EP0614404B1 - Steuereinrichtung zur positionierung des gerüstoberteiles eines vier-säulen-walzgerüstes - Google Patents

Abstract

Es soll eine Steuereinrichtung zur Positionierung des Gerüstoberteiles eines Vier-Säulen-Walzgerüstes mit einer guten Regeldynamik geschaffen werden, die ein um die Meßfehler der Längenmessung der Hubstellung berichtigtes Steuersignal zum Anheben, Absenken oder Verschwenken des Gerüstoberteiles abgibt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anstellzylinder (1, 2, 3, 4) mindestens eines Anstellzylinderpaares (A, B) jeweils einen mit der Steuereinrichtung (10) verbundenen Meßwertgeber (8) zum Erfassen der von den Anstellzylinder (1, 2, 3, 4) aufgenommenen Reaktionskraft aufweisen und daß die Steuereinrichtung (10) einen Reaktionskraftdifferenzwert (dFA, dFB) ermittelt, aus dem nach Multiplikation mit einem Verstärkungsfaktor (f) ein Längendifferenzwert (CA, CB) der Anstellzylinderpaare (A, B) errechnet wird, aus dem die Steuereinrichtung (10) für mindestens einen dieser Anstellzylinder (1, 2, 3, 4) das Steuersignal (SA1, SA2, SB3, SB4) ermittelt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Vier-Säulen-Walzgerüst mit vier jeweils paarweise gegenüber liegende seitlich des Walzbandes angeordneten Anstellzylinder diejeweils mit einem Positonsmeßgeber zur Messung ihrer Hubstellung versehen und mit jeweils einem Meßwertgeber zum Erfassen der von den Anstellzylindern aufgenommenen Reaktionskraft ausgestattet sind, und mit einer Steuereinrichtung zur Positionierung des Gerüstoberteils , die in Abhängigkeit von den Meßwerten der Positionsmeßgeber ein Steuersignal zum Anheben, Absenken oder Verschwenken des Gerüstoberteils unter Berücksichtigung eines aus der Differenz der Hubstellung ermittelten Längendifferenzwertes abgibt
• Bei einem solchen Vier-Säulen-Walzgerüst, wie es beispielsweise aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 84-U-03 103 bekannt ist, wird die Anstellung der vier Stellzylinder mit Hilfe einer Gleichlaufüberwachung (MPT) oder mit Hilfe von Gleichlaufreglern überwacht. Ein Problem bei der Einstellregelung besteht dabei darin, daß es sich bei dem von vier Zylinder gestützten Oberteil des Walzgerüstes um ein statisch überbestimmtes System handelt. Um eine Torsion des Gerüstoberteiles während der Höhenverstellung zu vermeiden, muß daher der Gleichlauf der Anstellzylinderkolben sehr genau eingehalten werden. Genauso muß bei stillstehendem Gerüstoberteil die Ausrichtung der Kolben sehr genau erfolgen.
• Zur Kontrolle des Gleichlaufes und der Ausrichtung der Zylinderkolben werden in der Praxis Längenmeßwertgeber eingesetzt. Die von diesen Positionsmeßgebern gelieferten Meßsignale sind in der Regel fehlerbehaftet, so daß die tatsächliche Hubstellung der Anstellzylinder von der gemessenen abweichen kann. Wegen dieser durch Meßfehler verursachten Abweichung besteht auch bei der Gleichheit aller von den Positionsgebern ermittelten Längenwerte die Gefahr einer Verspannung des Gerüstoberteiles.
• Um die Meßfehler bei der Bestimmung der Hubstellung der Anstellzylinder zu vermindern, ist es bekannt, die Anstellzylinder mit jeweils zwei voneinander unabhängigen Längenmeßgebersystemen zu versehen. Durch gegenseitiges Vergleichen der durch diese Meßsysteme ermittelten Meßergebnisse kann die Größe der Meßfehler reduziert werden. Der Nachteil dieser Art der Fehlerunterdrückung besteht jedoch in einem hohen regelungstechnischen Aufwand, der zu hohen Herstellkosten für solche Meßsysteme führt.
• Eine Torsion des Gerüstoberteiles kann auch dadurch vermieden werden, daß einer der vier Anstellzylinder druckgeregelt betrieben wird. Als Drucksollwert für diesen Zylinder kann dabei der gemessene Ist-Druckwert des benachbarten Zylinders dienen. Der Nachteil dieses Vorgehens liegt darin, daß der Soll-Wert für den druckgeregelten Anstellzylinder erst feststeht, nachdem die übrigen drei Anstellzylinder verstellt worden sind. Dies führt dazu, daß eine derartige Regelung nur eine verminderte Regeldynamik aufweist.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht dagegen darin, ein Vier-Säulen-Walzgerüst der eingangs genannten Art mit einer guten Regeldynamik zu schaffen, die ein um die Meßfehler der Längenmessung berichtigtes Steuersignal zum Anheben, Absenken oder Verschwenken des Gerüstoberteiles abgibt.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale nach Anspruch 1 gelöst.
• Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei einer Torsion des Gerüstoberteiles der Walze von den Anstellzylindern unterschiedlich starke Kräfte aufgenommen werden. Eine ungleiche Hubstellung führt zu einer ungleichen Belastung der Stellzylinder.
• Gemäß der Erfindung werden die Meßfehler der Längenmessung durch das Ergebnis einer zusätzlichen Kraftmessung erfaßt, durch die die beispielsweise als Druckwerte meßbaren Reaktionskräfte in den Anstellzylindern ermittelt werden. Weichen die Reaktionskräfte der Zylinder eines Anstellzylinderpaares voneinander ab, so bestimmt die Steuereinrichtung aus dieser Differenz einen Korrekturwert, durch den der Fehler der Längenmessung berichtigt wird. Dazu wird die Kraftdifferenz mit einem Proportionalitätsfaktor multipliziert, durch den das Ergebnis der Kraftmessung auf einen Längenwert für die Hubverstellung übertragen wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Fehler der Längenmessung in kürzester Zeit auszugleichen und eine Steuereinheit mit guter Regeldynamik und stabilem Regelverhalten zu schaffen.
• Auch bei einem Walzgerüst nach der deutschen Offenlegungsschrift DE-A-27 48 033, das in Kassettenbauweise aufgebaut und mit zwei Spannzylindern ausgestattet ist, wird eine kraftabhängig Korrektur der Stellung des Walzgerüstes vorgenommen. Diese Korrektur dient bei dem bekannten Walzgerüst zum Ausgleich der unsymmetrischen Belastung der Walze, die durch die Nachgiebigkeit des Walzgerüstes verursacht wird. Dabei wird, bezogen auf die Verformung des Walzgerüstes, der Längenbetrag bestimmt, um den die Walze zur Aufrechterhaltung der notwendigen Walzkraft und der Symmetrie des Walzspaltes nachgespannt werden muß. Bei dem bekannten Walzgerüst wird die Druckbeaufschlagung der Spannzylinder durch einen Regelkreis geregelt, bei dem das Maß für die von den Druckgebern registrierten Spannkräfte in eine Lagebezugsgröße umgewandelt wird. Anschließend wird diese Lagebezugsgröße mit der von linearen Weggebern ermittelten tatsächlichen Lage der Walze verglichen und aus diesem Vergleich ein Differenzwert bestimmt, der eine Nachregelung des Druckes der Spannzylinder und damit eine Korrektur der Lage der Walze bewirkt. Im Gegensatz zu der Erfindung wird somit bei dem bekannten Walzgerüst von exakt bestimmten Längenmeßwerten ausgegangen. Meßfehler der linearen Weggeber werden dabei nicht berücksichtigt.
• Ausgehend von der Feststellung, daß solche fehlerfreien Meßwerte in der Praxis nicht vorliegen, ermöglicht es die Erfindung, mittels einer kraftabhängigen Korrektur von Meßfehlern der Längenmessung, daß alle Stellzylinder eines Vier-Säulen-Walzgerüstes gleichmäßig belastet und folglich das Gerüstoberteil des Walzgerüstes spannungsfrei gehalten wird.
• Das Regelverhalten der Steuereinrichtung kann zusätzlich dadurch verbessert werden, daß die Steuereinrichtung Zahlenspeicher aufweist, in denen die für einen Stellvorgang ermittelten Kraftdifferenzwerte derart abspeicherbar sind, daß sie für die Ermittlung der Korrekturwerte des anschließenden Stellvorgangs abrufbar sind. Diese Zahlenspeicher ermöglichen es, einen Regelkreis einzusetzen, durch den die Kraftdifferenzwerte beginnend mit einem Anfangswert iterativ bestimmbar sind. Ein solcher Regler weist ein integrierendes Verhalten auf, durch das ein unerwünschtes sprungförmiges Angleichen der Sollwerte vermieden wird. Darüber hinaus ist es sinnvoll, wenn die Steuereinrichtung Zahlenspeicher aufweist, in denen die für jeden Stellvorgang ermittelten Kraftdifferenzwerte aufsummierbar sind, und daß die Steuereinrichtung bei Überschreiten eines Grenzwertes dieser Summe ein Warnsignal abgibt. Auf diese Weise wird eine unzulässige Schiefstellung des Gerüstoberteiles sicher vermieden.
• Die Funktion der Positionsmeßgeber kann dadurch überwacht werden, daß die Steuereinrichtung bei Überschreiten eines Grenzwertes für den Differenzbetrag der von den Anstellzylindern eines Anstellzylinderpaares aufgenommenen Reaktionskräfte ein Warnsignal abgibt.
• Werden die Reaktionskräfte aller vier Anstellzylinder erfaßt, ist zusätzlich eine Selbstkontrolle der Kraftmessung möglich. Eine dazu geeignete Steuervorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung bei Überschreiten eines Grenzwertes für eine aus der Addition der für jedes Anstellzylinderpaar bestimmten Differenz der Reaktionskräfte gebildeten Summe ein Warnsignal abgibt.
• Auf diese Weise werden die jeweils durch die Reaktionskräfte der Stellzylinder der Anstellzylinderpaare verursachten Momente um eine Achse verglichen, die quer zur Förderrichtung des Walzbandes angeordnet ist. Übersteigt die Summe der sich daraus ergebenden Differenzen einen höchstzulässigen Maximalwert, so ist die Kraftmessung zu überprüfen.
• Nachfolgend wird die Erfindung anhand von ein Ausführungsbeispiel zeigenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

eine Aufsicht auf ein Vier-Säulen-Walzgerüst,

Fig. 2

eine schematische Darstellung eines Regelkreises zur Positionierung des Gehäuseoberteiles des Walzgerüstes nach Figur 1.

• Das Vier-Säulen-Walzgerüst weist ein von vier Stellzylindern 1,2,3,4 getragenes Gerüstoberteil 5 auf. Die Anstellzylinder 1,2,3,4 sind als Anstellzylinderpaare A,B einander gegenüberliegend seitlich von einem durch das Walzgerüst laufenden Walzband 6 angeordnet. Die Kolben der Anstellzylinder 1,2,3,4 können durch Druckbeaufschlagung des Anstellzylinderraumes mit Hydraulikflüssigkeit angehoben und abgesenkt werden.
• Jeder der Anstellzylinder 1,2,3,4 weist Positionsmeßgeber 7, die die Hubstellung LA1,LA2,LB3,LB4 der Kolben der Anstellzylinder 1,2,3,4 erfassen, und Kraftmeßgeber 8 auf, die jeweils ein dem in dem Zylinderraum herrschenden Druck der Hydraulikflüssigkeit proportionales Signal FA1,FA2,FB3,FB4 als Maß für die von den Anstellzylindern jeweils aufgenommene Reaktionskraft liefern. Die Positionsmeßgeber 7 und Kraftmeßgeber 8 sind über Signalleitungen 9 mit einer Steuereinrichtung 10 verbunden.
• An vier Ausgängen der Steuereinrichtung 10 sind über Steuerleitungen 11 nicht gezeigte Steuerventile angeschlossen, durch deren Verstellung der Hydraulikdruck in den Anstellzylindern 1,2,3,4 in Abhängigkeit von den von der Steuereinrichtung 10 abgegebenen Steuersignalen SA1,SA2, SB3,SB4 zum Anheben, Absenken oder Verschwenken des Gerüstoberteiles 5 veränderbar ist.
• Zur Ermittlung der Steuersignale SA1,SA2,SB3,SB4 weist die Steuereinrichtung 10 einen Regelkreis 12 auf, der in Figur 2 gezeigt ist. Darin ist mit S der Sollwert der absoluten Hubstellung jedes Anstellzylinders 1,2,3,4 für die vertikale Höhenverstellung des Gerüstoberteiles 5 bezeichnet. Er setzt sich zusammen aus dem arithmetischen Mittelwert $\text{Sm=(LA1+LA2+LB3+LB4)/4}$

  

  der Hubstellung LA1,LA2,LB3,LB4 der Anstellzylinder 1,2,3,4 vor der Verstellung und dem Betrag ds, um den die Kolben der Anstellzylinder 1,2,3,4 relativ zu dem derzeitigen Mittelwert Sm verstellt werden sollen.
• Als weiterer Sollwert geht der Wert T der absoluten, auf die Längsachse I des Walzgerüstes bezogene Schrägstellung des Gerüstoberteiles 5 in den Regelkreis 10 ein. Die Schrägstellung ermöglicht es, bei einem keilförmigen Walzspalt Walzbänder mit keilförmigem Querschnitt zu walzen. Ihr Wert ergibt sich bei Berücksichtigung der in Figur 2 vorgenommenen Vorzeichendefinition zu $\text{T=(LA1+LA2-LB3-LB4)/2+dT}$

  

  

  , wobei dT der Wert ist, um den die Kolben der Anstellzylinder 1,2,3,4 relativ zu der vorhergehenden Verschwenkstellung anzuheben bzw. abzusenken sind.
• Zu den Sollwerten S und T werden vorzeichenrichtig Korrekturwerte k_A und k_B hinzugefügt, die für die Anstellzylinderpaare A,B einen unterschiedlichen Wert haben können. Der Korrekturwert k_A wird für das Anstellzylinderpaar A durch die Addition der Längendifferenzen $\text{dLA=LA1-LA2}$

  

  der Hubstellung LA1,LA2 der Anstellzylinder 1,2, mit einem Längendifferenzwert CA gebildet, der sich im n-ten Stellvorgang für das Zylinderpaar A nach der Gleichung ${\text{CA}}_{\text{n}}{\text{=CA}}_{\text{n-1}}\text{-f*(FA1-FA2)}$

  

  bestimmt. Darin ist f ein Proportionalitätsfaktor, der einen Bruchteil der Torsionssteifigkeit des Gerüstoberteiles 5 entspricht. Mit FA1 und FA2 ist die jeweils von den Anstellzylindern 1,2 aufgenommene Kraft und mit CA_n-1 der Längendifferenzwert bezeichnet, der für den vorhergehenden Stellvorgang ermittelt und in einem Zahlenspeicher der Steuereinrichtung abgelegt worden ist. Als Startwert für die Berechnung des ersten Längendifferenzwertes CA₁ kann dieser Wert CA_o im ersten Stellschritt zu Null gesetzt werden.
• In gleicher Weise wird der Korrekturwert kB für das Anstellzylinderpaar B durch die Addition der Längendifferenzen $\text{dLB=LB3-LB4}$

  

  der Hubstellungen LB3,LB4 der Anstellzylinder 3,4 mit einem Längendifferenzwert CB gebildet, der sich für das Zylinderpaar B in n-ten Stellvorgang zu ${\text{CB}}_{\text{n}}{\text{=CB}}_{\text{n-1}}\text{-f*(FB3-FB4)}$

  

  bestimmt. Darin ist mit FB3 und FB4 die von den Anstellzylindern 3,4 jeweils aufgenommene Kraft und mit CB_n-1 der Längendifferenzwert bezeichnet, der für den vorhergehenden Stellvorgang ermittelt und in einem Zahlenspeicher der Steuereinrichtung abgelegt worden ist.
• Die vorangehend beschriebene iterative Bestimmung der Längendifferenzwerte CA,CB hat den Vorteil, daß die Korrektur der Stellung der Anstellzylinder 1,2,3,4 nicht sprunghaft in einem Schritt erfolgt, sondern die Position der Anstellzylinder in mehreren aufeinanderfolgenden Schritten an die bestmögliche Stellung angeglichen wird. Somit weist der Regelkreis ein integrierendes Verhalten mit hoher Stabilität auf. Wird im praktischen Betrieb festgestellt, daß diese Stabilität oder die Genauigkeit des Regelkreises nicht ausreicht, so können die Längendifferenzwerte CA,CB alternativ zu den oben genannte Gleichungen auch nach den folgenden Gleichungen ermittelt werden: $$\begin{array}{c}\begin{array}{c}\begin{array}{}\text{(1)}{\text{CA}}_{\text{n}}{\text{:=CA}}_{\text{n-1}}\text{-f*(FA1-FA2)/2}\end{array}\\ {\text{CB}}_{\text{n}}{\text{:=CB}}_{\text{n-1}}\text{-f*(FB3-FB4)/2}\\ \begin{array}{}\text{(2)}{\text{CA}}_{\text{n}}{\text{:=CA}}_{\text{n-1}}\text{-f*(FA1-FA2)/2}\end{array}\\ {\text{CB}}_{\text{n}}{\text{:=CB}}_{\text{n-1}}\text{+f*(FA1-FA2)/2}\\ \begin{array}{}\text{(3)}{\text{CA}}_{\text{n}}{\text{:=CA}}_{\text{n-1}}\text{+f*(FB1-FB2)/2}\end{array}\\ {\text{CB}}_{\text{n}}{\text{:=CB}}_{\text{n-1}}\text{-f*(FB3-FB4)/2}\\ \begin{array}{}\text{(4)}{\text{CA}}_{\text{n}}{\text{:=CA}}_{\text{n-1}}\text{-f*(FA1-FA2-FB3+FB4)/4}\end{array}\\ {\text{CB}}_{\text{n}}{\text{:=CB}}_{\text{n-1}}\text{+f*(FA1-FA2-FB3+FB4)/4}\end{array}\end{array}$$

  

  

  Überschreitet der Differenzbetrag der Kräfte FA1,FA2 bzw. FB3,FB4 einen Maximalwert, so kann der Fehler der Positionsmessung nicht mehr automatisch korrigiert werden. In diesem Fall gibt die Steuereinrichtung ein Warnsignal für den Maschinenbediener als Zeichen dafür ab, daß die Funktion der Positionsmeßwertgeber kontrolliert werden muß. In gleicher Weise gibt die Steuereinrichtung ein Warnsignal als Zeichen für die Gefahr einer unzulässigen, auf die Querachse II des Walzgerüstes bezogene Schrägstellung des Gerüstoberteiles 5 ab, wenn die ebenfalls in einem Zahlenspeicher gespeicherten Summen der Korrekturwerte CA,CB aller Stellvorgänge einen Maximalwert übersteigt. Ein drittes Warnsignal wird von der Steuereinrichtung abgegeben, wenn die Summe der für jedes Anstellzylinderpaar A,B bestimmten Differenz der Reaktionskräfte FA1, FA2 bzw. FB3, FB4 gemäß der Gleichung ABS ( $\text{FA1-FA2+FB1-FB2}$

  

  

  ) einen höchstzulässigen Grenzwert übersteigt. Dieses Warnsignal ist ein Zeichen dafür, daß die Funktion der Kraftmeßwertgeber 8 überprüft werden muß.

Claims (6)

1. Vier-Säulen-Walzgerüst mit vier jeweils paarweise gegenüberliegenden seitlich des Walzbandes (6) angeordneten Anstellzylindern (1,2,3,4), die jeweils mit einem Positonsmeßgeber (7) zur Messung ihrer Hubstellung (LA1,LA2,LB3,LB4) versehen und mit jeweils einem Meßwertgeber (8) zum Erfassen der von den Anstellzylindern (1,2,3,4) aufgenommenen Reaktionskraft ausgestattet sind, und mit einer Steuereinrichtung (10) zur Positionierung des Gerüstoberteils (5), die in Abhängigkeit von den Meßwerten der Positionsmeßgeber (7) ein Steuersignal (SA1,SA2,SB3,SB4) zum Anheben, Absenken oder Verschwenken des Gerüstoberteils (5) unter Berücksichtigung eines aus der Differenz der Hubstellung ermittelten Längendifferenzwertes (dLA,dLB) abgibt,
   dadurch gekennzeichnet,

   - daß die Meßwertgeber (8) zum Erfassen der von den Anstellzylindern (1,2,3,4) aufgenommenen Reaktionskraft mit der Steuereinrichtung (10) verbunden sind und

   - daß die Steuereinrichtung (10) einen Reaktionskraftdifferenzwert (dFA,dFB) ermittelt, aus dem nach Multiplikation mit einem Verstärkungsfaktor (f) ein Längendifferenzwert (CA,CB) der Anstellzylinderpaare (A,B) errechnet wird, aus welchem die Steuereinrichtung (10) für mindestens einen dieser Anstellzylinder (1,2,3,4) das Steuersignal (SA1,SA2,SB3,SB4) ermittelt.
2. Walzgerüst nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,
   daß die Steuereinrichtung (10) Zahlenspeicher aufweist, in denen die für einen Stellvorgang ermittelten Längendifferenzwerte (CA,CB) derart abspeicherbar sind, daß sie für die Ermittlung der Korrekturwerte des anschließenden Stellvorgangs abrufbar sind.
3. Walzgerüst nach Anspruch 2,
   dadurch gekennzeichnet, daß
   daß sie einen Regelkreis (12) aufweist, durch den die Längendifferenzwerte (CA_n,CB_n), beginnend mit einem Anfangswert, iterativ bestimmbar sind.
4. Walzgerüst nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
   dadurch gekennzeichnet, daß
   die Steuereinrichtung (10) Zahlenspeicher aufweist, in denen die für jeden Stellvorgang ermittelten Längendifferenzwerte (CA,CB) aufsummierbar sind, und daß die Steuereinrichtung (10) bei Überschreiten eines Grenzwertes dieser Summe ein Warnsignal abgibt.
5. Walzgerüst nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
   dadurch gekennzeichnet, daß
   die Steuereinrichtung (10) bei Überschreiten eines Grenzwertes für den Differenzbetrag der von den Anstellzylindern (1,2,3,4) eines Anstellzylinderpaares (A,B) aufgenommenen Reaktionskräfte (dFA,dFB) ein Warnsignal abgibt.
6. Walzgerüst nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
   dadurch gekennzeichnet, daß
   die Steuereinrichtung (10) bei Überschreiten eines Grenzwertes für eine Summe, die aus der Addition der für jedes Anstellzylinderpaar (A,B) bestimmten Differenz der Reaktionskräfte (dFA,dFB) gebildet ist, ein Warnsignal abgibt.

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