⁇ J * A entered in the form of a specific train in N / mm2 and converted into current values in the computer.
  • the percentage change in speed the size of which is in the fraction of a percent, results in precise control, which takes into account the requirements of bar and section steel mills in particular, but can also be used for sheet metal rolling mills. As has been shown, the longer control cycle that arises does not lead to tolerance violations under normal conditions.
  • the armature current J A is filtered, in particular subjected to filtering in a Butterworth filter or similar filter. This results in a very advantageous smoothing of the armature current and one simply obtains a representative current mean value for the further calculations.
  • K E denotes J A1 the armature current before the tapping in the secondary scaffold, ie without being influenced by the secondary scaffold, J A2 the armature current after the tapping in the secondary scaffold, ie with the influence of the secondary scaffold and ⁇ J * A the train current setpoint, which is determined separately, usually in advance. This is done from stored rolling data and the fixed rolling mill parameters, such as gear ratio, field weakening ratio, etc.
  • the individual roll stands are denoted by 1 and an index.
  • the symbolically represented rolling stock passes through one after the other in the direction of the arrow.
  • the minimum tension control by the control device 2 is shown in this example between the roll stands 1 m and 1 m + 1 .
  • the armature current J A1 and J A2 is measured on the roll stand 1 m and is applied to the control device 2 via the signal path 12.
  • the additional speed setpoint n * Z % determined and given to the scaffold 1 m + 1 via signal path 13.
  • the throughput time of the rolling stock between the stands 1 m and 1 m + 1 is divided into a calming time t A1 for regulating the tapping in the stand 1 m and a safety time t S1 , with the setpoint change for the following stand 1 m + after the calming time t A1 1 is determined.
  • the control direction is indicated by the dashed line 14, but can also run according to the dashed line 14 ', that is, in the opposite direction.
  • the adjustment of the individual stands takes place at high rolling stock speeds, for example with rolling stock head times from stand to stand under one to two seconds, in such a way that the additional speed setpoint is not changed until the next rolling pass.
  • the control cycle therefore extends from rod to rod.
  • FIG. 2 in which the rolling stands are denoted by 1 n , the arrangement and mode of operation of the control device 2 is in principle corresponding to FIG. 1, but here the next following stand 1 n + 1 is already influenced during the same pass through the rolling stock.
  • the tapping of the stand 1 n is first corrected in a calming time t A1 , the current value is stored in the control device 2 n-1 and an adjustment is carried out.
  • the resulting renewed load current is corrected in the calming time t B1 and the current J A1 is stored for the calculations of the minimum draft control 2 n .
  • a safety time t S1 is also provided here, which avoids a time overlap.
  • 2 also designates the control device according to the invention, in the computer part 2 'of which a rolling stock replica is contained as a model. Furthermore, the control device 2 has a setpoint setting part 2 ′′ in which the speed setpoint n * is formed, the signal of which is designated by 11. 2 '' 'denotes the parameter input unit of the control device 2, to which signals from a keyboard or a monitor are applied via the signal path 8. The replica of the rolling stock is entered via various photo cells etc. via signal path 9, the respective position of the rolling stock.
  • the computer 2 can enter the armature currents, which are preferably input via the six-pole Butterworth filter 10, divided into the closed state and the tensile state, into the memories 3 and 4 in relation to the position.
  • the signals of the armature currents for the draft-free and the tensile state reach the difference-forming device 5, which also contains the tensile current setpoint ⁇ J * A , an empirical value, which is dependent on the speed and rolling program, is entered from parameter input 2 '''.
  • the traction current error ⁇ J A is determined from this data and, together with the empirical value K E , is fed to the multiplier 6, in which the traction current setpoint n * is formed.
  • the transfer unit which ensures that the signal is formed as a function of the speed in a rolling gap or when the rod is running as shown in FIG. 2 as an adjustment command via the setpoint adjuster 2 ′′ as setpoint n *, is designated by 7.
  • the units 3, 4, 5, 6 and 7 together form the computing part of the control device for the continuous determination and timely delivery of the speed setpoint n *.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für eine kontinuierliche, mehrgerüstige Walzstraße, insbesondere Stabstahlstraße, die einen Rechner mit einem Speicher für walzprogrammspezifische Größen, z.B. Drehzahlsollwerte, Ankerströme und Austrittsquerschnitte sowie zur Errechnung abgeleiteter Größen, z.B. die Walzgut-Zugspannungen zwischen den Gerüsten, aufweist, wobei zur Minimalzugregelung die Drehzahlen der einzelnen Gerüste (1m ; 1n) der Walzstraße über Drehzahlzusatzsollwerte gesteuert werden, wobei diese nach einer vorgegebenen Rechenregel, unter Berücksichtigung von gespeicherten Erfahrungswerten (KE) gebildet werden und wobei die Drehzahlzusatzsollwerte nach der Rechenregel <IMAGE> gebildet werden. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für eine kontinuierliche, mehrgerüstige Walzstraße, insbesondere Stabstahlstraße, die einen Rechner mit Speicher für walzprogrammspezifische Größen, z.B. Drehzahlsollwerte, Ankerströme und Austrittsquerschnitte sowie zur Errechnung abgeleiteter Größen, z.B. die Walzgut-Zugspannungen zwischen den Gerüsten, aufweist.
  • Aus der DE-28 00 197 A1 ist als nahestehender Stand der Technik ein Verfahren und eine Anordnung zur Regelung der Walzgut-Zugspannungen zwischen den Walzgerüsten einer Tandemwalzstraße bekannt, bei denen die Zugspannung im Walzgut aufgrund der erfaßten Walzkraft und des erfaßten Walzmomentes berechnet und über Zugspannungs-Regel-Kompensationssignale, die die Abweichung der Zugspannung kompensieren, auf einen konstanten Wert geregelt wird. Zur Regelung wird der Bezugs-Hebelarm für ein i-tes Walzgerüst berechnet und in einem Speicher gespeichert und für die Regelung der Walzgut-Längsspannung zwischen dem i-ten und (i+1)ten Walzgerüst verwendet, wobei der Bezugshebelarm und mehr als eine der physikalischen Größen des Walzprozesses einschließlich der Walzgutstärke am Eingang und Ausgang des i-ten Walzgerüsts, des Walzspalts des i-ten Walzgerüsts und der Walzkraft am i-ten Walzgerüst benutzt werden. Dabei wird die Zugspannung auf der Basis des berechneten Hebelarms und der erfaßten Werte der Walzkraft und des Walzmoments berechnet.
  • Eine derartige Regelung ist für gewisse Anwendungsfälle, insbesondere beim Walzen von Profilen oder Stäben, zu aufwendig. Dies gilt insbesondere für die Modernisierung bereits bestehender, relativ langsam arbeitender Walzwerke.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Steuereinrichtung für die Walzgut-Zugspannungen in einer Ausbildung, die als Minimalzugregelung wirkt, anzugeben, die erheblich kostengünstiger als die bekannten Minimalzug-Regeleinrichtungen ist und sich besonders für Stab- und Profilstahlstraßen eignet. Vorteilhaft soll insbesondere vermieden werden, daß die Walzstraße über die üblichen Fotozellen sowie Strom-und Spannungsmeßgeräte hinaus, mit aufwendigen, Kräften messenden Sensoren, z.B. für die Walzkraft oder den Walzkraft-Hebelarm, ausgerüstet werden muß.
  • Die Aufgabe wird in überraschend einfacher Weise dadurch gelöst, daß zur Minimalzugregelung die Drehzahlen der einzelnen Gerüste der Walzstraße über Drehzahl-Zusatzsollwerte gesteuert werden, wobei diese nach einer vorgegebenen Rechenregel, unter Berücksichtigung von gespeicherten Erfahrungswerten, gebildet werden. Lediglich ein relativ einfacher Rechner mit Speicher ist notwendig, der die sich im Betrieb ergebenden wesentlichen elektrischen Werte einer Walzstraße speichert und zum Gebrauch auswertet, wobei die Auswertung zu einem Minimalzug-Regelverhalten führt.
  • In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Erfahrungswerte durch ein Hilfsprogramm ermittelt, abgespeichert und unter fortlaufender Korrektur zur Steuerung des Walzvorganges verwendet werden. Durch die fortlaufende Korrektur, d.h. ein lernendes Verhalten, wirkt die erfindungsgemäße Steuereinrichtung wie ein Regelverfahren mit einem geschlossenen Regelkreis und erreicht somit eine einfache, automatische, zugoptimale Einstellung einer Walzstraße. Lediglich die Ansprechzeit der Regelung ist höher als bei einer Direktregelung mit Sensoren, dies kann aber häufig, insbesondere bei Stab- und Profilstahlstraßen, in Kauf genommen werden, da sich hier geringe Abweichungen von dem optimalen Minimalzug nicht so störend auswirken wie in Blechwalzstraßen.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Drehzahlzusatzsollwerte nach der Rechenregel
    Figure imgb0001
    gebildet werden, wobei KE aus den gespeicherten Erfahrungswerten ermittelt wird. Der Erfahrungswert KE wird dabei in Form einer prozentualen Drehzahländerung je N/mm² und ΔJ * A
    Figure imgb0002
     in Form eines spezifischen Zuges in ebenfalls N/mm² eingegeben und im Rechner in Stromgrößen umgeformt. So ergibt sich eine Zugregelung, insbesondere eine Minimalzugregelung, die unter Berücksichtigung der im Stab herrschenden Zugspannungen arbeitet. Durch die prozentuale Drehzahländerung, ihre Größe bewegt sich im Bruchteilsbereich eines Prozents, wird eine genaue Regelung erreicht, die insbesondere den Anforderungen von Stab- und Profilstahlstraßen Rechnung trägt, aber auch bei Blechwalzstraßen zur Anwendung kommen kann. Wie sich gezeigt hat, führt der sich einstellende längere Regelzyklus unter Normalbedingungen nicht zu Toleranzüberschreitungen.
  • Zur Durchführung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Ankerstrom JA gefiltert, insbesondere einer Filterung in einem Butterworth-Filter oder ähnlichem Filter, unterzogen wird. So ergibt sich eine sehr vorteilhafte Glättung des Ankerstromes und man erhält einfach einen repräsentativen Strommittelwert für die weiteren Rechnungen.
  • In der erfindungsgemäß verwendeten, o.g. einfachen Rechenregel zur Bildung der Drehzahlzusatzsollwerte n * Z
    Figure imgb0003
     % über den Erfahrungswert KE bezeichnet JA1 den Ankerstrom vor dem Anstich im Folgegerüst, d.h. ohne Beeinflussung durch das Folgegerüst, JA2 den Ankerstrom nach dem Anstich im Folgegerüst, d.h. mit Einfluß des Folgegerüstes und ΔJ * A
    Figure imgb0004
     den Zugstromsollwert, der separat, in der Regel vorab, ermittelt wird. Dies geschieht aus gespeicherten Walzdaten und den festen Walzstraßenparametern, wie Getriebeübersetzung, Feldschwächverhältnis etc.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, anhand der Zeichnung und in Verbindung mit den Unteransprüchen. In der Zeichnung zeigen:
    • FIG 1
    die schematische Darstellung einer Walzstraße mit der Steuerung eines Gerüstes bei größeren Walzgutgeschwindigkeiten,
    FIG 2
    die schematische Darstellung einer Walzstraße mit der Steuerung eines Gerüstes bei kleineren Walzgutgeschwindigkeiten und
    FIG 3
    die Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung.
  • In FIG 1 sind die einzelnen Walzgerüste mit 1 und einem Index bezeichnet. Sie werden nacheinander von dem symbolisch dargestellen Walzgut in Pfeilrichtung durchlaufen. Die Minimalzugsteuerung durch die Steuereinrichtung 2 ist in diesem Beispiel zwischen den Walzgerüsten 1m und 1m+1 dargestellt. Am Walzgerüst 1m wird der Ankerstrom JA1 und JA2 gemessen und über den Signalweg 12 der Steuereinrichtung 2 aufgegeben. In der Steuereinrichtung 2 wird der Drehzahlzusatzsollwert n * Z
    Figure imgb0005
     % ermittelt und über den Signalweg 13 dem Gerüst 1m+1 aufgegeben. Die Durchlaufzeit des Walzgutes zwischen den Gerüsten 1m und 1m+1 ist in eine Beruhigungszeit tA1 zum Ausregeln des Anstichstoßes im Gerüst 1m und eine Sicherheitszeit tS1 aufgeteilt, wobei nach der Beruhigungszeit tA1 die Sollwertänderung für das folgende Gerüst 1m+1 ermittelt wird. Die Regelrichtung wird durch die strichlierte Linie 14 angegeben, kann aber auch entsprechend der strichlierten Linie 14', also entgegengesetzt, verlaufen.
  • Die Verstellung der einzelnen Gerüste erfolgt bei hohen Walzgutgeschwindigkeiten, z.B. bei Walzgutkopflaufzeiten von Gerüst zu Gerüst unter ein bis zwei Sekunden, jeweils so, daß der Drehzahlzusatzsollwert erst beim nächsten Walzgutdurchlauf geändert wird. Der Regelzyklus erstreckt sich also von Stab zu Stab.
  • In FIG 2, in der die Walzgerüste mit 1n bezeichnet sind, ist die Anordnung und Arbeitsweise der Steuereinrichtung 2 im Prinzip entsprechend FIG 1, jedoch erfolgt hier die Beeinflussung des nächstfolgenden Gerüstes 1n+1 bereits während des gleichen Walzgutdurchlaufes. Ermöglicht durch die niedrigere Walzgutgeschwindigkeit wird hier in einer Beruhigungszeit tA1 zunächst der Anstichstoß von Gerüst 1n ausgeregelt, der Stromwert in der Steuereinrichtung 2n-1 gespeichert und eine Verstellung durchgeführt. Der dadurch entstehende erneute Laststrom wird in der Beruhigungszeit tB1 ausgeregelt und der Strom JA1 für die Rechnungen der Minimalzugregelung 2n abgespeichert. Auch hier ist eine Sicherheitszeit tS1 vorgesehen, die eine zeitliche Überlappung vermeidet.
  • In FIG 3 bezeichnet 2 ebenfalls die erfindungsgemäße Steuereinrichtung, in dessen Rechnerteil 2' eine Walzgutwegnachbildung als Modell enthalten ist. Weiterhin weist die Steuereinrichtung 2 einen Sollwertstellteil 2'' auf, in dem der Drehzahlsollwert n* gebildet wird, dessen Signal mit 11 bezeichnet ist. 2''' bezeichnet die Parametereingabeeinheit der Steuereinrichtung 2, der über den Signalweg 8 Signale aus einer Tastatur oder einem Monitor aufgegeben werden. Der Walzgutwegnachbildung werden über diverse Fotozellen etc. über den Signalweg 9 die jeweilige Position des Walzgutes eingegeben. So kann der Rechner 2 die, über das vorzugsweise sechspolige Butterworth-Filter 10 eingegebenen Ankerströme, aufgeteilt in den zuglosen Zustand und den zugbehafteten Zustand, in die Speicher 3 und 4 positionsbezogen eingeben.
  • Aus den Speichern 3 und 4 gelangen die Signale der Ankerströme für den zuglosen und den zugbehafteten Zustand in die Differenzbildungs-Einrichtung 5, der auch der Zugstromsollwert ΔJ * A
    Figure imgb0006
    , ein Erfahrungswert, der drehzahl- und walzprogrammabhängig ist, aus der Parametereingabe 2''' aufgegeben wird. In der Einheit 5 wird aus diesen Daten der Zugstromfehler ΔJA ermittelt und zusammen mit dem Erfahrungswert KE dem Multiplikator 6 aufgegeben, in dem der Zugstromsollwert n* gebildet wird. Die Übergabeeinheit, die dafür sorgt, daß das Signal geschwindigkeitsabhängig in einer Walzgutlücke oder beim laufenden Stab entsprechend FIG 2 als Verstellbefehl über den Sollwertsteller 2'' als Sollwert n* gebildet wird, ist mit 7 bezeichnet. Die Einheiten 3,4,5, 6 und 7 bilden zusammen den Rechenteil der Steuereinrichtung für die fortlaufende Ermittlung und zeitgerechte Abgabe des Drehzahlsollwertes n*.
  • Die Umrechnung von spezifischen Zügen in Ankerströme erfolgt dabei entsprechend der Gleichung
    Figure imgb0007
    wobei ΔJA den Zugstromsollwert (A), AZ* die spezifische Zugkraft im Walzgut (N/mm²), AA den Austrittsquerschnitt (mm²), dW den Walzendurchmesser (mm), n* den aktuellen Drehzahlsollwert (Upm), JAN den Ankernennstrom des Motors (A), i die Getriebeübersetzung und PN die Motornennleistung (KW) bedeutet.

Claims (9)

  1. Steuereinrichtung für eine kontinuierliche, mehrgerüstige Walzstraße, insbesondere Stabstahlstraße, die einen Rechner mit einem Speicher für walzprogrammspezifische Größen, z.B. Drehzahlsollwerte, Ankerströme und Austrittsquerschnitte sowie zur Errechnung abgeleiteter Größen, z.B. die Walzgut-Zugspannungen zwischen den Gerüsten, aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zur Minimalzugregelung die Drehzahlen der einzelnen Gerüste (1n) der Walzstraße über Drehzahlzusatzsollwerte gesteuert werden, wobei diese nach einer vorgegebenen Rechenregel, unter Berücksichtigung von gespeicherten Erfahrungswerten (KE) gebildet werden.
  2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Erfahrungswerte durch ein Störgrößen-Auswertungsprogramm ermittelt, abgespeichert und zur Steuerung des Walzvorganges verwendet werden.
  3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Drehzahlzusatzsollwerte nach der Rechenregel
    Figure imgb0008
     gebildet werden, wobei KE aus den gespeicherten Erfahrungswerten ermittelt wird.
  4. Steuereinrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Erfahrungswert KE in Form einer prozentualen Drehzahländerung je N/mm² und ΔJ * A
    Figure imgb0009
     in Form eines spezifischen Zuges in N/mm² gebildet wird.
  5. Steuereinrichtung nach Anspruch 1,2,3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Ankerstrom J * A
    Figure imgb0010
     gefiltert, insbesondere einer Filterung mit Butterworth-Filtern oder ähnlichen Filtern, unterzogen wird.
  6. Steuereinrichtung nach Anspruch 1,2,3,4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Erfahrungswert KE nach Steuerungsbewegungen, die Grenzwerte übersteigen, erneut ermittelt wird.
  7. Steuereinrichtung nach Anspruch 1,2,3,4,5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der erforderliche Zugsollwert für die Regelung anhand der Zugistwerttoleranzen bei mehreren ungeregelten Durchläufen ermittelt wird.
  8. Steuereinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß sie Speicher (3,4) für die Ankerströme in zuglosem und zugbehaftetem Zustand, eine Differenzbildungseinheit (5) für die gespeicherten Ankerströme und einen Multiplikator (6) für den Ausgangswert der Differenzbildungseinheit (5) mit dem Erfahrungswert (KE) aufweist.
  9. Steuereinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß sie einen Rechner mit einer Walzgutwegnachbildung, einer Parametereingabe und einem Sollwertsteller aufweist.
EP90102109A 1990-02-02 1990-02-02 Verfahren zum Steuern einer kontinuierlichen, mehrgerüstigen Walzstrasse Revoked EP0439663B1 (de)

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