EP2839892A1 - Verfahren zur Bearbeitung von Walzgut in einer Walzstraße und Walzstraße - Google Patents

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EP2839892A1
EP2839892A1 EP13181568.0A EP13181568A EP2839892A1 EP 2839892 A1 EP2839892 A1 EP 2839892A1 EP 13181568 A EP13181568 A EP 13181568A EP 2839892 A1 EP2839892 A1 EP 2839892A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rolling
time
drive
speed
stand
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13181568.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard Weisshaar
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP13181568.0A priority Critical patent/EP2839892A1/de
Priority to PCT/EP2014/067669 priority patent/WO2015024941A1/de
Priority to US14/913,752 priority patent/US10500621B2/en
Priority to CN201480046711.0A priority patent/CN105658347B/zh
Publication of EP2839892A1 publication Critical patent/EP2839892A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • B21B37/46—Roll speed or drive motor control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/48—Tension control; Compression control
    • B21B37/52—Tension control; Compression control by drive motor control

Definitions

  • the invention relates to a method for processing rolling stock in a rolling train with at least two rolling stands, each having at least one roller, wherein each rolling mill is assigned a separate drive for the at least one roller and a rolling train.
  • the rolling stock passes through a rolling mill with several billets, for example, a preliminary, an intermediate and a finished block.
  • the rolling blocks each comprise a plurality of rolling stands, in which the rolling stock is rolled in several passes to tapes or wires.
  • wire rolling mill stands which have as rollers each two superimposed caliber rolling rings with alternately round and oval-shaped calibers whose cross-section decreases after each stitch.
  • round bars are made from billets with an approximately square cross-section.
  • the rotational speeds of the rolls of the individual rolling stands In order to roll the rolling stock at each roll stand to the desired thickness or the desired cross section, the rotational speeds of the rolls of the individual rolling stands must be controlled to a target value for the speed.
  • the individual speed setpoints and thus also a ratio of the speeds of rotation of the successive rolling stands to each other are usually given from a stitch plan.
  • the predetermined speed ratio In order to obtain the desired thickness or the desired cross-section of the processed rolling stock at the end of the rolling mill, the predetermined speed ratio must be kept as accurate as possible during machining, ie the actual values for the rotational speeds of the rolls of the successive rolling stands must always be within the given processing Speed ratio correspond.
  • each rolling stand of the rolling block with a separate drive, so its own engine and gearbox is driven.
  • the roll speeds of the rolls for each roll stand can be set independently for each drive via speed setpoints, which are set via a speed control available for each drive.
  • a wear of individual rolls or pairs of rolling rings can then be compensated by changing the speed setpoint to achieve the required roller speed of the respective drive.
  • no complicated in its construction mechanical transfer case is needed.
  • a major challenge of such a drive solution is the speed control of the individual rolling stands during the processing of rolling stock.
  • a rolling stand is tapped, ie when the rolling stock hits the rolls, acts on this a real load moment, which causes a collapse of the speed of the rollers on this rolling stand.
  • the rollers of other rolling stands to which no or a different, eg a smaller, real load moment acts at the moment of tapping, have an unchanged or only slightly changed speed. This has the consequence that the rotational speeds of the individual drives or rollers are no longer synchronous, so no longer work in a predetermined speed ratio to each other. This can lead to tensile or compressive loads and thus to a tearing of the wire or looping of the rolling stock between individual rolling stands.
  • the object of the invention is to provide a method for processing rolling stock, in which the above-mentioned disadvantages be avoided. It is also an object of the invention to provide a rolling train for carrying out the method.
  • the first object is achieved by a method having the features of patent claim 1.
  • a method according to the invention for processing rolling stock in a rolling train which comprises at least one rolling block having at least one roll, wherein each rolling mill is assigned a separate drive with a speed regulator for the at least one roll, becomes dependent at a time the time of loading the drive of the first stand of the rolling block with a real load torque for speed control of the drives the speed controller of each drive in response to an expected real load torque each supplied an additional value.
  • this first rolling stand is subjected to a real load moment.
  • the time of loading is thus the time of entry of the rolling stock into the mill, so that a real load torque is applied to this stand.
  • the speed controller of the drive of the first rolling stand and the speed regulators of the drives of the following rolling stands of the same rolling block, ie, all other rolling stands of the finished block at the same time in each case an additional value, for example a torque value supplied.
  • the time at which the respective additional value is supplied is chosen depending on the timing of the application so that the speed controller of the respective rolling stand compensates for the real load torque and thus prevents a speed drop there or at least largely compensated. Since system-related delays occur in a rolling mill, the additional value is ideally supplied at a time as a function of the time of the application, that a corresponding torque of the drives caused by the additional value takes place at the time in which the real load torque occurs. The additional value is determined depending on the expected real load torque, ie the real load torque, which is expected to occur at the entry of the rolling stock in the first rolling mill, for each speed controller of each drive and fed to the respective speed controller at the time of loading.
  • a simultaneous presetting of all speed controllers of all drives of a rolling block takes place at the time of tapping in the first roll stand with the additional value in order to ensure a simultaneous feedforward control of the rolling speeds of all rolling stands and thus a synchronization of all drives.
  • the output value of the speed controller is set to a non-zero initial value in order to achieve a faster response of the speed controller to a speed drop.
  • all speed controllers of all drives of the rolling block are simultaneously subjected to the respective additional value at a time shortly before, at the same time or shortly after the moment when the first rolling stand is acted upon by a real load moment, that is to say at a time dependent on the moment of application.
  • the speed controller of the first rolling stand or first drive subjected to a real load torque is supplied with the additional value, but the speed controller of each drive of each rolling stand of the rolling block, not only is the speed decrease at the drive subjected to a real load moment reduced . but also the speed ratio of the rolling stands of a rolling block to each other is maintained.
  • the speed regulators of the drives may have different regulators, e.g. P or PI controllers, to which the additional value can be supplied.
  • the respective additional value is supplied to the speed controller, which comprises a PI controller, as default of an I component.
  • the I component of the speed controller is set to a non-zero starting value in order to achieve a faster response of the speed controller to a speed drop.
  • a default setting of the I component of the speed controller in contrast to an additive additional value on the output variable has the advantage that the additional value does not have to be "turned off" again, but is automatically reduced by the speed controller.
  • an independent correction of the speed controller takes place in that the additional value is adjusted based on a comparison of the setpoint and actual values of the speeds.
  • the expected real load torque and the respective additional value are determined on the basis of a pass schedule.
  • a stitch plan for example, it is determined to which thickness the rolling stock is to be rolled in the individual rolling stands, and which speed setpoints must be set for this purpose. From this, load moments can be determined which are expected for the individual rolling stands.
  • the respective additional values are determined in the pass schedule from the determined expected real load torques and fed to the respective speed controller. This is particularly advantageous if no measured values for occurring real load moments are present, that is, for example, at the beginning of the processing.
  • the time of loading of the first roll stand of a rolling block is determined on the basis of various measured values.
  • the time of action of the drive of the first rolling stand with the real load torque is determined based on a measurement of a rolling force.
  • the entry of the rolling stock into the first roll stand ie the loading of the first rolling stand with a real load moment, triggers an almost sudden loading of the drive of the first rolling stand, so that the time of loading, ie the tapping point, via a measurement of the rolling force on the first roll stand can be detected.
  • Such a measurement of the rolling force is carried out in particular with a strain gauge, which is integrated, for example, in a base plate of the first rolling stand. Although this does not give an exact value for the rolling force, a value proportional to the rolling force is sufficient to determine the time of loading. If this value exceeds a threshold value, this is evaluated as an indicator for acting on the drive, ie the entry of the rolling stock into the rolling stand. The time at which this threshold is exceeded is thus considered as the time of loading the first stand with a real load moment. The supply of the respective additional value thus takes place shortly after the time of loading and the speed drop is reduced.
  • timing of the application of the drive of the first stand to determine with the real load torque based on a material tracking of the rolling stock.
  • This can be done for example by means of a model-based material tracking.
  • hot metal detectors for material tracking, which are arranged, for example, in front of the first roll stand of a rolling block.
  • detectors include, inter alia, a light barrier, with which the time can be detected, to which the front end of the rolling stock, so for example the wire tip, the detector passes. If the position of the detector with respect to the first roll stand or the running time of the rolling stock up to the first roll stand or the speed of the rolling stock is known, the time of loading can be determined therefrom.
  • delays occurring, for example, in determining the point in time of the application are taken into account.
  • Such a delay may be, for example, the response time of the aforementioned light barrier, which is then taken into account in the determination of the time of addition of the additional value.
  • time-delayed default of the speed controller For example, avoided a disadvantageous for the function of the method, time-delayed default of the speed controller.
  • delays in the speed controller and the drives are taken into account in order to determine the time at which the additional value is supplied.
  • These include, for example, moments of inertia of the drive, such as the current rise time of the motor.
  • the timing of the feed is corrected according to the delay time, so that the additional value is supplied at an earlier time corresponding to the duration of the delay.
  • the additional value is thus ideally supplied at one point in time as a function of the time of the application, that the corresponding torque of the drives caused by the additional value occurs exactly at the time in which the real load torque occurs.
  • the respective additional value is adapted during processing of the rolling stock on the basis of correction factors.
  • the correction factors of the individual additional values are equal to one.
  • the individual correction factors are adjusted.
  • the set values of the I components can be made mutable for each drive.
  • the second-mentioned object is achieved with a rolling train having the features of patent claim 9.
  • the rolling mill for machining rolling stock comprises at least one rolling block having at least two rolling stands each having at least one roll, wherein each rolling stand is assigned a separate drive with speed control for the at least one roll , and a control unit implementing software for performing the method of any one of the preceding claims.
  • FIG. 1 shows a section of a rolling train 2 with two rolling blocks 20, for example, an intermediate block 20a and a finished block 20b.
  • a rolling block 20 comprises at least two rolling stands 4, each having at least one roller 13, for example two rollers 13, for machining a rolling stock 6 FIG. 1
  • eight consecutive rolling stands 4 of a rolling block 20 are shown, for reasons of clarity, only for the finished block 20b, which passes through the rolling stock 6, for example a billet, which is rolled into wire.
  • Each rolling stand 4 is a separate drive 8, comprising a motor 10 and a transmission 12, associated with a speed controller 14, which in FIG. 1 for reasons of clarity, only for a rolling mill 4 is shown.
  • the speed controller 14 controls the roller 13 of the respective drive 8 to a desired value for the speed n soll .
  • the speed controller 14 of the drive 8 constantly an actual value of the speed n is detected, with the setpoint of the speed n soll , which is determined, for example, based on a stitch plan, compared and adapted.
  • the rolling train 2 comprises a control / regulating unit 24 - likewise shown only for a rolling stand 4 - in which software for carrying out the method is implemented.
  • FIG. 2 shows a speed control 26 for a rolling block 20 with a plurality of rolling stands 4 for controlling the speeds n Ist, i all drives 8 and thus the rollers 13 of the rolling stands 4 of the rolling block 20, for example, the finished block 20b.
  • Each drive 8 is associated with a speed controller 14, which comprises a PI controller, which is a control difference between the actual value of Speed n Ist, i and the setpoint of speed n soll, i are detected and controlled.
  • the speed control 26 comprises a current or torque control circuit 28 for each drive 8, which supplies power to the motor 10 and controls it to a desired operating point and which takes into account the moments of inertia of the drive 8 in the control.
  • the first rolling stand 4 of the rolling block 20 is acted upon at a time t B with a real load torque.
  • an additional value ZW is supplied to the speed controller 14 of each drive 8 as a function of the expected real load torque at a time t ZW for speed control of the drives 8.
  • all drives 8 at a time t ZW which was determined as a function of the time t B and, for example, shortly before, at or shortly after this time t B of the admission is pre-occupied with an additional value ZW.
  • This is supplied to the respective PI controller of the respective drive 8 as default of the I component.
  • Each drive 8 or the respective speed controller 14 is therefore supplied with the respective additional value ZW at the time t ZW .
  • the expected real load torque and the respective additional value ZW are determined using a pass schedule and fed to the PI controller of the respective speed controller 14 at a time t ZW .
  • the speed controller 14 is released again in the next system clock and regulates the control difference between the actual value of the rotational speed n actual, i and the target value of the rotational speed n target, i .
  • a measuring device 22 available. With the measuring device 22, the time t B of the loading of the first roll stand 4 with the real load torque, for example, based on a measurement of the rolling force M is determined.
  • the measuring device 22 for measuring the rolling force is designed as a strain gauge, which is arranged in the first rolling stand 4.
  • the time t B of the loading of the first roll stand 4 is determined with the real load torque based on a material tracking.
  • the measuring device 22 has a "hot metal detector" which is arranged in front of the first rolling stand 4 and detects the point in time at which the rolling stock 6 passes through it.
  • the time t B of the loading of the first rolling stand 4 with the real load torque is thus determined even before the entry of the rolling stock 6 in the first rolling stand 4 of the rolling block 20.
  • the time t ZW is determined. At the time t ZW is the rolling stock 6, as in FIG. 1 indicated by dashed lines, even before the first rolling stand. 4
  • the synchronicity of the individual rolling stands 4 of the rolling block 20b and of the last stand of the rolling block 20a, ie their speed ratio to one another, is ensured when the rolling stock 6 enters the rolling block 20b.
  • a specified from the stitch plan speed ratio of the rolling stands 4 thus remains throughout the processing of rolling stock 6 constant. This prevents looping between the individual rolling stands 4 of a rolling block 20 and between the rolling blocks 20a and 20b.
  • the respective additional value ZW is adapted during the processing of the rolling stock 6 on the basis of correction factors K i , whereby the additional values for each drive can still be made invulnerable and thereby made more accurate while eliminating incalculable dirt effects.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung von Walzgut (6) in einer Walzstraße (2), die mindestens einen mindestens zwei Walzgerüste (4) mit jeweils mindestens einer Walze (13) aufweisenden Walzblock (20, 20a, 20b) umfasst, wobei jedem Walzgerüst (4) ein separater Antrieb (8) mit Drehzahlregler (14) für die mindestens eine Walze (13) zugeordnet ist, bei dem zu einem Zeitpunkt (t ZW ) in Abhängigkeit des Zeitpunkts (t B ) der Beaufschlagung des Antriebs (8) des ersten Walzgerüstes (4) des Walzblocks (20, 20a, 20b) mit einem realen Lastmoment zur Drehzahlregelung der Antriebe (8) dem Drehzahlregler (14) jedes Antriebes (8) in Abhängigkeit eines erwarteten realen Lastmomentes jeweils ein Zusatzwert (ZW) zugeführt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Walzstraße (2) zur Bearbeitung von Walzgut (6) mit mindestens einem mindestens zwei Walzgerüste (4) mit jeweils mindestens einer Walze (13) aufweisenden Walzblock (20, 20a, 20b), wobei jedem Walzgerüst (4) ein separater Antrieb (8) mit Drehzahlregler (14) für die mindestens eine Walze (13) zugeordnet ist, und mit einer Steuer-/Regeleinheit (24), in der eine Software zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche implementiert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung von Walzgut in einer Walzstraße mit mindestens zwei Walzgerüsten mit jeweils mindestens einer Walze, wobei jedem Walzgerüst ein separater Antrieb für die mindestens eine Walze zugeordnet ist und eine Walzstraße.
  • Bei der Bearbeitung von Walzgut, z.B. Stahl oder verschiedene Metalle in Form von sogenannten Brammen oder Knüppeln, durchläuft das Walzgut eine Walzstraße mit mehreren Walzblöcken, beispielsweise ein Vor-, ein Zwischen- und ein Fertigblock. Die Walzblöcke wiederum umfassen jeweils mehrere Walzgerüste, in denen das Walzgut in mehreren Stichen zu Bändern oder Drähten ausgewalzt wird. Beim Drahtwalzen werden Walzgerüste verwendet, die als Walzen je zwei übereinander befindliche Kaliberwalzringe mit abwechselnd rund und oval gestalteten Kalibern aufweisen, deren Querschnitt nach jedem Stich abnimmt. So wird aus Knüppeln mit annähernd quadratischem Querschnitt Runddraht hergestellt.
  • Um das Walzgut an jedem Walzgerüst auf die gewünschte Dicke bzw. den gewünschten Querschnitt zu walzen, müssen die Drehzahlen der Walzen der einzelnen Walzgerüste auf einen Sollwert für die Drehzahl geregelt werden. Die einzelnen Drehzahlsollwerte und somit auch ein Verhältnis der Drehzahlen der Walzen der aufeinanderfolgenden Walzgerüste zueinander werden in der Regel aus einem Stichplan vorgegeben. Um am Ende der Walzstraße die gewünschte Dicke oder den gewünschten Querschnitt des bearbeiteten Walzgutes zu erhalten, muss das vorgegebene Drehzahlverhältnis während der Bearbeitung möglichst genau eingehalten werden, d.h. auch die Istwerte für die Drehzahlen der Walzen der aufeinanderfolgenden Walzgerüste müssen während der gesamten Bearbeitung stets dem vorgegebenen Drehzahlverhältnis entsprechen.
  • Insbesondere beim Drahtwalzen treten sehr hohe Walzgeschwindigkeiten auf, sodass die Stichabnahmen und das Verhältnis der Drehzahlen der Walzen der einzelnen Walzgerüste exakt aufeinander abgestimmt und konstant gehalten werden müssen, um Zug- und Druckbelastungen auf den Draht zwischen den Walzgerüsten zu vermeiden. Schon geringe Abweichungen können zu einem Reißen des Drahtes oder zu einer Schlingenbildung führen.
  • Eine Möglichkeit sicherzustellen, dass das Drehzahlverhältnis konstant gehalten wird, ist es, alle Walzgerüste eines Walzblockes über ein mechanisches Verteilergetriebe starr miteinander zu koppeln und mit einem gemeinsamen großen Motor anzutreiben. Ein großer Nachteil hierbei ist jedoch, dass beispielsweise bei Verschleiß einzelner Walzringe stets alle Walzringe ausgewechselt oder neu eingeschliffen werden müssen, da die Querschnitte bzw. Durchmesser der Kaliber aufeinander abgestimmt sein müssen, um ein gewünschtes Walzergebnis zu erzielen. Dadurch ist ein solches Vorgehen sehr zeitaufwendig und kostenintensiv.
  • Diese Nachteile können dadurch überwunden werden, dass jedes Walzgerüst des Walzblockes mit einem separaten Antrieb, also eigenem Motor und Getriebe, angetrieben wird. So lassen sich die Walzengeschwindigkeiten der Walzen für jedes Walzgerüst über Drehzahlsollwerte, die über eine für jeden Antrieb vorhandene Drehzahlregelung eingestellt werden, für die einzelnen Antriebe unabhängig voneinander einstellen. Ein Verschleiß einzelner Walzen bzw. Walzringpaare kann dann über eine Änderung des Drehzahlsollwertes zur Erreichung der geforderten Walzengeschwindigkeit des jeweiligen Antriebs ausgeglichen werden. Zudem wird kein in seinem Aufbau aufwändiges mechanisches Verteilergetriebe benötigt.
  • Eine große Herausforderung einer solchen Antriebslösung stellt jedoch die Drehzahlregelung der einzelnen Walzgerüste während der Bearbeitung von Walzgut dar. Beim Anstich eines Walzgerüsts, d.h. beim Auftreffen des Walzguts auf die Walzen, wirkt auf dieses ein reales Lastmoment, welches einen Einbruch der Drehzahl der Walzen an diesem Walzgerüst bewirkt. Die Walzen anderer Walzgerüste hingegen, auf die zum Anstichzeitpunkt kein oder ein abweichendes, z.B. ein kleineres reales Lastmoment wirkt, weisen eine unveränderte bzw. nur leicht veränderte Drehzahl auf. Dies hat zur Folge, dass die Drehzahlen der einzelnen Antriebe bzw. Walzen nicht mehr synchron, also nicht mehr in einem vorgegebenen Drehzahlverhältnis zueinander arbeiten. Dies kann zu Zug- oder Druckbelastungen und somit zu einem Reißen des Drahtes oder zu Schlingenbildung des Walzgutes zwischen einzelnen Walzgerüsten führen.
  • Es ist ein Verfahren bekannt, wie die Drehzahlen aller Gerüste innerhalb eines Fertigblockes nach Beaufschlagung durch reale Lastmomente, hervorgerufen durch in die Walzspalte eintretendes Material, relativ zueinander konstant gehalten werden können und so eine Zug- oder Druckbelastung im Draht vermieden wird.
  • Insbesondere dann, wenn aber auch zwischen dem Zwischenblock und dem Fertigblock keine Schlingenbildung auftreten darf, d.h. wenn die Drehzahlen der Gerüste im Fertigblock auch relativ gegenüber der Drehzahl des letzten Gerüsts im Zwischenblock konstant bleiben müssen, ist das oben angegebene Verfahren nicht ausreichend. Ein in das erste Gerüst des Fertigblocks eintretendes Material würde durch das reale Lastmoment die Drehzahl des ersten Gerüsts einbrechen lassen und die existierende Vorschrift würde dafür sorgen, dass die Drehzahlen der übrigen Gerüste des Fertigblocks diesen Drehzahleinbruch mitmachen, also synchron bleiben. Gegenüber dem letzten Gerüst des Zwischenblocks käme es so aber dennoch zu einer unzulässigen Asynchronität in den Drehzahlen. Das bestehende Verfahren muss deshalb durch ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren ergänzt werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zur Bearbeitung von Walzgut anzugeben, bei dem die oben genannten Nachteile vermieden werden. Ebenso ist es Aufgabe der Erfindung eine Walzstraße zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.
  • Die erstgenannte Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bearbeitung von Walzgut in einer Walzstraße, die mindestens einen mindestens zwei Walzgerüste mit jeweils mindestens einer Walze aufweisenden Walzblock umfasst, wobei jedem Walzgerüst ein separater Antrieb mit einem Drehzahlregler für die mindestens eine Walze zugeordnet ist, wird zu einem Zeitpunkt in Abhängigkeit des Zeitpunkts der Beaufschlagung des Antriebs des ersten Walzgerüstes des Walzblocks mit einem realen Lastmoment zur Drehzahlregelung der Antriebe dem Drehzahlregler jedes Antriebes in Abhängigkeit eines erwarteten realen Lastmomentes jeweils ein Zusatzwert zugeführt.
  • Mit anderen Worten: Zum Anstichzeitpunkt des ersten Walzgerüstes eines Walzblocks, also dem Zeitpunkt zu dem das Walzgut in das erste Walzgerüst eines Walzblockes, z.B. des Fertigblocks, eintritt, wird dieses erste Walzgerüst mit einem realen Lastmoment beaufschlagt. Der Zeitpunkt der Beaufschlagung ist also der Zeitpunkt des Eintritts des Walzgutes in das Walzgerüst, sodass auf dieses Walzgerüst ein reales Lastmoment ausgeübt wird. Zu einem weiteren, geeigneten Zeitpunkt, kurz vor, gleichzeitig oder kurz nach dem Zeitpunkt der Beaufschlagung des ersten Walzgerüstes mit einem realen Lastmoment, wird dem Drehzahlregler des Antriebs des ersten Walzgerüstes und den Drehzahlreglern der Antriebe der nachfolgenden Walzgerüste desselben Walzblocks, also z.B. alle weiteren Walzgerüste des Fertigblocks, gleichzeitig jeweils ein Zusatzwert, z.B. ein Drehmomentwert, zugeführt. Der Zeitpunkt, zu dem der jeweilige Zusatzwert zugeführt wird, wird dabei in Abhängigkeit des Zeitpunkts der Beaufschlagung so gewählt, dass der Drehzahlregler des jeweiligen Walzgerüstes das reale Lastmoment ausgleicht und ein Drehzahleinbruch dort somit verhindert oder zumindest weitgehend kompensiert wird. Da in einer Walzstraße systembedingte Verzögerungen auftreten, wird der Zusatzwert idealerweise zu einem Zeitpunkt in Abhängigkeit des Zeitpunktes der Beaufschlagung zugeführt, dass ein durch den Zusatzwert verursachtes, entsprechendes Drehmoment der Antriebe zu dem Zeitpunkt erfolgt, in dem das reale Lastmoment auftritt. Der Zusatzwert wird dabei in Abhängigkeit des erwarteten realen Lastmomentes, also des realen Lastmomentes, welches voraussichtlich beim Eintritt des Walzgutes in das erste Walzgerüst an diesem auftreten wird, für jeden Drehzahlregler jedes Antriebes ermittelt und dem jeweiligen Drehzahlregler zum Zeitpunkt der Beaufschlagung zugeführt.
  • Es erfolgt also eine zeitgleiche Vorbesetzung aller Drehzahlregler aller Antriebe eines Walzblocks zum Anstichzeitpunkt im ersten Walzgerüst mit dem Zusatzwert, um eine gleichzeitige Vorsteuerung der Walzendrehzahlen aller Walzgerüste und damit einen Gleichlauf aller Antriebe zu gewährleisten. Unter Vorbesetzung ist dabei zu verstehen, dass der Ausgangswert des Drehzahlreglers auf einen von null verschiedenen Anfangswert gesetzt wird, um eine schnellere Reaktion des Drehzahlreglers auf einen Drehzahleinbruch zu erreichen. Es werden somit alle Drehzahlregler aller Antriebe des Walzblocks zeitgleich zu einem Zeitpunkt kurz vor, gleichzeitig oder kurz nach dem Zeitpunkt der Beaufschlagung des ersten Walgerüstes mit einem realen Lastmoment, also zu einem von dem Zeitpunkt der Beaufschlagung abhängigem Zeitpunkt, mit dem jeweiligen Zusatzwert beaufschlagt. Dadurch wird zum einen der durch die Beaufschlagung des Antriebs mit einem realen Lastmoment bedingte Drehzahleinbruch am ersten Walzgerüst weitgehend kompensiert oder zumindest verringert und eine Schlingenbildung vor dem ersten Walzgerüst eines Walzblockes verhindert.
  • Da gemäß der Erfindung jedoch nicht nur dem Drehzahlregler des mit einem realen Lastmoment beaufschlagten ersten Walzgerüstes bzw. ersten Antriebes der Zusatzwert zugeführt wird, sondern dem Drehzahlregler jedes Antriebs jedes Walzgerüstes des Walzblocks, wird nicht nur der Drehzahleinbruch an dem mit einem realen Lastmoment beaufschlagten Antrieb verringert, sondern auch das Drehzahlverhältnis der Walzgerüste eines Walzblockes zueinander bleibt erhalten. Durch Zuführung des jeweiligen Zusatzwertes in alle Drehzahlregler wird nämlich an allen Antrieben der Drehzahleinbruch verhindert bzw. eine kurzzeitige Änderung der Drehzahl bewirkt. Dies hat den Vorteil, dass sowohl eine Schlingenbildung vor dem ersten Walzgerüst verhindert, als auch eine Synchronität der einzelnen Walzgerüste zueinander, also das dem Stichplan entsprechende Drehzahlverhältnis, erhalten bleibt und damit eine Schlingenbildung oder ein Reißen des Drahtes zwischen den einzelnen Walzgerüsten des Walzblocks verhindert wird.
  • Die Drehzahlregler der Antriebe können verschiedene Regler, z.B. P- oder PI-Regler, umfassen, denen der Zusatzwert zugeführt werden kann. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der jeweilige Zusatzwert jedoch dem Drehzahlregler, der einen PI-Regler umfasst, als Vorbesetzung eines I-Anteils zugeführt. Unter Vorbesetzung des I-Anteils ist dabei zu verstehen, dass der I-Anteil des Drehzahlreglers auf einen von null verschiedenen Anfangswert gesetzt wird, um eine schnellere Reaktion des Drehzahlreglers auf einen Drehzahleinbruch zu erreichen. Eine Vorbesetzung des I-Anteils des Drehzahlreglers hat im Gegensatz zu einem additiven Zusatzwert auf die Ausgangsgröße den Vorteil, dass der Zusatzwert nicht wieder "abgeschaltet" werden muss, sondern vom Drehzahlregler selbstständig abgebaut wird. Es erfolgt also eine selbstständige Korrektur des Drehzahlreglers, indem der Zusatzwert anhand eines Vergleichs von Soll- und Ist-Werten der Drehzahlen ausgeregelt wird.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden das erwartete reale Lastmoment und der jeweilige Zusatzwert anhand eines Stichplans ermittelt. In einem solchen Stichplan wird z.B. festgelegt, auf welche Dicke das Walzgut in den einzelnen Walzgerüsten gewalzt werden soll, und welche Drehzahlsollwerte hierfür eingestellt werden müssen. Daraus lassen sich dann Lastmomente ermitteln, die für die einzelnen Walzgerüste erwartet werden. Um den Drehzahleinbruch bei Beaufschlagung eines Antriebs mit einem realen Lastmoment zu verringern, werden im Stichplan aus den ermittelten erwarteten realen Lastmomenten die jeweiligen Zusatzwerte ermittelt und dem jeweiligen Drehzahlregler zugeführt. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn noch keine Messwerte für auftretende reale Lastmomente vorhanden sind, also z.B. zu Beginn der Bearbeitung.
  • Prinzipiell ist es möglich, den Zeitpunkt der Beaufschlagung des ersten Walzgerüstes eines Walzblocks anhand verschiedener Messwerte zu ermitteln. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird der Zeitpunkt der Beaufschlagung des Antriebs des ersten Walzgerüstes mit dem realen Lastmoment anhand einer Messung einer Walzkraft ermittelt. Der Eintritt des Walzgutes in das erste Walzgerüst, also die Beaufschlagung des ersten Walzgerüsts mit einem realen Lastmoment, löst eine fast sprungartige Belastung des Antriebs des ersten Walzgerüstes aus, sodass der Zeitpunkt der Beaufschlagung, also der Anstichzeitpunkt, über eine Messung der Walzkraft am ersten Walzgerüst detektiert werden kann.
  • Eine solche Messung der Walzkraft erfolgt dabei insbesondere mit einem Dehnungsmessstreifen, welcher beispielsweise in eine Basisplatte des ersten Walzgerüstes integriert ist. Zwar erhält man dadurch keinen exakten Wert für die Walzkraft, zur Ermittlung des Zeitpunktes der Beaufschlagung ist jedoch ein zur Walzkraft proportionaler Wert ausreichend. Überschreitet dieser Wert einen Schwellwert, wird dies als Indikator für eine Beaufschlagung des Antriebs, also den Eintritt des Walzgutes in das Walzgerüst, gewertet. Der Zeitpunkt zu dem dieser Schwellwert überschritten wird, wird somit als Zeitpunkt der Beaufschlagung des ersten Walzgerüsts mit einem realen Lastmoment betrachtet. Die Zuführung des jeweiligen Zusatzwertes erfolgt somit kurz nach dem Zeitpunkt der Beaufschlagung und der Drehzahleinbruch wird verringert.
  • Eine weitere bevorzugte Möglichkeit besteht darin, den Zeitpunkt der Beaufschlagung des Antriebs des ersten Walzgerüstes mit dem realen Lastmoment anhand einer Materialverfolgung des Walzgutes zu ermitteln. Dies kann beispielsweise anhand einer modellgestützten Materialverfolgung erfolgen. Möglich ist auch die Verwendung sogenannter "hot metal detectors" zur Materialverfolgung, die z.B. vor dem ersten Walzgerüst eines Walzblocks angeordnet sind. Solche Detektoren umfassen u.a. eine Lichtschranke, mit der der Zeitpunkt erfasst werden kann, zu dem das vordere Ende des Walzgutes, also z.B. die Drahtspitze, den Detektor passiert. Ist die Position des Detektors in Bezug auf das erste Walzgerüst bzw. die Laufzeit des Walzgutes bis zum ersten Walzgerüst oder die Geschwindigkeit des Walzgutes bekannt, kann daraus der Zeitpunkt der Beaufschlagung ermittelt werden.
  • Um den Zeitpunkt, zu dem der Zusatzwert zugeführt werden soll, in Abhängigkeit des Zeitpunktes des Beaufschlagung des ersten realen Lastmomentes, möglichst exakt ermitteln zu können, werden beispielsweise bei der Ermittlung des Zeitpunktes der Beaufschlagung auftretende Verzögerungen berücksichtigt. Eine solche Verzögerung kann beispielsweise die Ansprechzeit der vorher erwähnten Lichtschranke sein, die dann bei der Bestimmung des Zeitpunktes der Zuführung des Zusatzwertes mit einberechnet wird. So wird z.B. eine für die Funktion des Verfahrens nachteilige, zeitverzögerte Vorbesetzung des Drehzahlreglers vermieden.
  • Dabei ist es insbesondere von Vorteil, wenn zur Ermittlung des Zeitpunkts der Zuführung des Zusatzwertes Verzögerungen des Drehzahlreglers und der Antriebe berücksichtigt werden. Hierzu zählen beispielsweise Trägheitsmomente des Antriebs, wie z.B. die Stromanstiegszeit des Motors. Mit anderen Worten: Der Zeitpunkt der Zuführung wird entsprechend der Zeitspanne der Verzögerung korrigiert, sodass der Zusatzwert zu einem früheren, der Dauer der Verzögerung entsprechenden früheren Zeitpunkt zugeführt wird. Der Zusatzwert wird hier somit idealerweise zu einem Zeitpunkt in Abhängigkeit des Zeitpunktes der Beaufschlagung zugeführt, dass das durch den Zusatzwert verursachte, entsprechende Drehmoment der Antriebe genau zu dem Zeitpunkt erfolgt, in dem das reale Lastmoment auftritt.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der jeweilige Zusatzwert während der Bearbeitung des Walzgutes anhand von Korrekturfaktoren adaptiert. Zu Beginn der Bearbeitung sind die Korrekturfaktoren der einzelnen Zusatzwerte gleich eins. In weiteren Verfeinerungsschritten werden die einzelnen Korrekturfaktoren angepasst. Dadurch können die Setzwerte der I-Anteile für jeden Antrieb vertrimmbar gemacht werden. Durch die Anpassung der Korrekturfaktoren können beispielsweise unterschiedliche Abnutzungen von Walzgerüsten und Kalibern aber auch Ungenauigkeiten in der Stichplanberechnung kompensiert werden.
  • Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst mit einer Walzstraße mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9. Die Walzstraße zur Bearbeitung von Walzgut umfasst mindestens einen mindestens zwei Walzgerüste mit jeweils mindestens einer Walze aufweisenden Walzblock, wobei jedem Walzgerüst ein separater Antrieb mit Drehzahlregler für die mindestens eine Walze zugeordnet ist, und eine Steuer-/Regeleinheit, in der eine Software zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche implementiert ist.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
  • Für eine weitere Beschreibung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnungen verwiesen. Es zeigt in einer schematischen Prinzipskizze:
    • FIG 1
    einen Ausschnitt einer Walzstraße mit aufeinander-folgenden Walzgerüsten und mit einem separaten Antrieb für jedes Walzgerüst,
    FIG 2
    eine schematische Darstellung einer Drehzahlregelung der Antriebe der Walzstraße.
  • FIG 1 zeigt einen Ausschnitt einer Walzstraße 2 mit zwei Walzblöcken 20, z.B. einem Zwischenblock 20a und einem Fertigblock 20b. Ein Walzblock 20 umfasst mindestens zwei Walzgerüste 4 mit jeweils mindestens einer Walze 13, z.B. zwei Walzen 13, zur Bearbeitung eines Walzgutes 6. In FIG 1 sind beispielhaft acht aufeinanderfolgende Walzgerüste 4 eines Walzblocks 20, aus Gründen der Übersichtlichkeit nur für den Fertigblock 20b, dargestellt, die das Walzgut 6, z.B. ein Knüppel der zu Draht gewalzt wird, durchläuft. Jedem Walzgerüst 4 ist ein separater Antrieb 8, umfassend einen Motor 10 und ein Getriebe 12, mit einem Drehzahlregler 14 zugeordnet, welcher in FIG 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur für ein Walzgerüst 4 eingezeichnet ist. Der Drehzahlregler 14 regelt die Walze 13 des jeweiligen Antriebs 8 auf einen Sollwert für die Drehzahl nsoll. Hierfür wird vom Drehzahlregler 14 des Antriebs 8 ständig ein Istwert der Drehzahl nIst erfasst, mit dem Sollwert der Drehzahl nsoll, welcher z.B. anhand eines Stichplans ermittelt wird, verglichen und daran angepasst. Zur Steuerung und Regelung der Drehzahlregler 14 umfasst die Walzstraße 2 eine Steuer-/Regeleinheit 24 - ebenfalls nur für ein Walzgerüst 4 dargestellt - in der eine Software zur Durchführung des Verfahrens implementiert ist.
  • FIG 2 zeigt eine Drehzahlregelung 26 für einen Walzblock 20 mit mehreren Walzgerüsten 4 zur Regelung der Drehzahlen nIst,i aller Antriebe 8 und somit der Walzen 13 der Walzgerüste 4 des Walzblocks 20, z.B. des Fertigblocks 20b. Jedem Antrieb 8 ist ein Drehzahlregler 14 zugeordnet, welcher einen PI-Regler umfasst, welcher eine Regeldifferenz zwischen dem Istwert der Drehzahl nIst,i und dem Sollwert der Drehzahl nsoll,i erfasst und regelt. Des Weiteren umfasst die Drehzahlregelung 26 einen Strom- bzw. Drehmomentregelkreis 28 für jeden Antrieb 8, welcher den Motor 10 mit Strom versorgt und in einen gewünschten Betriebspunkt steuert und der die Trägheitsmomente des Antriebs 8 bei der Regelung berücksichtigt.
  • Das erste Walzgerüst 4 des Walzblocks 20 wird zu einem Zeitpunkt tB mit einem realen Lastmoment beaufschlagt. In Abhängigkeit dieses Zeitpunktes tB wird zu einem Zeitpunkt tZW zur Drehzahlregelung der Antriebe 8 dem Drehzahlregler 14 jedes Antriebs 8 in Abhängigkeit des zu erwartenden realen Lastmomentes ein Zusatzwert ZW zugeführt. Es werden also alle Antriebe 8 zu einem Zeitpunkt tZW, der in Abhängigkeit des Zeitpunktes tB ermittelt wurde und z.B. kurz vor, bei oder kurz nach diesem Zeitpunkt tB der Beaufschlagung liegt, mit einem Zusatzwert ZW vorbesetzt. Dieser wird dem jeweiligen PI-Regler des jeweiligen Antriebs 8 als Vorbesetzung des I-Anteils zugeführt. Jedem Antrieb 8 bzw. dem jeweiligen Drehzahlregler 14 wird also zu dem Zeitpunkt tZW der jeweilige Zusatzwert ZW zugeführt. Dadurch wird ein Drehzahleinbruch, also eine Verringerung der Ist-Drehzahl nIst,i, an allen Walzgerüsten 4 verringert bzw. weitgehend vermieden, sodass das Drehzahlverhältnis der einzelnen Walzgerüste 4 zueinander und zum letzten Walzgerüst des Walzblocks 20a konstant bleibt.
  • Das erwartete reale Lastmoment und der jeweilige Zusatzwert ZW werden dabei anhand eines Stichplans ermittelt und dem PI-Regler des jeweiligen Drehzahlreglers 14 zu einem Zeitpunkt tZW zugeführt. Nach der Vorbesetzung des I-Anteils mit dem Zusatzwert wird im nächsten Systemtakt der Drehzahlregler 14 wieder freigegeben und regelt die Regeldifferenz zwischen dem Istwert der Drehzahl nIst,i und dem Sollwert der Drehzahl nSoll, i .
  • Um den Zeitpunkt tB der Beaufschlagung zu ermitteln, ist gemäß FIG 1 eine Messeinrichtung 22 vorhanden. Mit der Messeinrichtung 22 wird der Zeitpunkt tB der Beaufschlagung des ersten Walzgerüstes 4 mit dem realen Lastmoment beispielsweise anhand einer Messung der Walzkraft M ermittelt. Die Messeinrichtung 22 zur Messung der Walzkraft ist als Dehnungsmessstreifen ausgebildet, welcher im ersten Walzgerüst 4 angeordnet ist.
  • Zudem wird der Zeitpunkt tB der Beaufschlagung des ersten Walzgerüstes 4 mit dem realen Lastmoment anhand einer Materialverfolgung ermittelt. Hierfür weist die Messeinrichtung 22 einen "hot metal detector" auf, der vor dem ersten Walzgerüst 4 angeordnet ist und den Zeitpunkt erfasst, zu dem das Walzgut 6 diesen passiert. Der Zeitpunkt tB der Beaufschlagung des ersten Walzgerüstes 4 mit dem realen Lastmoment wird also schon vor dem Eintritt des Walzgutes 6 in das erste Walzgerüst 4 des Walzblocks 20 ermittelt. In Abhängigkeit des Zeitpunktes tB der Beaufschlagung des ersten Walzgerüstes 4 mit dem realen Lastmoment wird anschließend der Zeitpunkt tZW ermittelt. Zu dem Zeitpunkt tZW befindet sich das Walzgut 6, wie in FIG 1 gestrichelt angedeutet, noch vor dem ersten Walzgerüst 4.
  • Bei der Bestimmung des Zeitpunktes tZW in Abhängigkeit des Zeitpunktes tB werden außerdem Verzögerungen, beispielsweise das Trägheitsmoment des sich aufbauenden Motordrehmomentes Mmot, i, welches typischerweise eine Verzögerung von 10 bis 50ms verursacht, berücksichtigt. Dementsprechend erfolgt die Zuführung des Zusatzwertes ZW zu einem Zeitpunkt tZW der kurz vor dem Zeitpunkt der Beaufschlagung tB liegt. Da allen Drehzahlreglern 14 ein jeweiliger Zusatzwert ZW zugeführt wird, wird an allen Antrieben 8 ein Drehzahleinbruch beim Eintritt des Walzgutes 6 in das erste Walzgerüst 4 eines Walzblockes 20 vermindert. Dadurch ist die Synchronität der einzelnen Walzgerüste 4 des Walzblocks 20b und des letzten Gerüsts des Walzblocks 20a, also deren Drehzahlverhältnis zueinander, beim Eintritt des Walzgutes 6 in den Walzblock 20b gewährleistet. Ein aus dem Stichplan vorgegebenes Drehzahlverhältnis der Walzgerüste 4 bleibt somit während der gesamten Bearbeitung des Walzgutes 6 konstant. Dadurch wird eine Schlingenbildung zwischen den einzelnen Walzgerüsten 4 eines Walzblockes 20 und zwischen den Walzblöcken 20a und 20b verhindert.
  • Des Weiteren wird der jeweilige Zusatzwert ZW während der Bearbeitung des Walzgutes 6 anhand von Korrekturfaktoren Ki adaptiert, wodurch die Zusatzwerte für jeden Antrieb noch vertrimmbar und dadurch passgenauer unter Ausschaltung nicht kalkulierbarer Dreckeffekte gemacht werden können.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Bearbeitung von Walzgut (6) in einer Walzstraße (2), die mindestens einen mindestens zwei Walzgerüste (4) mit jeweils mindestens einer Walze (13) aufweisenden Walzblock (20, 20a, 20b) umfasst, wobei jedem Walzgerüst (4) ein separater Antrieb (8) mit einem Drehzahlregler (14) für die mindestens eine Walze (13) zugeordnet ist, bei dem zu einem Zeitpunkt (tZW) in Abhängigkeit des Zeitpunkts (tB) der Beaufschlagung des Antriebs (8) des ersten Walzgerüstes (4) des Walzblocks (20, 20a, 20b) mit einem realen Lastmoment zur Drehzahlregelung der Antriebe (8) dem Drehzahlregler (14) jedes Antriebes (8) in Abhängigkeit eines erwarteten realen Lastmomentes jeweils ein Zusatzwert (ZW) zugeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    bei dem der Drehzahlregler (14) einen PI-Regler umfasst, dem der jeweilige Zusatzwert (ZW) als Vorbesetzung eines I-Anteils zugeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    bei dem das erwartete reale Lastmoment und der jeweilige Zusatzwert (ZW) anhand eines Stichplans ermittelt werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    bei dem der Zeitpunkt (tB) der Beaufschlagung des Antriebs (8) des ersten Walzgerüstes (4) mit dem realen Lastmoment anhand einer Messung einer Walzkraft ermittelt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4,
    bei dem die Messung der Walzkraft mit einem Dehnungsmessstreifen erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    bei dem der Zeitpunkt (tB) der Beaufschlagung des Antriebs (8) des ersten Walzgerüstes (4) mit dem realen Lastmoment anhand einer Materialverfolgung des Walzgutes (6) ermittelt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    bei dem zur Ermittlung des Zeitpunkts (tZW) Verzögerungen des Drehzahlreglers (14) und der Antriebe (8) berücksichtigt werden.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    bei dem der jeweilige Zusatzwert (ZW) während der Bearbeitung des Walzgutes (6) anhand von Korrekturfaktoren (Ki) adaptiert wird.
  9. Walzstraße (2) zur Bearbeitung von Walzgut (6) mit mindestens einem mindestens zwei Walzgerüste (4) mit jeweils mindestens einer Walze (13) aufweisenden Walzblock (20, 20a, 20b), wobei jedem Walzgerüst (4) ein separater Antrieb (8) mit einem Drehzahlregler (14) für die mindestens eine Walze (13) zugeordnet ist, und mit einer Steuer-/Regeleinheit (24), in der eine Software zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche implementiert ist.
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