EP2849896B1 - Verfahren zur bearbeitung von walzgut in einer walzstrasse - Google Patents

Verfahren zur bearbeitung von walzgut in einer walzstrasse Download PDF

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EP2849896B1
EP2849896B1 EP13729691.9A EP13729691A EP2849896B1 EP 2849896 B1 EP2849896 B1 EP 2849896B1 EP 13729691 A EP13729691 A EP 13729691A EP 2849896 B1 EP2849896 B1 EP 2849896B1
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EP
European Patent Office
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load
moment
rolling
simulated
speed
Prior art date
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EP2849896A1 (de
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Bernhard Weisshaar
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Primetals Technologies Germany GmbH
Original Assignee
Primetals Technologies Germany GmbH
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Publication date
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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
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/16—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling wire rods, bars, merchant bars, rounds wire or material of like small cross-section
    • B21B1/18—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling wire rods, bars, merchant bars, rounds wire or material of like small cross-section in a continuous process

Definitions

  • the invention relates to a method for processing rolling stock in a rolling train with at least two roll stands, each having at least one roll, wherein each roll stand is assigned a separate drive for the at least one roll.
  • the preamble of claim 1 is based on EP 1 498 194 A1 ,
  • 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 machined rolling stock at the end of the rolling mill, the predetermined speed ratio must be kept as accurate as possible during the machining, i. Also, the actual values for the rotational speeds of the rolls of the successive rolling stands must always correspond to the predetermined speed ratio during the entire processing.
  • One way to ensure that the speed ratio is kept constant is to rigidly couple all the stands to one another via a mechanical transfer case and to drive them with a common large motor.
  • a major disadvantage here is that, for example, when wearing individual rolling rings always all rolling rings must be replaced or re-ground, since the cross-sections or diameter of the caliber must be coordinated with each other to achieve a desired rolling result. This makes such a procedure very time consuming and costly.
  • each rolling stand 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 machining of rolling stock.
  • a roll stand ie when hitting the rolling stock on the rolls acts on this a real load torque, which is a collapse of the speed of the rollers at this Rolling mill causes.
  • 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 are avoided.
  • each rolling mill is assigned a separate drive with speed control for the at least one roller, is under application of at least one of the drives with a real load torque, for speed control the drives at least one control circuit of the drives additionally supplied in response to the real load torque a simulated load torque.
  • each drive has a speed control with a control loop, in which constantly detects an actual value for the speed, compared with the setpoint for the speed and optionally adjusted to it. If a drive is subjected to a real load torque, this causes a drop in the speed and thus a reduction of the actual value for the speed.
  • the speed control of the drive restores the rolls of the rolling stand to the setpoint values for the speed.
  • the individual speed setpoints are chosen so that the rolling stock is rolled at each rolling stand to a desired thickness or desired cross-section. It is thus a speed ratio of the rollers of the successive rolling stands set to each other, which must be complied with during the processing of the rolling stock.
  • the actual values of the rotational speeds of the rolls of the rolling stands must always correspond to this predetermined speed ratio.
  • the speed ratio must therefore be kept constant even when occurring load torque. Since an occurring on a drive, real load torque causes a collapse of the actual value of the speed is supplied to the speed control of the other drives whose control loop a simulated load torque. This causes the actual value of the speed at the other drives is also reduced and the predetermined speed ratio is maintained even when a drive with a real load torque.
  • the drives not or only with a lower real load torque acted on, at the time of loading a drive with a real load torque, ie, for example, when tapping the rolling stock in a rolling stand, simulating an artificial, simulated load moment in the control loop.
  • This simulated load torque causes an almost simultaneous and synchronous breaking of the actual values of the speed at each rolling stand, so that the ratio of the speeds determined from the setpoint values for the speed remains constant even when the actual values for the rotational speed of one or more drives deviate from the desired values and during the entire processing is received.
  • cracking of the rolling stock, such as wire, or looping is reliably prevented.
  • a load torque is simulated in each case for controlling the speed in the control loop of the further drives, in order to bring about a synchronous decrease in speed on all rolling stands.
  • the size of the simulated load torque is chosen as a function of the actual load torque such that the rotational speeds of the drives comply with the predetermined speed ratio.
  • the idea of the present invention is therefore based on that by applying each load with a corresponding load torque, be it a real, a simulated or a mixed real and simulated load torque, the synchrony of the speeds and the roller speeds of the individual rolling stands even with temporally offset real load is guaranteed.
  • synchronicity is the preservation of the predetermined ratio of the rotational speeds and roller speeds even when changing an actual value of at least one rotational speed.
  • a drive is acted upon only with a real load torque and fed to the control circuit of the other drives only one simulated load torque.
  • the individual stands become one after the other with a real one Load moment applied.
  • a real load moment acts on the first roll stand and a smaller, real load moment on the second rolling stand, and a simulated load torque is additionally added to the control loop of the speed control of the second roll stand.
  • the drives of the following rolling stands in each case only a simulated load torque is supplied. There are thus complete load torques for the speed control of the individual drives, which can be composed of only a real as well as a purely simulated load torque or a combination of both.
  • the loading of several drives with a real load torque the simulated load moments are supplied in response to the highest real load torque.
  • the simulated load torques that are fed to the respective control circuit of the other drives are determined by the highest real load torque.
  • the highest real load torque is determined in particular with a maximum selection function.
  • differential torques are formed between the highest real load torque and the real load torques when several drives are subjected to a real load torque and these differential torques are supplied as simulated load torques.
  • a differential torque between the highest real load torque and the occurring at the respective mill stand real load torque is formed and supplied to the control loop of each drive as a simulated load torque for each rolling mill.
  • the highest real load torque determines the sum of real and simulated load moment on each rolling stand.
  • a speed ratio of the rollers of the successive Roll stands determined on the basis of a pass schedule.
  • a speed setpoint is determined for each roll stand on the basis of the pass plan, so that the rolling stock in each roll stand is rolled to a desired thickness or desired cross section.
  • the speed setpoints of the individual rolls of a roll stand have a specific speed ratio to one another.
  • the control loop is additionally supplied with a simulated load torque.
  • the speed ratio remains constant by effecting an equal speed drop on all rolling stands.
  • the respectively simulated load torque is likewise calculated on the basis of a stitch plan. This is especially advantageous at the beginning of the machining of the rolling stock if no measured values are available.
  • the respectively simulated load torque is determined on the basis of measured variables.
  • a measured variable can be, for example, a load torque determined from the measurement of a real torque or torque-proportional motor currents.
  • measured variables are constantly determined, so that the respectively simulated load moment can be constantly tracked and optimized. This leads to a more accurate determination of the simulated load torque as a function of the actual load torque.
  • the tapping point of the rolling stock on a roll stand is based on a suitable measurement variable, such as a rolling force, a torque or a torque-generating motor current metrological detected. It is particularly advantageous if the time of the puncture is carried out in a rolling stand based on the movement of the rolling stock through the rolling train. In such a material tracking the tapping time, for example, by means of detectors, z. As so-called “hot metal detectors" determined. It is, for example, to use the head of the rolling stock, such as the tip of the wire, which passes through the rolling stands as a measuring point.
  • a further preferred variant is to determine the time of loading a drive with a real load torque using a model. This can be done, for example, mathematically using a movement model of the rolling stock.
  • the speed of the rolling stock is e.g. determined on the basis of a roller circumferential speed and a calculated overfeed.
  • FIG. 1 shows a section of a rolling train 2 with successive rolling stands 4 for processing a rolling stock 6.
  • eight consecutive rolling stands 4 are shown which pass through the rolling stock 6, eg a billet, which is rolled into wire.
  • Each rolling mill 4 is a separate drive 8, comprising a motor 10 and a transmission 12, associated with speed control, which in FIG. 1 for reasons of clarity, only for a rolling mill 4 is shown.
  • the transmission 12 is for example a combination of a Kammwalzgetriebe and a transmission gear.
  • Each rolling stand 4 further comprises at least one roller 13, for example two rollers 13, which is controlled by the respective drive 8 to a target value for the rotational speed n Soll .
  • the control loop 14 of the speed control of the drive 8 is constantly an actual value of the rotational speed n actual detected with the target value of the rotational speed n target , which is determined, for example, based on a stitch plan, compared and adapted.
  • FIG. 2 1 shows a control circuit 14 of a drive 8 according to the present invention for controlling the rotational speed n actual of the drive 8 and thus of the rollers 13 of the roll stand 4.
  • the control loop 14 comprises a control device 16, such as a PI controller, with which a control difference between the Actual value of the speed n Ist and the setpoint of the speed n setpoint is detected and regulated. Furthermore, the control circuit 14 includes a subordinate torque control with a converter 18, which supplies the motor 10 with power and controls it to a desired operating point, and an integrator 20, which represents the moment of inertia of the drive 8 to be considered in the control.
  • a control device 16 such as a PI controller
  • a real load torque M Load engages after the inverter 18 and before the integrator 20 in the control loop 14 and directly influences the actual value of the speed n actual .
  • a simulated load torque M Load, Sim is fed to the control loop 14 directly after the control device 16 in order to achieve only a slight deceleration of the simulated load torque M Load, Sim compared to the actual load torque M Load .
  • the simulated load torque M Load , Sim thus directly influences the torque generated in the motor 10 by the converter 18 and thus also the power supplied.
  • FIG. 4 shows the size of the actual load torque M Load corresponding collapse of the actual value of the speed n is at time T.
  • Drives 8, to which no or one of the real load torque M Load deviating load torque acts experience no or only a smaller decline in the speed n actual .
  • the rollers of the rolling stands 4 no longer run synchronously, ie no longer in a predetermined from the pass schedule ratio of speeds.
  • the control circuit 14 at least one of the drives 8 upon application of a drive 8 with a real load torque M Load as a function of the real load torque M load additionally fed a simulated load moment M Load, Sim , as in FIG. 5 is shown.
  • the simulated load moment M Load , Sim shows a time course corresponding to a real load moment M Load .
  • the drive 8 of the first rolling stand 4 is furthermore subjected to the real load moment M Load .
  • a real load moment M Load now acts which differs from the real load moment M Load acting on the first rolling stand 4.
  • the larger real load moment M Load ie the highest real load moment M Load , is determined. This can be done for example by means of a maximum selection function.
  • the control circuits 14 of the drives 8 are supplied with simulated load moments M Load, Sim .
  • the highest real load moment M Load which acts on a drive 8 of a rolling stand 4, determines the sum of the real load moment M Load and the simulated load moment M Load, Sim at the further rolling stands 4.
  • the real load torque M Load at the first rolling stand is greater than the real load moment M Load at the second rolling stand.
  • the real load torque M Load on the first rolling stand is thus the highest real load moment M Load .
  • a differential torque between the occurring at the first rolling stand 4 real load moment M Load and occurring at the second stand 4 real load torque M Load is determined and the control loop 14 of the second rolling stand 4 as a simulated load moment M Load , Sim switched.
  • the other drives 8 is further supplied depending on the occurring at the first rolling stand 4 real load torque M Load certain simulated load torque M Load, Sim .
  • the real load moment M Load at the third rolling stand 4 is the highest real load moment M Load , which is the sum of real and simulated load torque to the other rolling stands 4 determined.
  • differential moments are formed and fed to the control circuits 14 of the remaining drives 8.
  • the simulated load moments M Load, Sim are thus increased according to the new highest real load torque M Load .
  • the size of the simulated load torque M Load, Sim can also be determined using a stitch plan.
  • Simulated load torque M Load, Sim from a measured variable M, such as determined from the measurement of real torques or torque-proportional motor currents determined load torque.
  • a measuring device 22 is present.
  • the supply of a simulated load torque M Load, Sim for speed control of the drives 8 takes place in at least one control loop 14 of one of the drives 8 upon application of at least one drive 8 with a real load torque M Load .
  • a loading of a drive 8 with a real load moment M Load takes place, for example, when the rolling stock 6 pierces or impinges in a rolling stand 4.
  • a point in time T of acting on a drive 8 with a real load moment M Load can be detected, that is to say determined on the basis of a measured variable M.
  • a rolling force or a torque detected by measurement can also take place on the basis of a value determined on the rolling stock 6, for example its speed and movement through the rolling train 2.
  • the simulated load torque M Load, Sim is then fed to the control loop 14 at time T.

Landscapes

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

Description

  • Verfahren zur Bearbeitung von Walzgut in einer Walzstraße 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.
  • Der Oberbegriff von Anspruch 1 basiert auf der EP 1 498 194 A1 .
  • 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 Walzgerüsten, in der es 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 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 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.
  • Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zur Bearbeitung von Walzgut anzugeben, bei dem die oben genannten Nachteile vermieden werden.
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Bei der Bearbeitung von Walzgut in einer Walzstraße, die mindestens zwei Walzgerüste mit jeweils mindestens einer Walze umfasst, wobei jedem Walzgerüst ein separater Antrieb mit Drehzahlregelung für die mindestens eine Walze zugeordnet ist, wird bei Beaufschlagung zumindest eines der Antriebe mit einem realen Lastmoment, zur Drehzahlregelung der Antriebe zumindest einem Regelkreis der Antriebe zusätzlich in Abhängigkeit des realen Lastmoments ein simuliertes Lastmoment zugeführt.
  • Bei der Bearbeitung von Walzgut in einer Walzstraße mit Walzgerüsten, die jeweils einen eigenen Antrieb aufweisen, werden die Walzen der einzelnen Walzgerüste jeweils auf einen Drehzahlsollwert geregelt. Hierfür weist jeder Antrieb eine Drehzahlregelung mit einem Regelkreis auf, in dem ständig ein Istwert für die Drehzahl erfasst, mit dem Sollwert für die Drehzahl verglichen und gegebenenfalls daran angepasst wird. Wird ein Antrieb mit einem realen Lastmoment beaufschlagt, bewirkt dies einen Einbruch der Drehzahl und somit eine Verringerung des Istwerts für die Drehzahl. Die Drehzahlregelung des Antriebs regelt die Walzen des Walzgerüsts wieder auf die Sollwerte für die Drehzahl ein. Die einzelnen Drehzahlsollwerte werden dabei so gewählt, dass das Walzgut an jedem Walzgerüst auf eine gewünschte Dicke bzw. gewünschten Querschnitt gewalzt wird. Es wird somit ein Drehzahlverhältnis der Walzen der aufeinanderfolgenden Walzgerüste zueinander vorgegeben, welches während der Bearbeitung des Walzgutes eingehalten werden muss.
  • Um dies zu gewährleisten müssen auch die Istwerte der Drehzahlen der Walzen der Walzgerüste stets diesem vorgegebenen Drehzahlverhältnis entsprechen. Das Drehzahlverhältnis muss folglich auch bei auftretenden Lastmomenten konstant gehalten werden. Da ein an einem Antrieb auftretendes, reales Lastmoment einen Einbruch des Istwertes der Drehzahl bewirkt, wird zur Drehzahlregelung der weiteren Antriebe deren Regelkreis ein simuliertes Lastmoment zugeführt. Dieses bewirkt, dass der Istwert der Drehzahl an den weiteren Antrieben ebenfalls verringert wird und das vorgegebene Drehzahlverhältnis auch während der Beaufschlagung eines Antriebs mit einem realen Lastmoment erhalten bleibt.
  • Mit anderen Worten: Wird ein Antrieb durch das Auftreten eines realen Lastmoments abgebremst oder beschleunigt, werden auch die weiteren Antriebe, induziert durch ein simuliertes Lastmoment, verlangsamt oder beschleunigt, um eine synchrone Änderung, z.B. eine Reduzierung der Istwerte der Drehzahl an allen Walzgerüsten zu erreichen. Dies gewährleistet, dass das vorgegebene Drehzahlverhältnis auch dann konstant bleibt, wenn der Istwert der Drehzahl an zumindest einem Walzgerüst von dem Sollwert für die Drehzahl abweicht. Synchron bedeutet, dass die Drehzahlen und Walzengeschwindigkeiten der einzelnen Walzgerüste einen zeitgleichen und gleichförmigen Verlauf zeigen, sodass das vorgegebene Drehzahlverhältnis stets konstant ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird also den nicht oder nur mit einem geringeren realen Lastmoment beaufschlagten Antrieben, zum Zeitpunkt der Beaufschlagung eines Antriebs mit einem realen Lastmoment, also z.B. beim Anstich des Walzgutes in einem Walzgerüst, im Regelkreis ein künstliches, nachgebildetes Lastmoment simuliert. Dieses simulierte Lastmoment bewirkt einen nahezu zeitgleichen und synchron verlaufenden Einbruch der Istwerte der Drehzahl an jedem Walzgerüst, sodass das aus den Sollwerten für die Drehzahl vorgegebene Verhältnis der Drehzahlen auch bei von den Sollwerten abweichenden Istwerten für die Drehzahl eines oder mehrerer Antriebe konstant bleibt und während der gesamten Bearbeitung erhalten wird. Dadurch wird ein Reißen des Walzgutes, beispielsweise Draht, oder Schlingenbildung zuverlässig verhindert.
  • Mit anderen Worten: Wenn an mindestens einem der Antriebe ein reales Lastmoment wirkt, wird zur Regelung der Drehzahl im Regelkreis der weiteren Antriebe jeweils ein Lastmoment simuliert, um einen synchronen Drehzahleinbruch an allen Walzgerüsten zu bewirken. Die Größe des simulierten Lastmoments wird in Abhängigkeit vom realen Lastmoment derart gewählt, dass die Drehzahlen der Antriebe das vorgegebene Drehzahlverhältnis einhalten.
  • Die Idee der vorliegenden Erfindung beruht folglich darauf, dass durch Beaufschlagung jedes Antriebs mit entsprechendem Lastmoment, sei es ein reales, ein simuliertes oder ein gemischt real und simuliertes Lastmoment, die Synchronität der Drehzahlen und der Walzengeschwindigkeiten der einzelnen Walzgerüste auch bei zeitlich versetzt erfolgender realer Belastung gewährleistet ist. Unter Synchronität ist dabei die Erhaltung des vorgegebenen Verhältnisses der Drehzahlen und Walzengeschwindigkeiten auch bei Änderung eines Istwertes mindestens einer Drehzahl zu verstehen.
  • Bei einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird beispielsweise beim Auftreffen des Walzgutes auf das erste Walzgerüst, also beim Anstich im ersten Walzgerüst, ein Antrieb nur mit einem realen Lastmoment beaufschlagt und dem Regelkreis der weiteren Antriebe nur jeweils ein simuliertes Lastmoment zugeführt. Durchläuft das Walzgut die Walzstraße, werden die einzelnen Walzgerüste nacheinander mit einem realen Lastmoment beaufschlagt. Beim Anstich im zweiten Walzgerüst wirkt dann beispielsweise am ersten Walzgerüst nur ein reales Lastmoment und am zweiten Walzgerüst ein kleineres, reales Lastmoment und es wird zusätzlich ein simuliertes Lastmoment in den Regelkreis der Drehzahlregelung des zweiten Walzgerüstes aufgeschaltet. Den Antrieben der nachfolgenden Walzgerüste wird jeweils nur ein simuliertes Lastmoment zugeführt. Es sind somit für die Drehzahlregelung der einzelnen Antriebe gesamte Lastmomente vorhanden, die sich sowohl nur aus einem realen als auch aus einem rein simulierten Lastmoment oder aus einer Kombination beider zusammensetzen können.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens werden bei Beaufschlagung mehrerer Antriebe mit einem realen Lastmoment die simulierten Lastmomente in Abhängigkeit des höchsten realen Lastmoments zugeführt. Mit anderen Worten: Tritt an mehreren Antrieben ein reales Lastmoment auf, werden die simulierten Lastmomente die dem jeweiligen Regelkreis der weiteren Antriebe zugeführt werden durch das höchste reale Lastmoment bestimmt.
  • Das höchste reale Lastmoment wird insbesondere mit einer Maximal-Auswahl-Funktion bestimmt.
  • Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn bei Beaufschlagung mehrerer Antriebe mit einem realen Lastmoment Differenzmomente zwischen dem höchsten realen Lastmoment und den realen Lastmomenten gebildet werden und diese Differenzmomente als simulierte Lastmomente zugeführt werden. Dabei wird für jedes Walzgerüst ein Differenzmoment zwischen dem höchsten realen Lastmoment und dem an dem jeweiligen Walzgerüst auftretenden realen Lastmoment gebildet und dem Regelkreis des jeweiligen Antriebs als simuliertes Lastmoment zugeführt. Mit anderen Worten: Das höchste reale Lastmoment bestimmt die Summe aus realem und simuliertem Lastmoment an jedem Walzgerüst.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird ein Drehzahlverhältnis der Walzen der aufeinanderfolgenden Walzgerüste anhand eines Stichplans ermittelt. Mit anderen Worten: Für jedes Walzgerüst wird anhand des Stichplans ein Drehzahlsollwert ermittelt, sodass das Walzgut in jedem Walzgerüst auf eine gewünschte Dicke bzw. gewünschten Querschnitt gewalzt wird. Die Drehzahlsollwerte der einzelnen Walzen eines Walzgerüsts weisen ein bestimmtes Drehzahlverhältnis zueinander auf. Um dieses anhand des Stichplans ermittelte Drehzahlverhältnis während der gesamten Bearbeitung des Walzgutes konstant zu halten, wird gemäß dem vorliegenden Verfahren zur Drehzahlregelung der Antriebe deren Regelkreis zusätzlich jeweils ein simuliertes Lastmoment zugeführt. Somit bleibt das Drehzahlverhältnis durch Bewirken eines gleich verlaufenden Drehzahleinbruchs an allen Walzgerüsten konstant.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das jeweils simulierte Lastmoment ebenfalls anhand eines Stichplans berechnet. Dies ist vor allem zu Beginn der Bearbeitung des Walzgutes von Vorteil, wenn noch keine Messwerte vorliegen.
  • In einer weiteren Ausprägung des Verfahrens wird das jeweils simulierte Lastmoment anhand von Messgrößen ermittelt. Eine solche Messgröße kann beispielsweise ein aus der Messung eines realen Drehmoments oder drehmomentproportionaler Motorströme ermitteltes Lastmoment sein. Während der Bearbeitung des Walzgutes werden solche Messgrößen ständig ermittelt, sodass das jeweils simulierte Lastmoment ständig nachgeführt und optimiert werden kann. Dies führt zu einer genaueren Ermittlung des simulierten Lastmoments in Abhängigkeit des realen Lastmoments.
  • Um den Zeitpunkt der Beaufschlagung eines Antriebs mit einem realen Lastmoment zu kennen, wird dieser bei einer bevorzugten Ausführungsform detektiert. Mit anderen Worten: Der Anstichzeitpunkt des Walzgutes an einem Walzgerüst wird anhand einer geeigneten Messgröße, wie z.B. eine Walzkraft, ein Drehmoment oder ein momentenbildender Motorstrom, messtechnisch erfasst. Dabei ist es insbesondere von Vorteil, wenn der Zeitpunkt des Anstichs in einem Walzgerüst anhand der Bewegung des Walzgutes durch die Walzstraße erfolgt. Bei einer solchen Materialverfolgung wird der Anstichzeitpunkt beispielsweise mit Hilfe von Detektoren, z. B. sogenannte "hot metal detectors", bestimmt. Dabei bietet es sich beispielsweise an, den Kopf des Walzgutes, wie z.B. die Spitze des Drahtes, der die Walzgerüste durchläuft als Messpunkt zu verwenden.
  • Eine weitere bevorzugte Variante besteht darin, den Zeitpunkt der Beaufschlagung eines Antriebs mit einem realen Lastmoment anhand eines Modells zu ermitteln. Dies kann beispielsweise rechnerisch mithilfe eines Bewegungsmodells des Walzgutes erfolgen. Dabei wird die Geschwindigkeit des Walzgutes z.B. anhand einer Walzenumfangsgeschwindigkeit und einer berechneten Voreilung ermittelt.
  • 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 zeigen in einer schematischen Prinzipskizze:
    • FIG 1
    einen Ausschnitt einer Walzstraße mit aufeinanderfolgenden Walzgerüsten und mit einem separaten Antrieb für jedes Walzgerüst,
    FIG 2
    eine schematische Darstellung eines Regelkreises für einen Antrieb eines Walzgerüsts,
    FIG 3
    ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs eines an einem Antrieb auftretenden realen Lastmoments,
    FIG 4
    ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs der Drehzahl eines Antriebs, der mit einem realen Lastmoment gemäß FIG 3 beaufschlagt wird,
    FIG 5
    ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs eines an einem Antrieb simulierten Lastmoments,
    FIG 6
    ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs der Drehzahl eines Antriebs, der mit einem simulierten Lastmoment gemäß FIG 5 beaufschlagt wird.
  • FIG 1 zeigt einen Ausschnitt einer Walzstraße 2 mit aufeinanderfolgenden Walzgerüsten 4 zur Bearbeitung eines Walzgutes 6. In FIG 1 sind beispielhaft acht aufeinanderfolgende Walzgerüste 4 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 Drehzahlregelung zugeordnet, welcher in FIG 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur für ein Walzgerüst 4 eingezeichnet ist. Das Getriebe 12 ist beispielsweise eine Kombination aus einem Kammwalzgetriebe und einem Übersetzungsgetriebe. Jedes Walzgerüst 4 umfasst weiterhin mindestens eine Walze 13, beispielsweise zwei Walzen 13, die von dem jeweiligen Antrieb 8 auf einen Sollwert für die Drehzahl nSoll geregelt wird. Hierfür wird im Regelkreis 14 der Drehzahlregelung 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.
  • FIG 2 zeigt einen Regelkreis 14 eines Antriebs 8 gemäß der vorliegenden Erfindung zur Regelung der Drehzahl nIst des Antriebs 8 und somit der Walzen 13 des Walzgerüsts 4.
  • Der Regelkreis 14 umfasst eine Regeleinrichtung 16, wie z.B. einen PI-Regler, mit dem eine Regeldifferenz zwischen dem Istwert der Drehzahl nIst und dem Sollwert der Drehzahl nSoll erfasst und geregelt wird. Desweiteren umfasst der Regelkreis 14 eine unterlagerte Drehmomentregelung mit einem Umrichter 18, der den Motor 10 mit Strom versorgt und diesen in einen gewünschten Betriebspunkt steuert, und einen Integrator 20, der die bei der Regelung zu berücksichtigenden Trägheitsmomente des Antriebs 8 repräsentiert.
  • Ein reales Lastmoment MLoad greift nach dem Umrichter 18 und vor dem Integrator 20 in den Regelkreis 14 ein und beeinflusst direkt den Istwert der Drehzahl nIst. Ein simuliertes Lastmoment MLoad, Sim wird dem Regelkreis 14 direkt nach der Regeleinrichtung 16 zugeführt, um nur eine geringe Verzögerung des simulierten Lastmoments MLoad, Sim gegenüber dem realen Lastmoment MLoad zu erreichen. Das simulierte Lastmoment MLoad, Sim beeinflusst somit direkt das im Motor 10 vom Umrichter 18 erzeugte Drehmoment und somit auch die zugeführte Leistung.
  • Bei Beaufschlagung eines Antriebs 8 mit einem realen Lastmoment MLoad, welches wie in FIG 3 gezeigt zu einem Zeitpunkt T, also beispielsweise beim Anstich des Walzgutes 6 in einem Walzgerüst 4, sprungartig ansteigt, verringert sich die aktuelle Drehzahl nIst des Antriebs 8 und der Walzen 13. FIG 4 zeigt einen der Größe des realen Lastmoments MLoad entsprechenden Einbruch des Istwertes der Drehzahl nIst zum Zeitpunkt T. Antriebe 8, auf die kein oder ein vom realen Lastmoment MLoad abweichendes Lastmoment wirkt, erfahren keinen oder nur einen geringeren Einbruch der Drehzahl nIst. Somit laufen die Walzen der Walzgerüste 4 nicht mehr synchron, d.h. nicht mehr in einem aus dem Stichplan vorgegebenen Verhältnis der Drehzahlen.
  • Um das Drehzahlverhältnis sämtlicher Antriebe 8 während der gesamten Bearbeitung des Walzgutes 6 konstant, also dem aus dem Stichplan vorgegebenen Drehzahlverhältnis entsprechend, zu halten, wird gemäß FIG 2 dem Regelkreis 14 zumindest eines der Antriebe 8 bei Beaufschlagung eines Antriebs 8 mit einem realen Lastmoment MLoad in Abhängigkeit des realen Lastmoments MLoad zusätzlich ein simuliertes Lastmoment MLoad, Sim zugeführt, wie dies in FIG 5 dargestellt ist. Das simulierte Lastmoment MLoad, Sim zeigt einen einem realen Lastmoment MLoad entsprechenden zeitlichen Verlauf. Dabei kann an einem Antrieb 8 nur ein reales Lastmoment MLoad, ein rein simuliertes Lastmoment MLoad, Sim oder sowohl ein reales Lastmoment MLoad als auch ein simuliertes Lastmoment MLoad, Sim wirken. In jedem Fall wird das dem Regelkreis 14 eines Antriebs 8 zugeführte simulierte Lastmoment MLoad, Sim dabei so gewählt, dass sich für jeden Antrieb 8 jedes Walzgerüsts 4 in Abhängigkeit vom realen Lastmoment MLoad ein Lastmoment ergibt, das eine zeitgleiche und synchron verlaufende Verringerung der Drehzahl nIst aller Antriebe 8 bewirkt. So wird durch ein simuliertes Lastmoment MLoad, Sim zum Zeitpunkt T ein zeitgleicher Drehzahleinbruch- in FIG 6 dargestellt- an allen Antrieben 8 und damit eine Synchronität der Walzen 13 der einzelnen Walzgerüste 4 gewährleistet.
  • Beim Einfädeln des Walzgutes 6 in das erste Walzgerüst 4 wird beispielsweise nur ein Antrieb 8, nämlich der des ersten Walzgerüsts 4, mit einem realen Lastmoment MLoad beaufschlagt. An allen weiteren Antrieben 8 wirkt kein reales Lastmoment MLoad, sodass deren Regelkreis 14 in Abhängigkeit des am ersten Walzgerüst 4 auftretenden realen Lastmoments MLoad nur jeweils ein simuliertes Lastmoment MLoad, Sim zugeführt wird.
  • Trifft das Walzgut 6 im zweiten Walzgerüst 4 auf, ist der Antrieb 8 des ersten Walzgerüsts 4 weiterhin mit dem realen Lastmoment MLoad beaufschlagt. Auch am zweiten Walzgerüst 4 wirkt nun ein reales Lastmoment MLoad, welches sich von dem am ersten Walzgerüst 4 wirkenden realen Lastmoment MLoad unterscheidet. Bei Beaufschlagung mehrerer, in diesem Fall zweier Antriebe 8 mit einem realen Lastmoment MLoad wird das größere reale Lastmoment MLoad, also das höchste reale Lastmoment MLoad, bestimmt. Dies kann beispielsweise mit Hilfe einer Maximalauswahl-Funktion erfolgen. In Abhängigkeit des höchsten realen Lastmoments MLoad werden den Regelkreisen 14 der Antriebe 8 simulierte Lastmomente MLoad, Sim zugeführt. Hierfür wird z.B. jeweils eine Differenz zwischen dem höchsten realen Lastmoment MLoad und dem realen Lastmoment MLoad an jedem Walzgerüst 4 gebildet. Dieses Differenzmoment wird dem jeweiligen Regelkreis 14 des Antriebs 8 mit den geringeren realen Lastmomenten MLoad als simuliertes Lastmoment MLoad, Sim zugeführt.
  • Mit anderen Worten: Das höchste reale Lastmoment MLoad, das an einem Antrieb 8 eines Walzgerüsts 4 wirkt, bestimmt die Summe aus realem Lastmoment MLoad und simuliertem Lastmoment MLoad, Sim an den weiteren Walzgerüsten 4.
  • In diesem Ausführungsbeispiel ist das reale Lastmoment MLoad am ersten Walzgerüst größer als das reale Lastmoment MLoad am zweiten Walzgerüst. Das reale Lastmoment MLoad am ersten Walzgerüst ist somit das höchste reale Lastmoment MLoad. Beim Auftreffen des Walzgutes 6 im zweiten Walzgerüst 4 wird ein Differenzmoment zwischen dem am ersten Walzgerüst 4 auftretenden realen Lastmoment MLoad und dem am zweiten Walzgerüst 4 auftretenden realen Lastmoment MLoad bestimmt und dem Regelkreis 14 des zweiten Walzgerüsts 4 als simuliertes Lastmoment MLoad, Sim aufgeschaltet. Den weiteren Antrieben 8 wird weiterhin das in Abhängigkeit des am ersten Walzgerüst 4 auftretenden realen Lastmoments MLoad bestimmte simulierte Lastmoment MLoad, Sim zugeführt.
  • Wird bei der Bearbeitung des Walzgutes 6 beispielsweise anschließend das dritte Walzgerüst 4 mit einem größeren realen Lastmoment MLoad beaufschlagt als das erste Walzgerüst 4, ist somit das reale Lastmoment MLoad am dritten Walzgerüst 4 das höchste reale Lastmoment MLoad, das die Summe aus realem und simuliertem Lastmoment an den übrigen Walzgerüsten 4 bestimmt. Es werden wiederum Differenzmomente gebildet und den Regelkreisen 14 der übrigen Antriebe 8 zugeführt. Die simulierten Lastmomente MLoad, Sim werden somit entsprechend dem neuen höchsten realen Lastmoment MLoad erhöht.
  • Die Größe des simulierten Lastmoments MLoad, Sim kann beispielsweise ebenfalls anhand eines Stichplans ermittelt werden. Während der Bearbeitung des Walzgutes 6 ist es möglich das simulierte Lastmoment MLoad, Sim aus einer Messgröße M, wie z.B. aus der Messung realer Drehmomente oder drehmomentproportionaler Motorströme ermittelte Lastdrehmomente, zu bestimmen. Hierfür ist eine Messeinrichtung 22 vorhanden.
  • Gemäß der Erfindung erfolgt die Zuführung eines simulierten Lastmoments MLoad, Sim zur Drehzahlregelung der Antriebe 8 in zumindest einen Regelkreis 14 eines der Antriebe 8 bei Beaufschlagung mindestens eines Antriebs 8 mit einem realen Lastmoment MLoad. Eine Beaufschlagung eines Antriebs 8 mit einem realen Lastmoment MLoad erfolgt beispielsweise beim Anstich bzw. Auftreffen des Walzgutes 6 in einem Walzgerüst 4.
  • Ein Zeitpunkt T der Beaufschlagung eines Antriebs 8 mit einem realen Lastmoment MLoad kann detektiert, also anhand einer Messgröße M ermittelt, werden. Hierfür wird mittels der Messeinrichtung 22 beispielsweise eine Walzkraft oder ein Drehmoment messtechnisch erfasst. Eine Ermittlung des Zeitpunktes T kann auch anhand eines am Walzgut 6 ermittelten Wertes, z.B. dessen Geschwindigkeit und Bewegung durch die Walzstraße 2, erfolgen. Das simulierte Lastmoment MLoad, Sim wird dem Regelkreis 14 dann zum Zeitpunkt T zugeführt.
  • Denkbar ist es auch, den Zeitpunkt T anhand eines Modells, welches z.B. die Bewegung des Walzgutes 6 durch die Walzstraße 2 abbildet, rechnerisch zu ermitteln.
  • 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 (10)

  1. Verfahren zur Bearbeitung von Walzgut (6) in einer Walzstraße (2), die mindestens zwei Walzgerüste (4) mit jeweils mindestens einer Walze (13) umfasst, wobei jedem Walzgerüst (4) ein separater Antrieb (8) mit Drehzahlregelung für die mindestens eine Walze (13) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei Beaufschlagung zumindest eines der Antriebe (8) mit einem realen Lastmoment (MLoad), zur Drehzahlregelung der Antriebe (8) zumindest einem Regelkreis (14) eines der Antriebe (8) zusätzlich in Abhängigkeit des realen Lastmoments (MLoad) ein simuliertes Lastmoment (MLoad, Sim) zugeführt wird, wobei das simuliertes Lastmoment MLoad, Sim derart gewählt wird, dass sich für jeden Antrieb (8) jedes Walzgerüsts (4) in Abhängigkeit vom realen Lastmoment MLoad ein Lastmoment ergibt, das eine zeitgleiche und synchron verlaufende Verringerung der Drehzahl nIst aller Antriebe (8) bewirkt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Antrieb (8) nur mit einem realen Lastmoment (MLoad) beaufschlagt wird und dem Regelkreis (14) der weiteren Antriebe (8) nur jeweils ein simuliertes Lastmoment (MLoad, Sim) zugeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem bei Beaufschlagung mehrerer Antriebe (8) mit einem realen Lastmoment (MLoad) die simulierten Lastmomente (MLoad, Sim) in Abhängigkeit des höchsten realen Lastmoments (MLoad) zugeführt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das höchste reale Lastmoment (MLoad) mit einer Maximal-Auswahl-Funktion bestimmt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem bei Beaufschlagung mehrerer Antriebe (8) mit einem realen Lastmoment (MLoad) Differenzmomente zwischen dem höchsten realen Lastmoment (MLoad) und den realen Lastmomenten (MLoad) gebildet werden und diese Differenzmomente als simulierte Lastmomente (MLoad, Sim) zugeführt werden.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Drehzahlverhältnis der Walzen (13) der Walzgerüste (4) anhand eines Stichplans ermittelt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das jeweils simulierte Lastmoment (MLoad, Sim) anhand eines Stichplans berechnet wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das jeweils simulierte Lastmoment (MLoad, Sim) anhand einer Messgröße (M) ermittelt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Zeitpunkt (T) der Beaufschlagung eines Antriebs (8) mit einem realen Lastmoment (MLoad) detektiert wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Zeitpunkt (T) der Beaufschlagung eines Antriebs (8) mit einem realen Lastmoment (MLoad) anhand eines Modells ermittelt wird.
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