EP0662017B1 - Verfahren zum unterdrücken des einflusses von walzenexzentrizitäten auf die regelung der walzgutdicke in einem walzgerüst - Google Patents
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- roll
- signal fluctuations
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- signal
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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
- B21B37/58—Roll-force control; Roll-gap control
- B21B37/66—Roll eccentricity compensation systems
Definitions
- the invention relates to a method for suppressing the influence of roll eccentricities on the control of the rolling stock thickness in a roll stand, the control system providing a dead zone insensitive to signal fluctuations caused by the roll eccentricities, the zone width of which is varied depending on the size of the signal fluctuations.
- the rolling stock thickness As a controlled variable of interest, cannot be measured in terms of control technology at the point of its origin, namely the roll gap, and therefore cannot be used for the direct correction of faults, such as eccentricities of the rolls, can be used.
- the rolling force is detected on the basis of this relationship by means of a rolling load detector and used to regulate the thickness of the rolling stock. If the roll gap increases, for example due to an increase in the inlet thickness of the rolling stock, this leads to an increase in the rolling force F W ; This increase is detected, the control position s of the rollers being reduced by the control, so that the rolling force F W is further increased and the rolling stock thickness is regulated back to its target value becomes.
- the rolling stock thickness h a is not available alone, but only together with the roll eccentricity ⁇ R, which causes a periodic increase and decrease in the rolling force F W during the rolling process.
- the increases and decreases in the rolling force F W caused by the eccentricities are incorrectly interpreted by the AGC system as an increase or decrease in the roll gap, which means that the rolling force F W is automatically increased or decreased via the setting position s and thus the eccentricities in are rolled into their full extent in the rolling stock.
- the object of the invention is to optimize the adaptation of the width of the dead zone as a function of the eccentricities that occur.
- this object is achieved in that, in the method of the type specified at the outset, the zone width is varied as a function of an ongoing statistical evaluation of the signal fluctuations.
- the zone width is varied as a function of an ongoing statistical evaluation of the signal fluctuations.
- the standard deviation of the signal fluctuations from their mean value is used to determine the zone width.
- the standard deviation is used to determine a variable that optimally reflects the current extent of the eccentricity-dependent signal fluctuations for setting the dead zone.
- the determination of the standard deviation is particularly easy to perform in terms of computation, as a result of which the hardware and software expenditure for implementing this computing function is comparatively low.
- the values continuously determined for the standard deviation are weighted with a predetermined factor in the order of magnitude of approximately 1 to 4, preferably 2 to 3.
- the statistical evaluation of the signal fluctuations is based on an observation period that corresponds to the roller circulation period or a multiple thereof. In this way it is taken into account that the signal fluctuations, despite their unpredictable, so correlate statistical nature with the rotation of the roller.
- the signal fluctuations for their statistical evaluation provide support values with a sampling frequency which is in a fixed ratio to the roller speed. This results in a number of base values independent of the roller speed within the observation period, which makes it possible to predefine a specific computing capacity for the statistical evaluation.
- signal fluctuations occurring at various points within the control can be used to set the width of the dead zone, provided that they correlate with the roller eccentricities.
- the signal values applied to the dead zone on the input side are preferably used for statistical evaluation.
- Fig. 1 shows the block diagram of an AGC (automatic gauge control) control for a roll stand 1 with an upper and lower support roll 2 or 3, two work rolls 4 and 5, a hydraulic adjusting device 7 which can be actuated via a control valve 6, for setting the setting position s and a spring c G simulating the elasticity of the roll stand 1.
- the rolling stock 8, to which an equivalent material spring c M can be assigned in the roll gap, is rolled down by the two rollers 4 and 5 from an inlet thickness h e to an outlet thickness h a .
- the roll eccentricities can be described by effectively changing the roll radius ⁇ R.
- the setting position s is measured with a position sensor 9 on the setting device 7; the support roller speed n is recorded by means of a tachometer 10 on the support roller 3 and the rolling force F W is measured by means of a pressure sensor 11 on the roll stand 1.
- the measured actual value of the rolling force F W is fed to a matching amplifier 12 which reproduces the stand characteristic curve c G and which on the output side generates the spring-back actual value F W / c G.
- the summing point 13 is supplied with a value s V * instead of the actual value of the starting position s.
- the difference signal at the output of summing point 13 thus contains not only the difference ⁇ h between the target value h a * and the actual value h a of the rolling stock thickness, but also signal fluctuations caused by the eccentricities ⁇ R.
- the difference signal at the output of the summing point 13 is fed with a positive sign directly to another summing point 14, which also has the same difference signal is supplied via a limiter 15 with a negative sign.
- the limiter 15 transmits from the signal supplied to it only those signal amplitudes which lie within a range x which preferably corresponds to the amplitudes of the eccentricities ⁇ R, so that precisely this amplitude range does not appear at the output of the summing element 14.
- the limiter 15 thus forms, together with the further summing element 14, a dead zone for all signal amplitudes which lie within the range b.
- the width b of the dead zone is set so that it is insensitive to the signal fluctuations caused by the roller eccentricities ⁇ R.
- the setpoint value s * at the output of the correction amplifier 17 is fed back via a delay device 18 with a delay corresponding to the natural time of the position control (position controller 22) as the signal s V * to the summing point 13.
- the output signal s * of the correction amplifier 17 is supplied with a positive identifier and the output signal of the limiter 15 via a matching amplifier 19 with a negative sign as an additional setpoint ⁇ s * to a further summing point 20, at the output of which a final setpoint for the setting position s * is generated.
- the additional setpoint value ⁇ s * coming from the limiter 15 and supplied to the summing point 20 via the matching amplifier 19 is used to compensate for the roll eccentricities ⁇ R.
- the final setpoint for the starting position at the output of the summing point 20 is compared at an additional summing point 21 with the actual value s supplied by the position transmitter 9, the comparison result via a position controller 22 and a downstream actuator 23 for actuating the control valve 6 and thus for adjusting the Position s is used.
- the difference signal at the output of the summing point 13 is first used to detect 24 support values x i and a device 25 for statistical evaluation of the base values x i supplied.
- the device 25 over a period of observation of N base values x i their standard deviation ⁇ from the mean value x ⁇ With (1 / N * ⁇ x i 2nd - x ⁇ ⁇ 2nd ) 1/2 determined.
- the scanning is carried out as a function of the roller speed n.
- a control pulse generator 26 controlling the scanning element 24 is provided, the output-side control pulse frequency of which is dependent on that with the tachometer 10 measured roller speed n is controlled. Since the observation period on which the statistical evaluation of the signal fluctuations is based consists of a predetermined number of N base values x i , the observation period is also automatically adapted to the respective roller circulation period.
- the determined value for the standard deviation ⁇ is multiplied in a correction element 28 downstream of the device 25 by a predetermined factor in the range between 2 and 3 before it is sent to a control input 29 of the Limiter 15 for setting the zone width b is supplied.
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Description
- Verfahren zum Unterdrücken des Einflusses von Walzenexzentrizitäten auf die Regelung der Walzgutdicke in einem Walzgerüst.
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterdrücken des Einflusses von Walzenexzentrizitäten auf die Regelung der Walzgutdicke in einem Walzgerüst, wobei in der Regelung eine für von den Walzenexzentrizitäten verursachte Signalschwankungen unempfindliche Totzone vorgesehen ist, deren Zonenbreite in Abhängigkeit von der Größe der Signalschwankungen variiert wird.
- Bei der Regelung der Walzgutdicke in einem Walzgerüst besteht die Schwierigkeit, daß die Walzgutdicke als interessierende Regelgröße nicht ohne weiteres regeltechnisch auswertbar am Ort ihrer Entstehung, nämlich dem Walzspalt, gemessen werden kann und daher nicht zur unmittelbaren Ausregelung von Störungen, wie z.B. Exzentrizitäten der Walzen, herangezogen werden kann. Nach dem sogenannten Gaugemeter-Prinzip kann jedoch die momentane Walzgutdicke ha im Bereich des Walzspaltes rechnerisch aus der Anstellposition s der Walzen, der Walzkraft FW und der Federkonstanten cG des Walzgerüstes zu
- Um diesen negativen Einfluß der Walzenexzentrizitäten auf die Regelung der Walzgutdicke zu verhindern, ist es aus der DE-PS 26 43 686 bekannt, in der Regelung eine Totzone vorzusehen, die gegenüber den von den Walzenexzentrizitäten hervorgerufenen Signalschwankungen unempfindlich ist. Dabei wird die Breite der Totzone in Abhängigkeit von den Amplituden der Signalschwankungen variiert und so an das Ausmaß der Exzentrizitäten angepaßt. Zur Erfassung der Amplituden der Signalschwankungen werden Grenzwertmelder mit gestaffelten Ansprechwerten und den Grenzwertmeldern nachgeordnete Kippstufen verwendet, wodurch der Genauigkeit Grenzen gesetzt sind.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anpassung der Breite der Totzone in Abhängigkeit von den auftretenden Exzentrizitäten zu optimieren.
- Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei dem Verfahren der eingangs angegebenen Art die Variation der Zonenbreite in Abhängigkeit von einer laufenden statistischen Auswertung der Signalschwankungen erfolgt. Auf diese Weise wird dem Umstand Rechnung getragen, daß der Einfluß der Walzenexzentrizitäten auf die Regelung der Walzgutdicke und damit die entsprechenden Signalschwankungen in der Regelung nicht ohne weiteres vorhersagbare Größen sind, weswegen ihre Erfassung und Auswertung für die Regelung in vorteilhafter Weise durch die statistische Signalauswertung erfolgt.
- Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Bestimmung der Zonenbreite die Standardabweichung der Signalschwankungen von ihrem Mittelwert herangezogen. Mit der Standardabweichung wird eine das aktuelle Ausmaß der exzentrizitätsabhängigen Signalschwankungen optimal wiedergebende Größe zur Einstellung der Totzone ermittelt. Außerdem ist die Bestimmung der Standardabweichung rechentechnisch besonders einfach durchzuführen, wodurch der hardware- bzw. softwaremäßige Aufwand zur Realisierung dieser Rechenfunktion vergleichsweise gering ist.
- Um bei der Anpassung der Breite der Totzone auch außerhalb der Standardabweichung auftretende Restschwankungen berücksichtigen zu können, werden die für die Standardabweichung laufend ermittelten Werte mit einem vorgegebenen Faktor in der Größenordnung von etwa 1 bis 4, vorzugsweise 2 bis 3 gewichtet.
- Um sicherzustellen, daß bei der Signalauswertung auch tatsächlich diejenigen Signalschwankungen herangezogen werden, die auf Exzentrizitäten der Walzen beruhen, ist in vorteilhafter Weise vorgesehen, daß der statistischen Auswertung der Signalschwankungen ein Beobachtungszeitraum zugrunde liegt, der der Walzenumlaufdauer oder einem Mehrfachen davon entspricht. Auf diese Weise wird berücksichtigt, daß die Signalschwankungen trotz ihrer nicht vorhersehbaren, also statistischen Natur mit der Walzenumdrehung korrelieren.
- Aus demselben Grund ist entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, daß von den Signalschwankungen für ihre statistische Auswertung Stützwerte mit einer Abtastfrequenz erfaßt werden, die in einem festen Verhältnis zur Walzendrehzahl steht. Dadurch ergibt sich eine von der Walzendrehzahl unabhängige Anzahl von Stützwerten innerhalb des Beobachtungszeitraums, wodurch es möglich ist, für die statistische Auswertung eine bestimmte Rechenkapazität fest vorzugeben.
- Grundsätzlich können innerhalb der Regelung an verschiedenen Stellen auftretende Signalschwankungen zur Breiteneinstellung der Totzone herangezogen werden, soweit sie mit den Walzenexzentrizitäten korrelieren. Da jedoch die Totzone zur Unterdrückung solcher Signalschwankungen vorgesehen ist, werden zur statistischen Auswertung vorzugsweise die an der Totzone eingangsseitig anliegenden Signalwerte herangezogen.
- Zur Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen; im einzelnen zeigen:
- Fig. 1
- ein Blockschaltbild für die Regelung der Walzgutdicke in einem Walzgerüst,
- Fig. 2
- ein Beispiel für die Einstellung der Breite der Totzone in Abhängigkeit von der Standardabweichung der erfaßten Signalschwankungen und
- Fig. 3
- ein Beispiel für den Verlauf der Signalschwankungen und und die daran angepaßte Totzone,
- Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild einer AGC- (automatic gauge control -) Regelung für ein Walzgerüst 1 mit einer oberen und unteren Stützwalze 2 bzw. 3, zwei Arbeitswalzen 4 und 5, einer über ein Steuerventil 6 betätigbaren hydraulischen Anstellvorrichtung 7 zur Einstellung der Anstellposition s und einer die Elastizität des Walzgerüstes 1 nachbildenden Feder cG. Das Walzgut 8, dem im Walzspalt eine äquivalente Materialfeder cM zugeordnet werden kann, wird durch die beiden Walzen 4 und 5 von einer Einlaufdicke he auf eine Auslaufdicke ha heruntergewalzt. Die Walzenexzentrizitäten können durch eine effektive Änderung des Walzenradius ΔR beschrieben werden.
- Die Anstellposition s wird mit einem Positionsaufnehmer 9 an der Anstellvorrichtung 7 gemessen; die Stützwalzendrehzahl n wird mittels eines Drehzahlmessers 10 an der Stützwalze 3 erfaßt und die Walzkraft FW wird mittels eines Druckfühlers 11 am Walzgerüst 1 abgegriffen.
- Der gemessene Istwert der Walzkraft FW wird einem die Gerüstkennlinie cG nachbildenden Anpaßverstärker 12 zugeführt, der ausgangsseitig den Auffederungsistwert FW/cG erzeugt. Der Auffederungsistwert FW/cG ist mit einem negativen Vorzeichen einem Summierpunkt 13 zugeführt, an dem entsprechend der oben angegebenen Gleichung (1) der Sollwert ha* für die Auslaufdicke des Walzgutes 8 mit dem mit der Walzenexzentrizität ΔR überlagerten Istwert ha verglichen wird, wobei
- Das von den exzentrizitätsabhängigen Signalschwankungen R befreite Signal am Ausgang des Summierpunktes 14 wird einem Walzspaltregler 16 mit einem nachgeordneten Korrekturverstärker 17 zugeführt, an dessen Ausgang ein Sollwert s* für die Anstellposition erscheint. In dem Korrekurverstärker 17 wird das Ausgangssignal des Walzspaltreglers 16 mit dem Faktor 1 + cM/cG multipliziert, um so den Einfluß der Streckenverstärkung des Regelkreises mit
- Der endgültige Sollwert für die Anstellposition am Ausgang des Summierpunktes 20 wird an einem zusätzlichen Summierpunkt 21 mit dem von dem Positionsgeber 9 gelieferten Istwert s verglichen, wobei das Vergleichsergebnis über einen Positionsregler 22 und einen nachgeordneten Stellantrieb 23 zur Betätigung des Steuerventils 6 und damit zur Einstellung der Anstellposition s herangezogen wird.
- Um die Breite der von dem Begrenzer 15 zusammen mit dem Summierpunkt 14 erzeugten Totzone b an die jeweilige Amplitude der Walzenexzentrizitäten ΔR anpassen zu können, werden zunächst von dem Differenzsignal am Ausgang des Summierpunkts 13 mittels eines Abtastglieds 24 Stützwerte xi erfaßt und einer Einrichtung 25 zur statistischen Auswertung der Stützwerte xi zugeführt. In der Einrichtung 25 wird über einen Beobachtungszeitraum von N Stützwerten xi deren Standardabweichung σ vom Mittelwert
- In Fig. 2 ist in einem Diagramm ein Beispiel für die statistische Häufigkeitsverteilung 27 der Stützwerte xi in einem vorgegebenen Beobachtungszeitraum dargestellt. Ferner ist in dem Diagramm die dazugehörige Standardabweichung σ eingetragen. Um auch die außerhalb der Standardabweichung liegenden Restschwankungen der Stützwerte xi hinreichend zu berücksichtigen, wird der ermittelte Wert für die Standardabweichung σ in einem der Einrichtung 25 nachgeordneten Korrekturglied 28 mit einem vorgegebenen Faktor im Bereich zwischen 2 und 3 multipliziert, bevor er einem Steuereingang 29 des Begrenzers 15 zur Einstellung der Zonenbreite b zugeführt wird.
- In Fig. 3 ist ein Beispiel für den Verlauf der von den Exzentrizitäten ΔR hervorgerufenen Signalschwankungen am Ausgang des Summierpunkts 13 zusammen mit der in Abhängigkeit davon geregelten Zonenbreite b dargestellt.
Claims (6)
- Verfahren zum Unterdrücken des Einflusses von Walzenexzentrizitäten (ΔR) auf die Regelung der Walzgutdicke (ha) in einem Walzgerüst (1), wobei in der Regelung eine für von den Walzenexzentrizitäten (ΔR) verursachte Signalschwankungen unempfindliche Totzone (14, 15) vorgesehen ist, deren Zonenbreite (b) in Abhängigkeit von der Größe der Signalschwankungen variiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Variation der Zonenbreite (b) in Abhängigkeit von einer laufenden statistischen Auswertung der Signalschwankungen erfolgt.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Standardabweichung (σ) laufend ermittelten Werte mit einem vorgegebenen Faktor in der Größenordnung von etwa 1 bis 4, vorzugsweise 2 bis 3 gewichtet werden.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der statistischen Auswertung der Signalschwankungen ein Beobachtungszeitraum zugrunde liegt, der der Walzenumlaufdauer oder einem Mehrfachen davon entspricht.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von den Signalschwankungen für ihre statistische Auswertung Stützwerte (xi) mit einer Abtastfrequenz erfaßt werden, die in einem festen Verhältnis zur Walzendrehzahl (n) steht.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur statistischen Auswertung die an der Totzone (14, 15) eingangsseitig anliegenden Signalschwankungen herangezogen werden.
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