EP2285506A1 - Method and apparatus to suppress vibrations in a rolling mill - Google Patents

Method and apparatus to suppress vibrations in a rolling mill

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EP2285506A1
EP2285506A1 EP09765681A EP09765681A EP2285506A1 EP 2285506 A1 EP2285506 A1 EP 2285506A1 EP 09765681 A EP09765681 A EP 09765681A EP 09765681 A EP09765681 A EP 09765681A EP 2285506 A1 EP2285506 A1 EP 2285506A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hydraulic
actuator
electro
variable
controller
Prior art date
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Granted
Application number
EP09765681A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP2285506B1 (en
Inventor
Georg Keintzel
Gerald Hohenbichler
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Primetals Technologies Austria GmbH
Original Assignee
Siemens VAI Metals Technologies GmbH Austria
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens VAI Metals Technologies GmbH Austria filed Critical Siemens VAI Metals Technologies GmbH Austria
Publication of EP2285506A1 publication Critical patent/EP2285506A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP2285506B1 publication Critical patent/EP2285506B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B37/00Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/007Control for preventing or reducing vibration, chatter or chatter marks

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for suppressing vibrations in a rolling mill.
  • the invention relates to a method for suppressing vibrations, in particular 3-octave oscillations, in a rolling mill with at least one roll stand with roll adjustment and at least one set of rolls, wherein at least one permanently measured size of the rolling mill fed to a controller, with the aid of this controller in real time determined time-variable manipulated variable and the controlled variables are kept substantially at defined setpoints by the action of at least one actuator of the roller adjustment.
  • Vibrations (a so-called “active vibration compensation”), at least one permanently measured size of the rolling mill is fed to a controller which calculates a time-variable manipulated variable
  • a controller which calculates a time-variable manipulated variable
  • EP 1457274 A2 discloses a method and a device for avoiding third and fifth octave oscillations in a rolling stand. In this case, at least one roller of a set of rollers is acted upon by means of a control circuit and an actuator, whereby the controlled variables are kept at defined setpoints.
  • a control circuit and an actuator whereby the controlled variables are kept at defined setpoints.
  • concrete embodiments or selection criteria for the actuator can not be taken from the disclosure.
  • the object of the invention is to provide a method and a hydraulic
  • Roller device having device for suppressing vibrations in a rolling plant to create, with which in particular 3-octave oscillations effectively suppressed and thereby the quality of the rolling stock and / or the productivity of the rolling mill can be improved.
  • a method of the type mentioned in which the manipulated variable is fed to an electro-hydraulic actuator and at least one hydraulic actuator of the roller adjustment is acted upon by this actuator, wherein the electro-hydraulic actuator has a nominal flow> 50 l / min and at least part of the frequency response at frequencies f> 80 Hz is characterized by a magnitude decrease ⁇ 3 dB and in In this frequency range the phase drop ⁇ satisfies the conditions / ⁇ 19 • ⁇ + 3.1 - 10 6 - ⁇ 4 and ⁇ ⁇ 90 °.
  • an electro-hydraulic actuator is an electrically, for example by a 4 to 20 mA current signal, controllable hydraulic valve, for example, a continuous, single or multi-stage control, proportional or servovalve understood.
  • hydraulic valves have non-linear behavior, e.g. in the flow characteristic, the dynamic behavior of valves can be well characterized by the frequency response.
  • the frequency response is thus suitable to indicate the suitability of a valve for specific applications in terms of dynamic behavior.
  • the determination of the frequency response, ie. of the phase and magnitude steps, of continuous valves, is known to those skilled in the art e.g. out
  • an amount decrease of ⁇ 3 dB means that the magnitude response has a value of> -3 dB; a positive value of the amount decrease thus leads to a weakening of the amplitude of the output signal.
  • Analog is a phase drop of, for example, ⁇ 45 ° to understand that the phase response has a value> -45 °, ie. the output signal lags the input signal by ⁇ 45 ° (LAG behavior). Since the frequency response depends on various operating parameters, the values given for the phase drop and the absolute value drop are ⁇ 50%, preferably 85% (0% corresponds to an uncontrolled, ie closed, valve; ie, fully opened valve) and a system pressure of 70% of the rated pressure of the valve.
  • the frequency response does not necessarily have to be determined experimentally, because the Frequency response for many valves already apparent from the data sheets.
  • the amount transaction ie. the amplification factor between input and output signal, typically given in the logarithmic decibel (short dB) and the phase response, ie. the phase difference between input and output, in degrees °.
  • This notation is also known, for example from Backe, but of course also information in other units is possible.
  • the definition of the nominal flow rate or nominal flow rate is known from chapter 3.6.3 Nominal flow rate from jaw.
  • the nominal flow rate is determined at a pressure difference of 70 bar with fully actuated valve spool.
  • the values for the phase loss ⁇ in ° are to be determined from a numerical equation, whereby the frequency f is to be used in Hz.
  • the inventive method can be performed if at least a part of the frequency response of the electro-hydraulic actuator at frequencies f> 80 Hz, preferably 200> f> 80 Hz, characterized by a magnitude decrease ⁇ 3 dB and in this
  • Occurring vibrations are advantageously detected particularly quickly or suppressed in a particularly rapid manner when a permanently measured variable with a sampling time ⁇ 1 ms, preferably ⁇ 0.2 ms, a controller is supplied.
  • a further advantageous embodiment of the method is that the difference of the accelerations between the value on the piston rod and the value on the cylinder housing of a hydraulic actuator of the roller adjustment is used as a permanently measured variable.
  • a permanently measured variable is filtered by means of one or more bandpass filters, preferably by bandpass filters higher than the second order.
  • the controller determines the manipulated variable, taking into account a mathematical control law and a submodel, which characterizes the system state or the system behavior and preferably contains a hydraulic and / or mechanical and / or rolling force model.
  • this controller ensures that the rolling mill shows the desired, predetermined by the manipulated variable, behavior largely independent of the respective operating point. Since the frequency response of each real actuator-particularly strong, of course, at higher frequencies-shows a phase drop, it is advantageous that the manipulated variable fed to a lead / lag member and thereby the phase position of the manipulated variable is changed. By means of a lead / lag member, it is possible to change the phase position of a signal, in the specific case of the manipulated variable signal, and thus compensate for the phase shift caused by the actuator at least partially or even completely.
  • the manipulated variable of the controller for suppressing vibrations of another manipulated variable, such as a roll gap control, additively superimposed and optionally supplied to a electro-hydraulic actuator after a phase change and / or a non-linear compensation.
  • the efficiency of the method according to the invention can be further increased if the supply pressure and / or the control pressure and / or the tank pressure at the electro-hydraulic actuator is stabilized by means of hydraulic accumulators.
  • the response time of the actuator is shortened or achieved a uniform response of the actuator largely independent of transient pressure fluctuations.
  • the electrohydraulic actuator In rolling mills with high rolling forces, it is advantageous for the electrohydraulic actuator to have a nominal flow rate> 100 l / min, preferably> 200 l / min. This makes it possible, with an actuator and high flow rates for controlling one or more actuators
  • the nominal flow rate is determined at a pressure drop of 70 bar.
  • the size of the electrohydraulic actuator is selected via the inequality Q Nom > 1592 -V Cyl , wherein the cylinder volume in m 3 is to be used in this numerical equation and the nominal volume flow Q.Nom in l / min results.
  • an electrically controlled hydraulic valve to which the manipulated variable can be fed, and at least one hydraulic cylinder of the roller adjustment, on the at least one roller of the set of rollers can be acted upon the hydraulic valve has a nominal flow> 50 l / min and at least part of the frequency response at frequencies f> 80 Hz has a magnitude drop ⁇ 3 dB and in this frequency range, the phase drop ⁇ the conditions f> l9 - ⁇ [ ⁇ + 3, l ⁇ Q- 6 - ⁇ 4 and ⁇ ⁇ 90 ° is sufficient.
  • the device for suppressing vibrations is performed when at least part of the frequency response of the hydraulic valve at frequencies> 80 Hz, preferably 200>f> 80 Hz, a Amount drop ⁇ 3 dB and in this frequency range, the phase drop ⁇ the conditions / ⁇ 19 • tf ⁇ + 3.1 • 1 (T 6 • ⁇ 4 , preferably f ⁇ 23 - lß + 3, l - 1 (T 6 • ⁇ 4 , particularly preferably f ⁇ 27 - ⁇ ß + 3, l - 1 (T 6 • ⁇ 4 , and ⁇ ⁇ 90 ° is sufficient.
  • a measuring device is designed as an acceleration, pressure or force sensor.
  • the measuring devices are connected to the digital controller, for example, via cable or fieldbus.
  • Measuring device has two acceleration sensors, wherein a sensor with the piston rod and a sensor with the cylinder housing of a hydraulic cylinder of the roller adjustment is connected. It is advantageous that the measuring axis of an acceleration sensor is arranged parallel to the Anstellcardi a hydraulic cylinder of the roll adjustment.
  • a further improvement of the dynamic properties of the device according to the invention can be achieved if a supply line and / or a control line and / or a tank line to the hydraulic valve has a hydraulic accumulator for pressure stabilization.
  • the hydraulic valve has a nominal flow rate> 100 l / min, preferably> 200 l / min.
  • the electro-hydraulic actuator has a nominal flow rate of Q Nem > 1592 -V 2 ⁇ , in turn, the cylinder volume V Zy ⁇ in m 3 is used and the nominal flow rate Q.Nenn in l / min results.
  • Particularly advantageous dynamic properties of the device can be achieved if a hydraulic valve with a hydraulic cylinder of the roll adjustment forms an assembly or the hydraulic valve is in the immediate vicinity of the hydraulic cylinder.
  • FIG. 1 Scheme of a controlled system for the suppression of vibrations
  • Fig. 2 Scheme of a roll stand with the device according to the invention for the suppression of vibrations
  • Fig. 3 shows the inventive area of the phase drop of an electro-hydraulic actuator
  • Fig. 1 shows the basic structure of a controlled system for the suppression of vibrations.
  • a controller 4 supplies.
  • This controller 4 comprising a control algorithm and the plant state characterizing partial models, calculated in real time, taking into account the filtered measured variable 2 and a target size 5 at least one time variable manipulated variable 6, which is a lead / lag member 7 and then a non-linear compensation element 8 is supplied ,
  • a lead / lag member 7 By a lead / lag member 7, the phase of a signal, in the specific case of the Manipulated variable 6, to be changed.
  • Such a change in the phase position is particularly advantageous because it is possible to assume a substantially constant chatter frequency in a particular rolling mill, and it is possible to make targeted use of this knowledge to increase the power of the vibration suppression.
  • the resulting volumetric flow 10 is subsequently supplied to at least one actuator designed as a hydraulic cylinder 11, which in turn exerts forces on a roller of the roller set.
  • This makes it possible, first, to selectively extract energy from a disturbance variable 13 and, secondly, to selectively influence the attenuation of the overall system. Both measures have an advantageous effect on the suppression of third octave oscillations and cause thereby the quality of the rolling stock and / or the production capacity of the rolling mill can be increased.
  • a rolling mill 12 of a rolling mill is shown.
  • a controller 4 is connected to a designed as a servo valve hydraulic valve 9.
  • a hydraulic cylinder 11 which is in communication with the hydraulic valve 9, a roll of the roll adjustment is applied, wherein in addition to the adjusting movement of the roller and the impingement to avoid vibrations.
  • position signals 14, pressure signals 15 and acceleration signals 16 of an acceleration pickup 1 are indicated.
  • Fig. 3 the inventive phase drop of an electro-hydraulic hydraulic valve is indicated.
  • the frequency f is shown in Hz, on the abscissa the phase drop ⁇ in °. The frequency range has been cut off for clarity at 350 Hz.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Metal Rolling (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Abstract

The present invention relates to a method and to an apparatus for suppression of vibrations in a rolling mill.  The problem of the invention is to create a method and an apparatus having a hydraulic roller actuator for the suppression of vibrations in a rolling mill, with which in particular the third-octave vibrations can be effectively suppressed and thereby the quality of the rolled material and/or the productivity of the rolling mill can be improved.  This problem is solved by a method in which the control variable is supplied to an electro-hydraulic actuating unit and then due to this actuating unit at least one hydraulic actuator for the roller setting is actuated, wherein the electro-hydraulic actuating unit has a nominal rate of flow ≥ 50 l/min and at least a portion of the frequency response at frequencies f ≥ 80 Hz is characterized by a drop in value of ≤ 3 dB, and in this frequency range, the phase drop ϕ satisfies the conditions (I) and ϕ < 90°.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Unterdrückung von Schwingungen in einer Walzanlage Method and device for suppressing vibrations in a rolling mill
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Unterdrückung von Schwingungen in einer Walzanlage.The present invention relates to a method and a device for suppressing vibrations in a rolling mill.
Konkret betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Unterdrückung von Schwingungen, insbesondere 3. Oktav Schwingungen, in einer Walzanlage mit zumindest einem Walzgerüst mit Walzenanstellung und zumindest einem Walzensatz, wobei wenigstens eine permanent gemessene Größe der Walzanlage einem Regler zugeführt, mit Hilfe dieses Reglers in Echtzeit eine zeitlich veränderliche Stellgröße ermittelt und durch die Beaufschlagung mindestens eines Aktuators der Walzenanstellung die Regelgrößen im Wesentlichen bei definierten Sollwerten gehalten werden.Specifically, the invention relates to a method for suppressing vibrations, in particular 3-octave oscillations, in a rolling mill with at least one roll stand with roll adjustment and at least one set of rolls, wherein at least one permanently measured size of the rolling mill fed to a controller, with the aid of this controller in real time determined time-variable manipulated variable and the controlled variables are kept substantially at defined setpoints by the action of at least one actuator of the roller adjustment.
Bei Walzanlagen, insbesondere Kaltwalzstraßen, ist es bekannt, dass es unter bestimmten Betriebszuständen, wie z.B. Bandzug, Bandzugdifferenz, Reibkoeffizienten, Dickenabnahme, Materialfestigkeit und Bandgeschwindigkeit, zu unerwünschten Schwingungen kommt, die zu erheblichen Schäden an der Anlage, als auch zu Defekten am Walzgut führen können. Dem Fachmann sind aus der Vielzahl bei Walzprozessen auftretenden Schwingungen die 3. Oktav- Schwingungen, engl. 3d octave chatter, bekannt. 3. Oktav-Schwingungen treten typischerweise in einem Frequenzbereich von etwa 80 bis 170 Hz auf und sind von einem hohen Energieinhalt sowie instabilen Schwingungszuständen gekennzeichnet, sodass auch erhebliche mechanische Schäden am Walzgerüst einer Walzanlage auftreten können. Da es bei diesen Schwingungen aber auch zu Bewegungen des Walzensatzes und somit zu Abweichungen vom Sollwalzspalt kommt, führt dies zu Defekten am Walzgut, welche als Oberflächendefekte, geometrische Defekte oder auch als Kombinationen davon ausgeprägt sein können. Typischerweise wird beim Auftreten derartiger Schwingungen vom Betriebspersonal der Walzanlage eine sofortige Reduktion der Walzgeschwindigkeit vorgenommen, das mit einer Durchsatzreduktion (also verringerter Produktivität) einhergeht und zum Abklingen der Schwingungen führt. Der angegebene Frequenzbereich für 3. Oktav-Schwingungen hängt wesentlich von der jeweiligen Anlagenkonfiguration und den Walzparametern ab und kann daher auch davon abweichen. Bei einem Verfahren zur Unterdrückung vonIn rolling mills, especially cold rolling mills, it is known that under certain operating conditions, such as strip tension, strip tension difference, friction coefficient, thickness decrease, material strength and belt speed, undesirable vibrations, which lead to significant damage to the system, as well as defects in the rolling stock can. The skilled person are from the variety occurring during rolling vibrations, the 3rd octave oscillations, engl. 3 d octave chatter, known. 3. Octave oscillations typically occur in a frequency range of about 80 to 170 Hz and are characterized by a high energy content and unstable vibration states, so that considerable mechanical damage to the roll stand of a rolling mill can occur. However, since movements of the set of rolls and thus deviations from the set roll gap occur during these oscillations, this leads to defects in the rolling stock, which can be pronounced as surface defects, geometric defects or even combinations thereof. Typically, upon the occurrence of such vibrations by the operating staff of the rolling mill an immediate reduction of Walzgeschwindigkeit made, which is accompanied by a reduction in throughput (ie reduced productivity) and leads to the decay of the vibrations. The specified frequency range for 3rd octave oscillations depends essentially on the respective system configuration and the rolling parameters and can therefore deviate from this. In a method of suppressing
Schwingungen (einer sog. „aktiven Schwingungskompensation"), wird zumindest eine permanent gemessene Größe der Walzanlage einem Regler zugeführt, der eine zeitlich veränderliche Stellgröße berechnet. Durch die Beaufschlagung zumindest eines Aktuators der Walzenanstellung ist es möglich, die Regelgrößen im Wesentlichen, dh. bis z.B. auf Überschwingvorgänge, bei definierten Sollwerten zu halten.Vibrations (a so-called "active vibration compensation"), at least one permanently measured size of the rolling mill is fed to a controller which calculates a time-variable manipulated variable By applying at least one actuator of the roller adjustment, it is possible to substantially, ie eg to overshoots, to keep at defined setpoints.
In der EP 1457274 A2 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vermeidung von 3. und 5. Oktav-Schwingungen in einem Walzgerüst offenbart. Hierbei wird mittels eines Regelkreises und eines Aktuators mindestens eine Walze eines Walzensatzes beaufschlagt, wodurch die Regelgrößen bei definierten Sollwerten gehalten werden. Konkrete Ausführungsformen bzw. Auswahlkriterien für den Aktuator können der Offenbarung allerdings nicht entnommen werden.EP 1457274 A2 discloses a method and a device for avoiding third and fifth octave oscillations in a rolling stand. In this case, at least one roller of a set of rollers is acted upon by means of a control circuit and an actuator, whereby the controlled variables are kept at defined setpoints. However, concrete embodiments or selection criteria for the actuator can not be taken from the disclosure.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine hydraulischeThe object of the invention is to provide a method and a hydraulic
Walzenanstellung aufweisende Vorrichtung zur Unterdrückung von Schwingungen in einer Walzanlage zu schaffen, mit denen insbesondere 3. Oktav-Schwingungen effektiv unterdrückt und dadurch die Qualität des Walzguts und/oder die Produktivität der Walzanlage verbessert werden kann.Roller device having device for suppressing vibrations in a rolling plant to create, with which in particular 3-octave oscillations effectively suppressed and thereby the quality of the rolling stock and / or the productivity of the rolling mill can be improved.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Stellgröße einem elektro-hydraulischen Stellglied zugeführt und durch dieses Stellglied zumindest ein hydraulischer Aktuator der Walzenanstellung beaufschlagt wird, wobei das elektro-hydraulische Stellglied über einen Nenndurchfluss > 50 l/min verfügt und zumindest ein Teil des Frequenzgangs bei Frequenzen f > 80 Hz durch einen Betragsabfall < 3 dB charakterisiert wird und in diesem Frequenzbereich der Phasenabfall φ den Bedingungen / ≥ 19 • ^ + 3,1 - 10 6 - ^4 und ^ < 90° genügt.This object is achieved by a method of the type mentioned, in which the manipulated variable is fed to an electro-hydraulic actuator and at least one hydraulic actuator of the roller adjustment is acted upon by this actuator, wherein the electro-hydraulic actuator has a nominal flow> 50 l / min and at least part of the frequency response at frequencies f> 80 Hz is characterized by a magnitude decrease <3 dB and in In this frequency range the phase drop φ satisfies the conditions / ≥ 19 • ^ + 3.1 - 10 6 - ^ 4 and ^ <90 °.
Hierbei wird unter einem elektro-hydraulischen Stellglied ein elektrisch, beispielsweise durch ein 4 bis 20 mA Stromsignal, ansteuerbares Hydraulikventil, beispielsweise ein stetiges, ein- oder mehrstufiges Regel-, Proportional- oder Servoventil verstanden. Obwohl Hydraulikventile ein nichtlineares Verhalten aufweisen, z.B. in der Durchflusskennlinie, lässt sich das dynamische Verhalten von Ventilen gut über den Frequenzgang charakterisieren. Der Frequenzgang ist somit geeignet, die Eignung eines Ventils für bestimmte Einsatzzwecke im Sinne des dynamischen Verhaltens anzugeben. Die Ermittlung des Frequenzgangs, dh. des Phasen- und des Betragsgangs, von stetigen Ventilen ist dem Fachmann z.B. ausHere, an electro-hydraulic actuator is an electrically, for example by a 4 to 20 mA current signal, controllable hydraulic valve, for example, a continuous, single or multi-stage control, proportional or servovalve understood. Although hydraulic valves have non-linear behavior, e.g. in the flow characteristic, the dynamic behavior of valves can be well characterized by the frequency response. The frequency response is thus suitable to indicate the suitability of a valve for specific applications in terms of dynamic behavior. The determination of the frequency response, ie. of the phase and magnitude steps, of continuous valves, is known to those skilled in the art e.g. out
Kapitel 3.7.2 Verhalten im Frequenzbereich von W. Backe: Umdruck zuChapter 3.7.2 Behavior in the frequency range of W. Backe: Transfer to
Vorlesung Servohydraulik, 6. Auflage, Institut für hydraulische und pneumatische Antriebe und Steuerung der RWTH Aachen, 1992.Lecture Servohydraulics, 6th edition, Institute for Hydraulic and Pneumatic Drives and Control of RWTH Aachen, 1992.
bekannt. Im Sinne der Offenbarung ist unter einem Betragsabfall von < 3 dB zu verstehen, dass der Betragsgang einen Wert > -3 dB aufweist; ein positiver Wert des Betragsabfalls führt also zu einer Abschwächung der Amplitude des Ausgangssignals. Analog ist unter einem Phasenabfall von beispielsweise < 45° zu verstehen, dass der Phasengang einen Wert > -45° aufweist, dh. dass das Ausgangssignal dem Eingangssignal um < 45° nacheilt (LAG Verhalten). Da der Frequenzgang von verschiedenen Betriebsparametern abhängt, sind die angegebenen Werte für den Phasenabfall und den Betragsabfall bei einer Aussteuerung von ±50 %, bevorzugt 85 %, (0% entspricht einem nicht ausgesteuerten, dh. geschlossenen, Ventil; 100% entsprechen einem voll ausgesteuerten, dh. voll geöffneten, Ventil) und einem Systemdruck von 70 % des Nenndrucks des Ventils zu ermitteln. In vielen Fällen muss der Frequenzgang aber nicht notwendiger Weise erst experimentell ermittelt werden, da der Frequenzgang für viele Ventile bereits aus den Datenblättern hervorgeht. In den Datenblättern wird der Betragsgang, dh. der Verstärkungsfaktor zwischen Ein- und Ausgangssignal, typischerweise im logarithmischen Maß Dezibel (kurz dB) angegeben und der Phasengang, dh. der Phasenunterschied zwischen Ein- und Ausgangssignal, in Grad °. Diese Notation ist ebenfalls, z.B. aus Backe, bekannt, selbstverständlich sind jedoch auch Angaben in anderen Einheiten möglich. Die Definition des Nenndurchflusses, bzw. des Nennvolumenstroms, ist aus Kapitel 3.6.3 Nennvolumenstrom aus Backe bekannt. Der Nenndurchfluss wird bei einer Druckdifferenz von 70 bar bei voll ausgesteuertem Ventilschieber ermittelt. Die Werte für den Phasenabfall φ in ° sind aus einer Zahlenwertungleichung zu ermitteln, wobei die Frequenz f in Hz einzusetzen ist.known. For the purposes of the disclosure, an amount decrease of <3 dB means that the magnitude response has a value of> -3 dB; a positive value of the amount decrease thus leads to a weakening of the amplitude of the output signal. Analog is a phase drop of, for example, <45 ° to understand that the phase response has a value> -45 °, ie. the output signal lags the input signal by <45 ° (LAG behavior). Since the frequency response depends on various operating parameters, the values given for the phase drop and the absolute value drop are ± 50%, preferably 85% (0% corresponds to an uncontrolled, ie closed, valve; ie, fully opened valve) and a system pressure of 70% of the rated pressure of the valve. In many cases, however, the frequency response does not necessarily have to be determined experimentally, because the Frequency response for many valves already apparent from the data sheets. In the data sheets, the amount transaction, ie. the amplification factor between input and output signal, typically given in the logarithmic decibel (short dB) and the phase response, ie. the phase difference between input and output, in degrees °. This notation is also known, for example from Backe, but of course also information in other units is possible. The definition of the nominal flow rate or nominal flow rate is known from chapter 3.6.3 Nominal flow rate from jaw. The nominal flow rate is determined at a pressure difference of 70 bar with fully actuated valve spool. The values for the phase loss φ in ° are to be determined from a numerical equation, whereby the frequency f is to be used in Hz.
In besonders vorteilhafter Weise lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren durchführen, wenn zumindest ein Teil des Frequenzgangs des elektro- hydraulischen Stellglieds bei Frequenzen f > 80 Hz, bevorzugt 200 > f > 80 Hz, durch einen Betragsabfall < 3 dB charakterisiert wird und in diesemIn a particularly advantageous manner, the inventive method can be performed if at least a part of the frequency response of the electro-hydraulic actuator at frequencies f> 80 Hz, preferably 200> f> 80 Hz, characterized by a magnitude decrease <3 dB and in this
Frequenzbereich der Phasenabfall φ den Bedingungen / ≥ 19 - \[φ + 3,1 -10 ~6 - φ4 , bevorzugt / > 23 • $ß + 3,1 • 1(T6 • φ4 , besonders bevorzugt / > 27 • $ß + 3,1 • 1(T6 • φ4 , und φ < 90° genügt. Mittels dieser vorteilhaften Ausführungsformen lassen sich nochmals verbesserte Resultate bei der Unterdrückung von Schwingungen erzielen, da der Phasenabfall des elektro-hydraulischen Stellglieds weiter reduziert wurde und/oder der Frequenzgang, dh. der Phasen- und Betragsabfall, in einem für die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe besonders günstigen Frequenzband liegen.Frequency range of the phase drop φ the conditions / ≥ 19 - \ [φ + 3,1 -10 ~ 6 - φ 4 , preferably /> 23 • $ ß + 3,1 • 1 (T 6 • φ 4 , more preferably /> 27 • $ β + 3,1 • 1 (T 6 • φ 4 , and φ <90 °) By means of these advantageous embodiments, it is possible to achieve even better results in the suppression of vibrations, since the phase drop of the electro-hydraulic actuator has been further reduced and / or the frequency response, ie the phase and magnitude drop, are in a frequency band which is particularly favorable for the solution of the object according to the invention.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich vorteilhaft ausführen, wenn als eine permanent gemessene Größe die Beschleunigung in Anstellrichtung, ein hydraulischer Druck oder die Anstellkraft eines hydraulischen Aktuators der Walzenanstellung herangezogen wird. Diese Tatsache ist unmittelbar einsichtig, da die Beschleunigung über das Newton'sche Grundgesetz F = m - x mit der Masse m und der Anstellkraft F, bzw. die Kraft F über F = p - A mit dem hydraulischen Druck und der Kolbenfläche des Aktuators verbunden ist und somit eine sehr empfindliche und genaue Messung möglich ist.The method according to the invention can be carried out advantageously if the acceleration in the setting direction, a hydraulic pressure or the setting force of a hydraulic actuator of the roller setting is used as a permanently measured variable. This fact is immediately obvious, since the acceleration over the Newtonian basic law F = m - x with the Mass m and the contact force F, or the force F via F = p - A is connected to the hydraulic pressure and the piston surface of the actuator and thus a very sensitive and accurate measurement is possible.
Auftretende Schwingungen werden vorteilhafterweise besonders schnell erkannt bzw. in weiterer Folge besonders rasch unterdrückt, wenn eine permanent gemessene Größe mit einer Abtastzeit < 1 ms, bevorzugt < 0,2 ms, einem Regler zugeführt wird.Occurring vibrations are advantageously detected particularly quickly or suppressed in a particularly rapid manner when a permanently measured variable with a sampling time <1 ms, preferably <0.2 ms, a controller is supplied.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, dass als eine permanent gemessene Größe die Differenz der Beschleunigungen zwischen dem Wert an der Kolbenstange und dem Wert am Zylindergehäuse eines hydraulischen Aktuators der Walzenanstellung herangezogen wird. Mittels dieser Ausführungsform ist es möglich, die effektiv auftretenden Kräfte bzw. Beschleunigungen besonders genau zu erfassen.A further advantageous embodiment of the method is that the difference of the accelerations between the value on the piston rod and the value on the cylinder housing of a hydraulic actuator of the roller adjustment is used as a permanently measured variable. By means of this embodiment, it is possible to detect the effectively occurring forces or accelerations particularly accurately.
In zwei weiteren vorteilhaften Ausführungsformen des Verfahrens, wird eine permanent gemessene Größe mittels eines oder mehrerer Bandpassfilter, bevorzugt durch Bandpassfilter höher als zweiter Ordnung, gefiltert. Mittels dieser Ausführungsformen ist es möglich, die für Chatter Schwingungen relevantenIn two further advantageous embodiments of the method, a permanently measured variable is filtered by means of one or more bandpass filters, preferably by bandpass filters higher than the second order. By means of these embodiments, it is possible to relevant for Chatter vibrations
Frequenzanteile aus einer gemessenen Größe herauszufiltern und einem Regler zuzuführen.Filter out frequency components from a measured quantity and feed them to a controller.
Es ist weiters vorteilhaft, dass der Regler die Stellgröße unter Berücksichtigung eines mathematischen Regelgesetzes und eines Teilmodells ermittelt, welches den Anlagenzustand bzw. das Anlagenverhalten charakterisiert und vorzugsweise ein hydraulisches und/oder mechanisches und/oder Walzkraftmodell enthält. Durch diesen erfindungsgemäßen Regler wird sichergestellt, dass die Walzanlage das gewünschte, durch die Stellgröße vorgegebene, Verhalten weitgehend unabhängig vom jeweiligen Betriebspunkt zeigt. Da der Frequenzgang jedes realen Stellglieds - besonders stark natürlich bei höheren Frequenzen - einen Phasenabfall zeigt, ist es vorteilhaft, dass die Stellgröße einem Lead/Lag Glied zugeführt und dabei die Phasenlage der Stellgröße verändert wird. Mittels eines Lead/Lag Glieds ist es möglich, die Phasenlage eines Signals, im konkreten Fall des Stellgrößensignals, zu verändern und so die durch das Stellglied bedingte Phasenverschiebung zumindest teilweise oder gar vollständig zu kompensieren.It is further advantageous that the controller determines the manipulated variable, taking into account a mathematical control law and a submodel, which characterizes the system state or the system behavior and preferably contains a hydraulic and / or mechanical and / or rolling force model. By this controller according to the invention ensures that the rolling mill shows the desired, predetermined by the manipulated variable, behavior largely independent of the respective operating point. Since the frequency response of each real actuator-particularly strong, of course, at higher frequencies-shows a phase drop, it is advantageous that the manipulated variable fed to a lead / lag member and thereby the phase position of the manipulated variable is changed. By means of a lead / lag member, it is possible to change the phase position of a signal, in the specific case of the manipulated variable signal, and thus compensate for the phase shift caused by the actuator at least partially or even completely.
Es ist weiters vorteilhaft, die Stellgröße einem nichtlinearen Kompensationsglied zuzuführen und dabei Nichtlinearitäten der hydraulischen Walzenanstellung zu reduzieren bzw. zu kompensieren. Dem Fachmann ist bekannt, dass z.B. die Durchflusskennlinie eines Hydraulikventils als auch das dynamische Verhalten eines Hydraulikzylinders signifikante Nichtlinearitäten aufweisen. Nachdem diese Nichtlinearitäten bekannt sind, ist es möglich, diese vollständig oder zumindest teilweise mittels einer nichtlinearen Kompensation zu beseitigen.It is also advantageous to supply the manipulated variable to a non-linear compensation element and thereby to reduce or compensate for non-linearities of the hydraulic roller adjustment. It is known to the person skilled in the art that e.g. the flow characteristic of a hydraulic valve as well as the dynamic behavior of a hydraulic cylinder have significant nonlinearities. After these nonlinearities are known, it is possible to eliminate them completely or at least partially by means of a non-linear compensation.
In einer weiteren vorteilhaften Ausprägung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wird die Stellgröße des Reglers zur Unterdrückung von Schwingungen einer weiteren Stellgröße, beispielsweise einer Walzspaltregelung, additiv überlagert und gegebenenfalls nach einer Phasenveränderung und/oder einer nichtlinearen Kompensation einem elektro-hydraulischen Stellglied zugeführt. Dadurch ist es möglich, die zwei Regelkreise i) zur Unterdrückung von Schwingungen und ii) der Walzspaltregelung weitgehend unabhängig voneinander zu optimieren, wodurch die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems gesteigert werden kann.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the manipulated variable of the controller for suppressing vibrations of another manipulated variable, such as a roll gap control, additively superimposed and optionally supplied to a electro-hydraulic actuator after a phase change and / or a non-linear compensation. This makes it possible to optimize the two control circuits i) to suppress vibrations and ii) the roll gap control largely independently of each other, whereby the performance of the overall system can be increased.
Die Effizienz des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich weiter steigern, wenn der Versorgungsdruck und/oder der Steuerdruck und/oder der Tankdruck am elektro-hydraulischen Stellglied mittels hydraulischer Akkumulatoren stabilisiert wird. Durch diese Maßnahme wird die Ansprechzeit des Stellglieds verkürzt bzw. ein gleichmäßiges Ansprechen des Stellglieds weitgehend unabhängig von transienten Druckschwankungen erreicht. Bei Walzgerüsten mit hohen Walzkräften ist es vorteilhaft, dass das elektro- hydraulische Stellglied über einen Nenndurchfluss > 100 l/min, bevorzugt > 200 l/min, verfügt. Dadurch ist es möglich, mit einem Stellglied auch hohe Volumenströme für die Ansteuerung eines oder mehrerer Aktuatoren derThe efficiency of the method according to the invention can be further increased if the supply pressure and / or the control pressure and / or the tank pressure at the electro-hydraulic actuator is stabilized by means of hydraulic accumulators. By this measure, the response time of the actuator is shortened or achieved a uniform response of the actuator largely independent of transient pressure fluctuations. In rolling mills with high rolling forces, it is advantageous for the electrohydraulic actuator to have a nominal flow rate> 100 l / min, preferably> 200 l / min. This makes it possible, with an actuator and high flow rates for controlling one or more actuators
Walzenanstellung bereitzustellen. Wie oben angemerkt, wird der Nenndurchfluss bei einem Druckabfall von 70 bar ermittelt.To provide roll adjustment. As noted above, the nominal flow rate is determined at a pressure drop of 70 bar.
Vorteilhafterweise wird die Größe des elektro-hydraulischen Stellglieds über die Ungleichung QNenn > 1592 -VZyl ausgewählt, wobei in diese Zahlenwertungleichung das Zylindervolumen in m3 einzusetzen ist und sich der Nennvolumenstrom Q.Nenn in l/min ergibt. Das Zylindervolumen ergibt sich aus der Formel VZyl = AZyl - Hub , wobei die Kolbenfläche mit AZyι und der maximale Hub des Hydraulikzylinders mit Hub angegeben wird. Um eine besonders hohe Dynamik der Schwingungsunterdrückung zu erreichen ist es vorteilhaft, jedem Stellglied genau einem hydraulischen Aktuator der Walzenanstellung zuzuordnen.Advantageously, the size of the electrohydraulic actuator is selected via the inequality Q Nom > 1592 -V Cyl , wherein the cylinder volume in m 3 is to be used in this numerical equation and the nominal volume flow Q.Nom in l / min results. The cylinder volume results from the formula V Zyl = A Zyl - Hub, the piston area with A Zy ι and the maximum stroke of the hydraulic cylinder is specified with stroke. In order to achieve a particularly high dynamics of vibration suppression, it is advantageous to assign each actuator exactly one hydraulic actuator of the roller adjustment.
Um eine möglichst unmittelbare Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu ermöglichen, welche die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe löst, ist es vorteilhaft, dass ein elektrisch angesteuertes Hydraulikventil, dem die Stellgröße zuführbar ist, und zumindest ein Hydraulikzylinder der Walzenanstellung, über den mindestens eine Walze des Walzensatzes beaufschlagbar ist, vorhanden sind, wobei das Hydraulikventil einen Nenndurchfluss > 50 l/min aufweist und zumindest ein Teil des Frequenzgangs bei Frequenzen f > 80 Hz einen Betragsabfall < 3 dB aufweist und in diesem Frequenzbereich der Phasenabfall φ den Bedingungen f > l9 -\[φ + 3,lΛQ-64 und ^ < 90° genügt.In order to allow the most direct implementation of the method according to the invention, which solves the problem underlying the invention, it is advantageous that an electrically controlled hydraulic valve to which the manipulated variable can be fed, and at least one hydraulic cylinder of the roller adjustment, on the at least one roller of the set of rollers can be acted upon, the hydraulic valve has a nominal flow> 50 l / min and at least part of the frequency response at frequencies f> 80 Hz has a magnitude drop <3 dB and in this frequency range, the phase drop φ the conditions f> l9 - \ [ φ + 3, lΛQ- 64 and ^ <90 ° is sufficient.
In besonders vorteilhafter Weise wird die Vorrichtung zur Unterdrückung von Schwingungen ausgeführt, wenn zumindest ein Teil des Frequenzgangs des Hydraulikventils bei Frequenzen > 80 Hz, bevorzugt 200 > f > 80 Hz, einen Betragsabfall < 3 dB aufweist und in diesem Frequenzbereich der Phasenabfall φ den Bedingungen / ≥ 19 • tfφ + 3,1 • 1(T6 • φ4 , bevorzugt f ≥ 23 - lß + 3,l - 1(T6 • φ4 , besonders bevorzugt f ≥ 27 -\ß + 3,l - 1(T6 • φ4 , und φ < 90° genügt.In a particularly advantageous manner, the device for suppressing vibrations is performed when at least part of the frequency response of the hydraulic valve at frequencies> 80 Hz, preferably 200>f> 80 Hz, a Amount drop <3 dB and in this frequency range, the phase drop φ the conditions / ≥ 19 • tfφ + 3.1 • 1 (T 6 • φ 4 , preferably f ≥ 23 - lß + 3, l - 1 (T 6 • φ 4 , particularly preferably f ≥ 27 - \ ß + 3, l - 1 (T 6 • φ 4 , and φ <90 ° is sufficient.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wird eine Messeinrichtung als Beschleunigungs-, Druck- oder Kraftsensor ausgeführt. Die Messeinrichtungen sind beispielsweise über Kabel oder Feldbus mit dem digitalen Regler verbunden.In a further advantageous embodiment of the device according to the invention, a measuring device is designed as an acceleration, pressure or force sensor. The measuring devices are connected to the digital controller, for example, via cable or fieldbus.
Eine vorteilhafte Messeinrichtung lässt sich dann erzielen, wenn eineAn advantageous measuring device can then be achieved if a
Messeinrichtung zwei Beschleunigungssensoren aufweist, wobei ein Sensor mit der Kolbenstange und ein Sensor mit dem Zylindergehäuse eines Hydraulikzylinders der Walzenanstellung verbunden ist. Dabei ist es vorteilhaft, dass die Messachse eines Beschleunigungssensors parallel zur Anstellrichtung eines Hydraulikzylinders der Walzenanstellung angeordnet ist.Measuring device has two acceleration sensors, wherein a sensor with the piston rod and a sensor with the cylinder housing of a hydraulic cylinder of the roller adjustment is connected. It is advantageous that the measuring axis of an acceleration sensor is arranged parallel to the Anstellrichtung a hydraulic cylinder of the roll adjustment.
Eine weitere Verbesserung der dynamischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Vorrichtung lässt sich erzielen, wenn eine Versorgungsleitung und/oder eine Steuerleitung und/oder eine Tankleitung zum Hydraulikventil einen hydraulischen Akkumulator zur Druckstabilisierung aufweist.A further improvement of the dynamic properties of the device according to the invention can be achieved if a supply line and / or a control line and / or a tank line to the hydraulic valve has a hydraulic accumulator for pressure stabilization.
Bei hohen Walzkräften ist es vorteilhaft, die Vorrichtung so auszuführen, dass das Hydraulikventil einen Nenndurchfluss > 100 l/min, bevorzugt > 200 l/min, aufweist.At high rolling forces, it is advantageous to design the device such that the hydraulic valve has a nominal flow rate> 100 l / min, preferably> 200 l / min.
Vorteilhafterweise weist das elektro-hydraulische Stellglied einen Nenndurchfluss von QNem > 1592 -V2^ auf, wobei wiederum das Zylindervolumen VZyι in m3 einzusetzen ist und sich der Nenndurchfluss Q.Nenn in l/min ergibt.Advantageously, the electro-hydraulic actuator has a nominal flow rate of Q Nem > 1592 -V 2 ^, in turn, the cylinder volume V Zy ι in m 3 is used and the nominal flow rate Q.Nenn in l / min results.
Eine vorteilhafte Bauform der Vorrichtung, weil besonders kompakt, lässt sich erzielen, wenn der Regler mit dem Hydraulikventil eine Baugruppe bildet oder sich der Regler in unmittelbarer räumlicher Nähe des Hydraulikventils befindet. Das Hydraulikventil ist beispielsweise über Kabel oder Feldbus mit dem digitalen Regler verbunden.An advantageous design of the device, because particularly compact, can be achieved when the controller forms an assembly with the hydraulic valve or itself the controller is located in the immediate vicinity of the hydraulic valve. The hydraulic valve is connected to the digital controller, for example via cable or fieldbus.
Besonders vorteilhafte dynamische Eigenschaften der Vorrichtung lassen sich erzielen, wenn ein Hydraulikventil mit einem Hydraulikzylinder der Walzenanstellung eine Baugruppe bildet oder sich das Hydraulikventil in unmittelbarer räumlicher Nähe des Hydraulikzylinders befindet.Particularly advantageous dynamic properties of the device can be achieved if a hydraulic valve with a hydraulic cylinder of the roll adjustment forms an assembly or the hydraulic valve is in the immediate vicinity of the hydraulic cylinder.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung nicht einschränkender Ausführungsbeispiele, wobei auf die folgenden Figuren Bezug genommen wird, die Folgendes zeigen:Further advantages and features of the present invention will become apparent from the following description of non-limiting embodiments, reference being made to the following figures, which show the following:
Fig. 1 Schema einer Regelstrecke zur Unterdrückung von Schwingungen Fig. 2 Schema eines Walzgerüsts mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Unterdrückung von SchwingungenFig. 1 Scheme of a controlled system for the suppression of vibrations Fig. 2 Scheme of a roll stand with the device according to the invention for the suppression of vibrations
Fig. 3 der erfindungsgemäße Bereich des Phasenabfalls eines elektro- hydraulischen StellgliedsFig. 3 shows the inventive area of the phase drop of an electro-hydraulic actuator
Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Regelstrecke zur Unterdrückung von Schwingungen. Über einen Beschleunigungssensor 1 , der mit einer Walze eines Walzgerüstes 12 in Verbindung steht, wird eine Messgröße 2 einem Bandpassfilter 3, welcher als Bandpass vierter Ordnung ausgeführt ist, zugeführt, welcher dem für Chatter Schwingungen relevanten Frequenzanteil der Messgröße, dh. des Beschleunigungssignals, einem Regler 4 zuführt. Dieser Regler 4, beinhaltend einen Regelalgorithmus und den Anlagenzustand charakterisierende Teilmodelle, errechnet in Echtzeit unter Berücksichtigung der gefilterten Messgröße 2 und einer Sollgröße 5 wenigstens eine zeitlich veränderliche Stellgröße 6, welche einem Lead/Lag Glied 7 und im Anschluss daran einem nichtlinearen Kompensationsglied 8 zugeführt wird. Durch ein Lead/Lag Glied 7 kann die Phasenlage eines Signals, im konkreten Fall der Stellgröße 6, verändert werden. Eine derartige Veränderung der Phasenlage ist deswegen besonders vorteilhaft, weil man bei einer bestimmten Walzanlage von einer im Wesentlichen konstanten Chatterfrequenz ausgehen kann, und man dieses Wissen gezielt zur Leistungssteigerung der Schwingungsunterdrückung nutzen kann. Geht man beispielsweise von einer Chatterfrequenz von 150 Hz der Walzanlage aus und ist bei dieser Frequenz entweder aus einem Datenblatt oder aus experimentellen Untersuchungen des Hydraulikventils 9 bekannt, dass das Ventil bei dieser Frequenz einen gewissen Phasenabfall aufweist, so kann dieser Phasenabfall mittels des Lead/Lag Glieds 7 vollständig oder zumindest teilweise kompensiert werden. Im Anschluss an das Lead/Lag Glied 7, werden wesentliche Nichtlineahtäten, beispielsweise der Durchflusskennlinie eines hydraulischen Servoventils 9 und/oder des dynamischen Verhaltens eines Hydraulikzylinders 11 , mittels eines Kompensators 8 ausgeglichen. Das so kompensierte und phasenverschobene Stellgrößensignal wird anschließend dem Hydraulikventil 9, welches als stetiges, ein- oder mehrstufiges Servo-, Proportional- oder Regelventil ausgeführt ist, zugeführt. Der resultierende Volumenstroms 10 wird in weiterer Folge zumindest einem als Hydraulikzylinder 11 ausgeführten Aktuator zugeführt, welcher wiederum Kräfte auf eine Walze des Walzensatzes ausübt. Hierdurch ist es möglich, erstens einer Störgröße 13 gezielt Energie zu entziehen und zweitens, die Dämpfung des Gesamtsystems gezielt zu beeinflussen. Beide Maßnahmen wirken sich vorteilhaft auf die Unterdrückung von 3. Oktav-Schwingungen aus und bewirken, dass dadurch die Qualität des Walzguts und/oder die Produktionsleistung der Walzanlage erhöht werden kann.Fig. 1 shows the basic structure of a controlled system for the suppression of vibrations. Via an acceleration sensor 1, which is in communication with a roll of a roll stand 12, a measured variable 2 is fed to a bandpass filter 3, which is designed as a fourth order bandpass, which corresponds to the frequency component of the measured variable relevant for chatter oscillations, ie. of the acceleration signal, a controller 4 supplies. This controller 4, comprising a control algorithm and the plant state characterizing partial models, calculated in real time, taking into account the filtered measured variable 2 and a target size 5 at least one time variable manipulated variable 6, which is a lead / lag member 7 and then a non-linear compensation element 8 is supplied , By a lead / lag member 7, the phase of a signal, in the specific case of the Manipulated variable 6, to be changed. Such a change in the phase position is particularly advantageous because it is possible to assume a substantially constant chatter frequency in a particular rolling mill, and it is possible to make targeted use of this knowledge to increase the power of the vibration suppression. For example, assuming a Chatter frequency of 150 Hz of the rolling mill and is known at this frequency either from a data sheet or from experimental studies of the hydraulic valve 9 that the valve has a certain phase drop at this frequency, this phase drop by means of the lead / lag Member 7 are completely or at least partially compensated. Following the lead / lag element 7, essential non-linearities, for example the flow characteristic of a hydraulic servo valve 9 and / or the dynamic behavior of a hydraulic cylinder 11, are compensated by means of a compensator 8. The thus compensated and phase-shifted manipulated variable signal is then the hydraulic valve 9, which is designed as a continuous, single or multi-stage servo, proportional or control valve supplied. The resulting volumetric flow 10 is subsequently supplied to at least one actuator designed as a hydraulic cylinder 11, which in turn exerts forces on a roller of the roller set. This makes it possible, first, to selectively extract energy from a disturbance variable 13 and, secondly, to selectively influence the attenuation of the overall system. Both measures have an advantageous effect on the suppression of third octave oscillations and cause thereby the quality of the rolling stock and / or the production capacity of the rolling mill can be increased.
In Fig. 2 ist ein Walzgerüst 12 einer Walzanlage dargestellt. Hierbei ist ein Regler 4 mit einem als Servoventil ausgeführten Hydraulikventil 9 verbunden. In einem Hydraulikzylinder 11 , der mit dem Hydraulikventil 9 in Verbindung steht, wird eine Walze der Walzenanstellung beaufschlagt, wobei neben der Anstellbewegung der Walze auch die Beaufschlagung zur Vermeidung von Schwingungen erfolgt. Als Eingangsgrößen für den Regler 4 sind Positionssignale 14, Drucksignale15 und Beschleunigungssignale 16 eines Beschleunigungsaufnehmers 1 angedeutet. In Fig. 3 ist der erfindungsgemäße Phasenabfall eines elektro-hydraulischen Hydraulikventils angegeben. Auf der Ordinate ist die Frequenz f in Hz, auf der Abszisse der Phasenabfall φ in ° dargestellt. Der Frequenzbereich wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit bei 350 Hz abgeschnitten. Der Phasenabfall errechnet sich in folgender Weise: Ist man beispielsweise an einer Frequenz f zu einem Phasenabfall von 60° interessiert, dh. an der Frequenz bei der der Phasengang φ = -60° beträgt, so setzt man den Wert φ = 60° in die Gleichung / ≥ 19 - ^ + 3,1 - 10 6 - φ4 ein. Daraus ergibt sich ein Wert f=114,6 Hz, dh. der Phasengang des erfindungsgemäßen Ventils darf erst bei Frequenzen f > 114,6 Hz einen Phasenabfall von φ = 60° aufweisen, bzw. der Phasengang darf erst bei Frequenzen f > 114,6 Hz den Wert φ = -60° unterschreiten. In Fig. 2, a rolling mill 12 of a rolling mill is shown. Here, a controller 4 is connected to a designed as a servo valve hydraulic valve 9. In a hydraulic cylinder 11, which is in communication with the hydraulic valve 9, a roll of the roll adjustment is applied, wherein in addition to the adjusting movement of the roller and the impingement to avoid vibrations. As input variables for the controller 4, position signals 14, pressure signals 15 and acceleration signals 16 of an acceleration pickup 1 are indicated. In Fig. 3 the inventive phase drop of an electro-hydraulic hydraulic valve is indicated. On the ordinate the frequency f is shown in Hz, on the abscissa the phase drop φ in °. The frequency range has been cut off for clarity at 350 Hz. The phase drop is calculated in the following way: For example, if you are interested in a frequency f to a phase drop of 60 °, ie. at the frequency at which the phase response φ = -60 °, we set the value φ = 60 ° in the equation / ≥ 19 - ^ + 3,1 - 10 6 - φ 4 . This results in a value f = 114.6 Hz, ie. the phase response of the valve according to the invention may have a phase drop of φ = 60 ° only at frequencies f> 114.6 Hz, or the phase response may only fall below the value φ = -60 ° at frequencies f> 114.6 Hz.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Beschleunigungssensor1 acceleration sensor
2 Messgröße2 measured variable
3 Bandpassfilter3 bandpass filter
4 Regler4 controllers
5 Sollgröße5 target size
6 Stellgröße6 manipulated variable
7 Lead/Lag Glied7 lead / lag member
8 Kompensator8 compensator
9 Hydraulikventil9 hydraulic valve
10 Volumenstrom10 flow rate
11 Hydraulikzylinder11 hydraulic cylinders
12 Walzgerüst12 rolling stand
13 Störgröße13 disturbance
14 Positionssignal14 position signal
15 Drucksignal15 pressure signal
16 Beschleunigungssignal 16 acceleration signal

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Unterdrückung von Schwingungen, insbesondere dritter Oktav- Schwingungen, in einer Walzanlage mit zumindest einem Walzgerüst mit Walzenanstellung und zumindest einem Walzensatz, wobei wenigstens eine permanent gemessene Größe der Walzanlage einem Regler zugeführt, mit Hilfe dieses Reglers in Echtzeit eine zeitlich veränderliche Stellgröße ermittelt und durch die Beaufschlagung mindestens eines Aktuators der Walzenanstellung die Regelgrößen im Wesentlichen bei definierten Sollwerten gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße einem elektro-hydraulischen Stellglied zugeführt und durch dieses Stellglied zumindest ein hydraulischer Aktuator der Walzenanstellung beaufschlagt wird, wobei das elektro-hydraulische Stellglied über einen Nenndurchfluss > 50 l/min verfügt und zumindest ein Teil des Frequenzgangs bei Frequenzen f > 80 Hz durch einen Betragsabfall < 3 dB charakterisiert wird und in diesem Frequenzbereich der Phasenabfall φ den1. A method for suppressing vibrations, in particular third octave oscillations, in a rolling mill with at least one roll stand with roll adjustment and at least one set of rolls, wherein at least one permanently measured size of the rolling mill fed to a controller, with the aid of this controller in real time a time-variable control variable determined and held by the action of at least one actuator of the roller adjustment, the control variables substantially at defined setpoints, characterized in that the manipulated variable fed to an electro-hydraulic actuator and at least one hydraulic actuator of the roller adjustment is acted upon by this actuator, wherein the electro-hydraulic Actuator has a nominal flow> 50 l / min and characterized at least part of the frequency response at frequencies f> 80 Hz by a magnitude decrease <3 dB and in this frequency range of the phase drop φ the
Bedingungen / > 19 --^ + 3,1 - HT6 - φ4 und φ < 90° genügt.Conditions /> 19 - ^ + 3,1 - HT 6 - φ 4 and φ <90 ° is sufficient.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Frequenzgangs des elektro-hydraulischen Stellglieds bei Frequenzen f > 80 Hz durch einen Betragsabfall < 3 dB charakterisiert wird und in diesem Frequenzbereich der Phasenabfall φ den Bedingungen / ≥ 23 • ijφ + 3,1 • 10 6 • φ4 , bevorzugt / ≥ 27 • \[φ + 3,1 • 1(T6 • φ4 , und φ < 90° genügt.2. The method according to claim 1, characterized in that at least a part of the frequency response of the electro-hydraulic actuator at frequencies f> 80 Hz is characterized by a magnitude decrease <3 dB and in this frequency range of the phase drop φ the conditions / ≥ 23 • ijφ + 3.1 • 10 6 • φ 4 , preferably / ≥ 27 • \ [φ + 3.1 • 1 (T 6 • φ 4 , and φ <90 ° is sufficient.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Frequenzgangs des elektro-hydraulischen Stellglieds bei Frequenzen 200 > f > 80 Hz durch einen Betragsabfall < 3 dB charakterisiert wird und in diesem Frequenzbereich der Phasenabfall φ den Bedingungen3. The method according to claim 1, characterized in that at least a part of the frequency response of the electro-hydraulic actuator at frequencies 200> f> 80 Hz is characterized by a magnitude decrease <3 dB and in this frequency range of the phase drop φ the conditions
/ ≥ 19 • \ß + 3,1 • 1(T6 • φ4 , bevorzugt / ≥ 23 • \ß + 3,1 • 1(T6 • φ4 , besonders bevorzugt f ≥ 27 - lß + 3,l - 1(T6 • φ4 , und φ < 90° genügt. / ≥ 19 • \ ß + 3,1 • 1 (T 6 • φ 4 , preferably / ≥ 23 • \ ß + 3,1 • 1 (T 6 • φ 4 , more preferably f ≥ 27 - lß + 3, l - 1 (T 6 • φ 4 , and φ <90 ° is sufficient.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als eine permanent gemessene Größe die Beschleunigung in Anstellrichtung, ein hydraulischer Druck oder die Anstellkraft eines hydraulischen Aktuators der Walzenanstellung herangezogen wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that is used as a permanently measured size, the acceleration in Anstellrichtung, a hydraulic pressure or the contact force of a hydraulic actuator of the roll adjustment.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine permanent gemessene Größe mit einer Abtastzeit < 1 ms, bevorzugt < 0,2 ms, einem Regler zugeführt wird.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a permanently measured variable with a sampling time <1 ms, preferably <0.2 ms, a controller is supplied.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als eine permanent gemessene Größe die Differenz der Beschleunigungen zwischen dem Wert an der Kolbenstange und dem Wert am Zylindergehäuse eines hydraulischen Aktuators der Walzenanstellung herangezogen wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that is used as a permanently measured variable, the difference in accelerations between the value at the piston rod and the value at the cylinder housing of a hydraulic actuator of the roller adjustment.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine permanent gemessene Größe mittels eines oder mehrerer Bandpassfilter gefiltert wird.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a permanently measured variable is filtered by means of one or more bandpass filter.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine permanent gemessene Größe mittels eines oder mehrerer Bandpassfilter höher als zweiter Ordnung gefiltert wird.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a permanently measured variable is filtered by means of one or more bandpass filter higher than second order.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler die Stellgröße unter Berücksichtigung eines mathematischen Regelgesetzes und eines Teilmodells ermittelt, welches den Anlagenzustand bzw. das Anlagenverhalten charakterisiert und vorzugsweise ein hydraulisches und/oder mechanisches und/oder Walzkraftmodell enthält.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the controller determines the manipulated variable under consideration of a mathematical control law and a submodel, which characterizes the system state or the system behavior and preferably contains a hydraulic and / or mechanical and / or rolling force model.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße einem Lead/Lag Glied zugeführt und dabei die Phasenlage der Stellgröße verändert wird. 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the manipulated variable fed to a lead / lag member while the phase angle of the manipulated variable is changed.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße einem nichtlinearen Kompensationsglied zugeführt und dabei Nichtlineahtäten der hydraulischen Walzenanstellung reduziert oder kompensiert werden.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the manipulated variable is supplied to a non-linear compensation member while nonlinearities of the hydraulic roller adjustment are reduced or compensated.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße des Reglers zur Unterdrückung von Schwingungen einer weiteren Stellgröße, beispielsweise einer Walzspaltregelung, additiv überlagert und gegebenenfalls nach einer Phasenveränderung und/oder einer nichtlinearen Kompensation einem elektro-hydraulischen Stellglied zugeführt wird.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the manipulated variable of the controller for suppressing vibrations of another manipulated variable, for example, a roll gap control, additively superimposed and optionally supplied to a electro-hydraulic actuator after a phase change and / or a non-linear compensation.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Versorgungsdruck und/oder der Steuerdruck und/oder der Tankdruck am elektro-hydraulischen Stellglied mittels hydraulischer Akkumulatoren stabilisiert wird.13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the supply pressure and / or the control pressure and / or the tank pressure is stabilized on the electro-hydraulic actuator by means of hydraulic accumulators.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektro-hydraulische Stellglied über einen Nenndurchfluss > 100 l/min, bevorzugt > 200 l/min, verfügt.14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the electro-hydraulic actuator via a nominal flow rate> 100 l / min, preferably> 200 l / min, has.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das elektro-hydraulische Stellglied über einen Nenndurchfluss QNenn > 1592 -VZyl verfügt und durch ein Stellglied genau ein hydraulischer Aktuator der Walzenanstellung beaufschlagt wird.15. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the electro-hydraulic actuator has a nominal flow Q rated > 1592 -V Zyl and is acted upon by an actuator exactly one hydraulic actuator of the roller adjustment.
16. Vorrichtung zur Unterdrückung von Schwingungen, insbesondere dritter Oktav-Schwingungen, in einer Walzanlage, umfassend ein Walzgerüst, eine Walzenanstellung, zumindest einen Walzensatz, wenigstens eine Messeinrichtung zum permanenten Messen einer Größe der Walzanlage und einen Regler, dem die gemessene Größe zuführbar ist und mit dessen Hilfe in Echtzeit zumindest eine zeitlich veränderliche Stellgröße ermittelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisch angesteuertes Hydraulikventil, dem die Stellgröße zuführbar ist, und zumindest ein Hydraulikzylinder der Walzenanstellung, über den mindestens eine Walze des Walzensatzes beaufschlagbar ist, vorhanden sind, wobei das Hydraulikventil einen Nenndurchfluss > 50 l/min aufweist und zumindest ein Teil des Frequenzgangs bei Frequenzen f > 80 Hz einen Betragsabfall < 3 dB aufweist und in diesem Frequenzbereich der Phasenabfall φ den Bedingungen16. A device for suppressing vibrations, in particular third octave oscillations, in a rolling mill, comprising a roll stand, a roll adjustment, at least one set of rolls, at least one measuring device for permanently measuring a size of the rolling mill and a controller to which the measured size can be fed and with the help of which in real time at least one time-variable manipulated variable can be determined, characterized in that an electrically controlled hydraulic valve to which the manipulated variable can be supplied is, and at least one hydraulic cylinder of the roller adjustment over which at least one roller of the set of rollers can be acted upon, wherein the hydraulic valve has a nominal flow> 50 l / min and at least part of the frequency response at frequencies f> 80 Hz, a magnitude drop <3 dB has and in this frequency range of the phase drop φ the conditions
/ ≥ 19 - ^ + 3,1 - 1(T6 - ^4 und ^ < 90° genügt./ ≥ 19 - ^ + 3,1 - 1 (T 6 - ^ 4 and ^ <90 ° is sufficient.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Frequenzgangs des Hydraulikventils bei Frequenzen > 80 Hz einen Betragsabfall < 3 dB aufweist und in diesem Frequenzbereich der Phasenabfall φ den Bedingungen / > 23 - ^ + 3,1 - 10 6 - φ4 , bevorzugt / > 27 - tfφ + 3,1 -1(T6 - φ\ und φ < 90° genügt.17. The apparatus according to claim 16, characterized in that at least> 80 Hz having at frequencies an amount drop <3 dB, a part of the frequency response of the hydraulic valve and φ in this frequency range the phase lag the conditions /> 23 - ^ + 3.1 - 10 -6 - φ 4 , preferably /> 27 - tfφ + 3,1 -1 (T 6 - φ \ and φ <90 ° is sufficient.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Frequenzgangs des Hydraulikventils bei Frequenzen 200 > f > 80 Hz einen Betragsabfall < 3 dB aufweist und in diesem Frequenzbereich der Phasenabfall φ den Bedingungen / ≥ 19 • ijφ + 3,1 • 10 6 • φ4 , bevorzugt18. The device according to claim 16, characterized in that at least a portion of the frequency response of the hydraulic valve at frequencies 200>f> 80 Hz has a magnitude decrease <3 dB and in this frequency range of the phase drop φ the conditions / ≥ 19 • ijφ + 3.1 • 10 6 • φ 4 , preferred
/ ≥ 23 • \[φ + 3,1 • 10~6 • φ4 , besonders bevorzugt / ≥ 27 • tfφ + 3,1 • 10~6 • φ4 , und φ < 90° genügt./ ≥ 23 • \ [φ + 3,1 • 10 ~ 6 • φ 4 , more preferably / ≥ 27 • tfφ + 3,1 • 10 ~ 6 • φ 4 , and φ <90 ° is sufficient.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinrichtung als Beschleunigungs-, Druck- oder Kraftsensor ausgeführt ist.19. Device according to one of claims 16 to 18, characterized in that a measuring device is designed as an acceleration, pressure or force sensor.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinrichtung zwei Beschleunigungssensoren aufweist, wobei ein Sensor mit der Kolbenstange und ein Sensor mit dem Zylindergehäuse eines Hydraulikzylinders der Walzenanstellung verbunden ist.20. Device according to one of claims 16 to 19, characterized in that a measuring device comprises two acceleration sensors, wherein a sensor with the piston rod and a sensor with the cylinder housing of a hydraulic cylinder of the roller adjustment is connected.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messachse eines Beschleunigungssensors parallel zur Anstellrichtung eines Hydraulikzylinders der Walzenanstellung angeordnet ist. 21. Device according to one of claims 19 or 20, characterized in that a measuring axis of an acceleration sensor is arranged parallel to the Anstellrichtung a hydraulic cylinder of the roll adjustment.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Versorgungsleitung und/oder eine Steuerleitung und/oder eine Tankleitung zum Hydraulikventil einen hydraulischen Akkumulator zur Druckstabilisierung aufweist.22. Device according to one of claims 16 to 21, characterized in that a supply line and / or a control line and / or a tank line to the hydraulic valve has a hydraulic accumulator for pressure stabilization.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikventil einen Nenndurchfluss > 100 l/min, bevorzugt > 200 l/min, aufweist.23. Device according to one of claims 16 to 22, characterized in that the hydraulic valve has a nominal flow rate> 100 l / min, preferably> 200 l / min.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikventil einen Nenndurchfluss QNenn > 1592-Vzy aufweist.24. Device according to one of claims 16 to 23, characterized in that the hydraulic valve has a nominal flow Q Nenn > 1592-V zy .
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler mit dem Hydraulikventil eine Baugruppe bildet oder sich der Regler in unmittelbarer räumlicher Nähe des Hydraulikventils befindet.25. Device according to one of claims 16 to 24, characterized in that the controller forms an assembly with the hydraulic valve or the controller is in the immediate vicinity of the hydraulic valve.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hydraulikventil mit einem Hydraulikzylinder der Walzenanstellung eine Baugruppe bildet oder sich das Hydraulikventil in unmittelbarer räumlicher Nähe des Hydraulikzylinders befindet. 26. Device according to one of claims 16 to 25, characterized in that a hydraulic valve with a hydraulic cylinder of the roller adjustment forms an assembly or the hydraulic valve is in the immediate vicinity of the hydraulic cylinder.
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