EP3713686B1 - Vorrichtung zur steuerung eines streckreduzierwalzwerks - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for controlling a stretch-reducing mill according to the preamble of claim 1.
- the process causes the tube wall thickness to thicken or upset at the tube ends compared to the central part of the tube. This is due to the fact that at the front or rear end of the tube, due to the rolling stands not being in engagement with the rolling stock either ahead or behind in the conveying direction, the longitudinal rolling tension otherwise achieved in the tube center part is not achieved.
- the pipe sections that are thicker than the permissible wall thickness tolerance are a loss of yield and must be cut off.
- the mother tubes or shells used can have upset wall thicknesses at the ends, e.g. as a result of tool wear in the upstream units. This upsetting of the mother pipes causes an additional thickening of the finished pipe ends.
- End loss control has achieved practical and widespread importance by dynamically varying the motor or roller speeds as the pipe ends pass through the mill.
- the speed ratio between the roll calibers closest to the end of the pipe is increased and thus an increased rolling tension is applied.
- the particular challenge is, on the one hand, to bring about the speed changes mentioned in good time, since otherwise they have no effect on the thickening of the ends.
- the magnitude of the speed change and the transition to steady-state speeds must be precisely matched, since otherwise the sections adjacent to the pipe ends may fall below the target wall thickness in an inadmissible manner.
- the situation is further complicated by the fact that the speed curves of up to 32 drive motors have to be adjusted. It is not possible to determine theoretical speed curves in advance that achieve the best possible shortening of the thickened ends without further adjustment.
- the manual setting of the speed curves is a difficult and time-consuming procedure for the operating teams.
- the generic JP H07246414 A describes an automatic adjustment of engine speeds based on pipe measurement data. However, the deployment times and the duration of the effect are not adjusted. However, both have a high influence on the control result. In addition, the influence of the incoming pipe is not taken into account. Likewise, a combination of several rolls to minimize the influence of measurement errors or outliers is not listed
- DE-A1-38 19 571 describes a method for controlling wall thickness when stretch-reducing tubes. There is no provision for changing speeds in such a way that the time profile of the speed changes of individual or all motors is automatically adjusted based on the pipe wall thickness measurements.
- a disadvantage of the prior art is that the rolling mill operators usually have to make correction settings on the CEC in practical operation, or at least at the beginning of a rolling campaign. If necessary, adjustments must also be made within a rolling campaign, e.g. due to tool wear.
- a CEC independently monitors and evaluates the wall thickness results achieved at the pipe ends and resets the strength and timing of the speed change at the pipe ends for the following pipes.
- the course of the speeds over time is characterized by the start time of the speed change and the end point of the speed change. It is provided that the course over time is characterized by the start time or end time and a rate of change.
- the evaluation of the wall thickness progression is carried out on at least three sections of the wall thickness profile.
- the evaluation of the wall thickness progression is carried out from a number of target variables.
- the wall thickness profiles at the ends can be examined for cyclical patterns, such patterns being taken into account when controlling the motors.
- a measurement of an incoming shell wall thickness profile can be carried out, with the magnitudes and the time progression of the speed changes of the tube end control being adapted to shell wall thickness measured values. In this way, intervention is made very early on in the forming of a shell into a tube as the end product with the aim of improving the tube end diameter.
- the wall thickness profiles at the ends of the shells can be examined for cyclical patterns and such patterns can also be taken into account.
- Another measure that improves the invention consists in an automatic puncture detection.
- a further measure that improves the invention consists in taking into account the actual wall thickness profiles at the ends of the incoming mother pipes.
- a further measure that improves the invention consists in specifying target or ideal shapes of the pipe ends of each dimension.
- Another measure that improves the invention consists in using pattern-recognizing algorithms to evaluate the course of the wall thickness of each pipe end.
- a further measure that improves the invention consists in a simulation for the precalculation of the effect of a change in setting.
- Another measure that improves the invention consists in iterating the CEC setting over several loops to find a stable optimum
- a stretch-reducing mill comprises several rolls in roll stands 1, which are driven by controllable motors.
- the stretch-reducing of a rolling stock 2 is carried out by targeted control of the motors at different speeds, so that the rolling stock is placed under tensile stress between the rolls.
- the motors are supplied with electrical energy via a programmable logic controller (PLC) 3 .
- PLC programmable logic controller
- the PLC 3 takes over the query and/or calculation of the speeds of the motors during the rolling process.
- the PLC 3 is connected to sensors 5, 6 via a network 4 in the form of a fieldbus system, so that measured values flow directly into the PLC.
- the sensors 5 are, for example, position sensors, for example in the form of light barriers.
- the sensors 6 determine further measured values for monitoring the rolling process, in particular the diameter, wall thickness and temperature of the rolling stock.
- the PLC 3 can also communicate with a process control computer 7a of a process control level via a network 7 that is not capable of real-time.
- a method according to the invention for controlling a stretch-reducing mill can be carried out on a stretch-reducing mill described above by way of example will.
- the tube ends of stretched tubes are optimized by controlling one or more motors of the stretch-reducing mill.
- At least one wall thickness measurement is carried out on the outlet side by the sensors 6 and the magnitude of a change in the speed of the motors is automatically adapted to the measured pipe wall thickness profile.
- the time course of the speed changes of individual or all motors is automatically adjusted on the basis of the measured pipe wall thickness values.
- the course of the speeds over time is characterized by the start time of the speed change and the end point of the speed change.
- the course over time is also characterized by a rate of change of the speeds.
- An evaluation of the wall thickness progression is carried out on at least three sections of the wall thickness profile.
- the evaluation of the wall thickness progression is made from several target values.
- the process for controlling the tube end thickness is combined with a wall thickness control system for automatically controlling the wall thickness outside the thickened ends.
- the measured values from the sensors 6 are analyzed using programs, the wall thickness profiles at the ends being examined for cyclical patterns and such patterns being taken into account when controlling the motors.
- an incoming shell wall thickness profile is measured, with the magnitudes and the time curves of the speed changes of the tube end control being adapted to shell wall thickness measurements.
- the wall thickness gradients at the end of the shell are examined for cyclical patterns and such patterns are also taken into account.
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- Mechanical Engineering (AREA)
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Streckreduzierwalzwerks nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Beim Streckreduzieren von Rohren kommt es prozessbedingt zu einer Verdickung oder Anstauchung der Rohrwanddicke an den Rohrenden im Vergleich zum Mittelteil der Rohre. Dies liegt daran, dass am vorderen oder hinteren Rohrende infolge der in Förderrichtung vorlaufend oder nachlaufend fehlenden im Eingriff am Walzgut befindlichen Walzgerüste der im Rohrmittelteil ansonsten erzielte Walzlängszug nicht erreicht wird. Die deswegen über die zulässige Wanddickentoleranz verdickten Rohrabschnitte sind Ausbringensverlust und müssen abgeschnitten werden.
- Zusätzlich können, insbesondere bei Streckreduzierwalzwerken in Nahtlosrohranlagen, die eingesetzten Mutterrohre oder Luppen angestauchte Wanddicken an den Enden, z.B. infolge von Werkzeugverschleiß in den Voraggregaten, haben. Diese Anstauchungen der Mutterrohre bewirken eine zusätzliche Verdickung der Fertigrohrenden.
- Es wurden unterschiedliche Verfahren zur Verringerung der Endenverluste ersonnen. Praktische und weitverbreitete Bedeutung hat die Endenverluststeuerung durch dynamische Veränderung der Motor- bzw. Walzendrehzahlen während des Durchlaufs der Rohrenden durch das Walzwerk erreicht. Dabei wird das Drehzahlverhältnis zwischen den dem Rohrende nächstliegenden Walzkalibern vergrößert und somit ein erhöhter Walzzug aufgebracht.
- Derartige Systeme sind grundsätzlich seit langem bekannt, beispielsweise durch die
DE 1 602 181 A oder dieDE 1 962 792 A . - Es wurden zahlreiche Ausführungsformen vorgeschlagen, beispielsweise durch die
DE 25 57 707 A1 , dieDE 198 40 864 A1 , dieDE 26 45 497 A1 oder dieDE 30 28 211 A1 . Alle diese Quellen gehen aber nicht auf die Problematik der konkreten Einstellung der Drehzahlveränderung ein. - Die besondere Herausforderung liegt einerseits darin, die erwähnten Drehzahlveränderungen rechtzeitig herbeizuführen, da ansonsten diese keine Wirkung auf die Endenverdickung haben. Andererseits müssen die Stärke der Drehzahländerung und der Übergang zu den stationären Drehzahlen genau abgestimmt sein, da andernfalls die den Rohrenden benachbarten Abschnitte unzulässige Unterschreitungen der Sollwanddicke aufweisen können. Die Situation wird weiter durch den Umstand erschwert, dass die Drehzahlkurven von bis zu 32 Antriebsmotoren einzustellen sind. Es gelingt nicht, theoretische Drehzahlverläufe im vorab zu bestimmen, die ohne weitere Anpassung eine bestmögliche Verkürzung der verdickten Enden erreichen. Für die Bedienmannschaften ist jedoch die manuelle Einstellung der Drehzahlverläufe ein schwieriges und zeitaufwendiges Vorgehen.
- Dieses Problem ist seit langem bekannt und hat zu weiteren Vorschlägen zwecks möglicher Automatisierung geführt. Beispielsweise lehrt schon die erwähnte
DE 1 962 792 A1 die Anwendung einer Ansticherkennung einerseits durch Sensoren vor dem SRW und andererseits durch Erkennung der Motordrehzahländerung infolge des Lastwechsels beim Eintritt oder Austritt des Rohres aus einem Walzkaliber. Damit kann die Position der Rohrenden besser verfolgt und eine teilweise automatische Adaption der Steuerungsparameter erreicht werden. Diese Form der Rohrverfolgung im SRW ist aber nicht geeignet für Walzwerke, in denen Gruppen von Walzkalibern über gemeinsame Motoren angetrieben werden. Auch hat die Entwicklung der modernen, frequenzgesteuerten Asynchronmotoren dazu geführt, dass die Drehzahleinbrüche infolge eines Lastwechsels minimal sind und von einer Rohrendensteuerung kaum noch zu erkennen sind. - Vorgeschlagen wurden auch Lösungen, bei denen zusätzliche Senoren, beispielsweise Lichtschranken oder Fotozellen innerhalb des SRWs die Erkennung der aktuellen Position des vorderen oder hinteren Rohrendes übernehmen sollen und somit den Einsatz der Drehzahlsteuerung auslösen. Bedingt jedoch durch die im SRW unvermeidlichen und nachteiligen Umwelteinflüsse, wie Sprühwasser, Dampf oder Staub. sind derartige Systeme nicht nachhaltig zuverlässig.
- Die gattungsbildende
JP H07246414 A -
DE-A1-38 19 571 beschreibt ein Verfahren zur Regelung der Wanddicke beim Streckreduzieren von Rohren. Eine Änderung von Drehzahlen in einer Weise, dass auch der zeitliche Verlauf der Drehzahländerungen einzelner oder aller Motoren aufgrund der Rohrwanddickenmesswerte automatisch angepasst wird, ist nicht vorgesehen. -
DE-A1-10 2015 118 065 beschreibt ein Verfahren zur Drehzahlanpassung von kontinuierlichen Rohrwalzwerken. Eine Änderung von Drehzahlen in einer Weise, dass auch der zeitliche Verlauf der Drehzahländerungen einzelner oder aller Motoren aufgrund der Rohrwanddickenmesswerte automatisch angepasst wird, ist nicht vorgesehen. - Nachteilig im Stand der Technik ist es, dass die Walzwerksbediener im praktischen Betrieb meistens oder doch zumindest zu Anfang einer Walzkampagne Korrektureinstellungen an der CEC vornehmen müssen. Gegebenenfalls müssen z.B. infolge von Werkzeugverschleiß auch innerhalb einer Walzkampagne Anpassungen vorgenommen werden.
- Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung eines Streckreduzierwalzwerks anzugeben, bei dem ein Ausbringensverlust durch verdickte Rohrenden verringert ist.
- Diese Aufgabe wird für ein eingangs genanntes Verfahren erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Anpassung der Drehzahlen während des Durchgangs eines Rohres kann eine besonders genaue Beeinflussung des resultierenden Verlaufs der Wanddicken im Bereich der Rohrenden erzielt werden.
- In einem Automatikbetrieb überwacht und bewertet eine CEC selbständig die erzielten Wanddickenergebnisse an den Rohrenden und stellt für die folgenden Rohre jeweils die Stärke und den zeitlichen Ablauf der Drehzahländerung an den Rohrenden neu ein.
- Weitere Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass die Walzwerksbediener entlastet werden. Optimale CEC-Einstellungen werden schneller gefunden und während einer Walzkampagne besser eingehalten.
- Erfindungsgemäß ist der zeitliche Verlauf der Drehzahlen durch den Startzeitpunkt der Drehzahländerung und den Endpunkt der Drehzahländerung gekennzeichnet. Dabei ist vorgesehen, dass der zeitliche Verlauf durch Startzeitpunkt oder Endzeitpunkt und eine Änderungsrate gekennzeichnet ist.
- Zur genaueren Optimierung kann es vorgesehen sein, dass die Bewertung des Wanddickenverlaufs an mindestens drei Abschnitten des Wanddickenprofils vorgenommen wird.
- Allgemein vorteilhaft kann es vorgesehen sein, dass die Bewertung des Wanddickenverlaufs aus mehreren Zielgrößen vorgenommen wird.
- Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das Verfahren mit einem Wanddickenkontrollsystem zur automatischen Steuerung der Wanddicken außerhalb der verdickten Enden kombiniert ist.
- Bei einer im Sinne der Erfindung bevorzugten Steuerung eines Streckreduzierwalzwerks können die Wanddickenverläufe an den Enden auf zyklische Muster untersucht werden, wobei solche Muster bei der Steuerung der Motoren mit berücksichtigt werden.
- Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung kann eine Messung eines einlaufenden Luppenwanddickenprofils erfolgen, wobei die Größen und der zeitliche Verläufe der Drehzahländerungen der Rohrendensteuerung an Luppenwanddickenmeßwerte angepaßt werden. Auf diese Weise wird bereits sehr früh in die Umformung einer Luppe zu einem Rohr als Endprodukt mit dem Ziel einer Verbesserung der Rohrendendurchmesser eingegriffen.
- In bevorzugter Weiterbildung können dabei die Wanddickenverläufe an Luppenenden auf zyklische Muster untersucht und solche Muster mit berücksichtigt werden.
- Weiterhin bevorzugt kann es dabei vorgesehen sein, dass das Verfahren mit einem Wanddickenkontrollsystem zur automatischen Steuerung der Wanddicken außerhalb der verdickten Enden kombiniert ist.
- Eine weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahme besteht in einer automatischen Ansticherkennung.
- Eine weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahme besteht in einer Berücksichtigung der tatsächlichen Wanddickenverläufe an den Enden der einlaufenden Mutterrohre.
- Eine weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahme besteht in einer Vorgabe von Soll- oder Idealformen der Rohrenden jeder Abmessung.
- Eine weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahme besteht in einer Verwendung von mustererkennenden Algorithmen zur Bewertung des Wanddickenverlaufs jedes Rohrendes.
- Eine weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahme besteht in einer Simulation zu Vorabberechnung der Wirkung einer Einstellungsänderung.
- Eine weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahme besteht in einer Iteration der CEC-Einstellung über mehrere Luppen zur Findung eines stabilen Optimums
- Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
- Fig. 1
- zeigt eine schematische Darstellung eines Streckreduzierwalzwerks mit seiner Steuerung.
- Ein Streckreduzierwalzwerk umfasst mehrere Walzen in Walzgerüsten 1, die von regelbaren Motoren angetrieben werden. Das Streckreduzieren eines Walzgutes 2 erfolgt dabei durch gezielte Ansteuerung der Motoren mit verschiedenen Drehzahlen, so dass das Walzgut zwischen den Walzen unter Zugspannung gesetzt wird.
- Die Motoren werden über eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) 3 mit elektrischer Energie versorgt. Die SPS 3 übernimmt die Abfrage und/oder Berechnung der Drehzahlen der Motoren während des Walzvorgangs.
- Die SPS 3 ist über ein Netzwerk 4 in Form eines Feldbussystems mit Sensoren 5, 6 verbunden, so dass Messwerte unmittelbar in die SPS einfließen. Die Sensoren 5 sind vorliegend exemplarisch Positionssensoren, zum Beispiel in Form von Lichtschranken. Die Sensoren 6 ermitteln weitere Messwerte zur Überwachung des Walzvorgangs, insbesondere Durchmesser, Wanddicke und Temperatur des Walzguts.
- Die SPS 3 kann zudem über ein nicht echtzeitfähiges Netzwerk 7 mit einem Prozessleitrechner 7a einer Prozessleitebene kommunizieren.
- Auf einem vorstehend beispielhaft beschriebenen Steckreduzierwalzwerk kann ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung eines Streckreduzierwalzwerks durchgeführt werden. Dabei werden Rohrenden von gestreckten Rohren durch die Steuerung von einem oder mehreren Motoren des Streckreduzierwalzwerks optimiert.
- Es erfolgt mindestens eine auslaufseitige Wanddickenmessung durch die Sensoren 6 und eine automatische Anpassung der Größe einer Drehzahländerung der Motoren an das gemessene Rohrwanddickenprofil. Erfindungsgemäß wird auch der zeitliche Verlauf der Drehzahländerungen einzelner oder aller Motoren aufgrund der Rohrwanddickenmesswerte automatisch angepasst.
- Der zeitliche Verlauf der Drehzahlen ist durch den Startzeitpunkt der Drehzahländerung und den Endpunkt der Drehzahländerung gekennzeichnet. Insbesondere ist der zeitliche Verlauf zudem durch eine Änderungsrate der Drehzahlen gekennzeichnet.
- Eine Bewertung des Wanddickenverlaufs wird an mindestens drei Abschnitten des Wanddickenprofils vorgenommen.
- Zudem wird die Bewertung des Wanddickenverlaufs aus mehreren Zielgrößen vorgenommen wird.
- Das Verfahren zur Steuerung der Rohrendendicke ist dabei mit einem Wanddickenkontrollsystem zur automatischen Steuerung der Wanddicken außerhalb der verdickten Enden kombiniert.
- Die Messwerte durch die Sensoren 6 werden mittels Programmen analysiert, wobei die Wanddickenverläufe an den Enden auf zyklische Muster untersucht und solche Muster bei der Steuerung der Motoren mit berücksichtigt werden.
- Zusätzlich zu einer Messung der Wanddicken der (teil)gestreckten Rohre erfolgt eine Messung eines einlaufenden Luppenwanddickenprofils, wobei die Größen und der zeitliche Verläufe der Drehzahländerungen der Rohrendensteuerung an Luppenwanddickenmeßwerte angepaßt werden.
- Dabei werden die Wanddickenverläufe an Luppenenden auf zyklische Muster untersucht und solche Muster werden mit berücksichtigt.
- Insgesamt ist das Verfahren mit einem Wanddickenkontrollsystem zur automatischen Steuerung der Wanddicken außerhalb der verdickten Enden kombiniert.
-
- 1
- Walzgerüste mit Walzen und Motoren
- 2
- Walzgut
- 3
- SPS = speicherprogrammierbare Steuerung
- 4
- Bussystem, Feldbus
- 5
- Sensoren, Positionssensoren
- 6
- Sensoren für Durchmesser, Wanddicke, Temperatur etc.
- 7
- Netzwerk auf Prozessleitebene
- 7a
- Prozessleitrechner
Claims (8)
- Verfahren zur Steuerung eines Streckreduzierwalzwerks, wobei Rohrenden von gestreckten Rohren durch die Steuerung von einem oder mehreren Motoren des Streckreduzierwalzwerks (1) optimiert werden, umfassend mindestens eine auslaufseitige Wanddickenmessung und eine automatische Anpassung der Größe einer Drehzahländerung der Motoren an das Rohrwanddickenprofil, dadurch gekennzeichnet,dass auch der zeitliche Verlauf der Drehzahländerungen einzelner oder aller Motoren aufgrund der Rohrwanddickenmesswerte automatisch angepasst wird,wobei der zeitliche Verlauf der Drehzahlen durch den Startzeitpunkt der Drehzahländerung und den Endpunkt der Drehzahländerung gekennzeichnet ist,wobei der zeitliche Verlauf durch Startzeitpunkt oder Endzeitpunkt und eine Änderungsrate gekennzeichnet ist.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewertung des Wanddickenverlaufs an mindestens drei Abschnitten des Wanddickenprofils vorgenommen wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewertung des Wanddickenverlaufs aus mehreren Zielgrößen vorgenommen wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mit einem Wanddickenkontrollsystem zur automatischen Steuerung der Wanddicken außerhalb der verdickten Enden kombiniert ist.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddickenverläufe an den Enden auf zyklische Muster untersucht und solche Muster bei der Steuerung der Motoren mit berücksichtigt werden.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messung eines einlaufenden Luppenwanddickenprofils erfolgt, wobei die Größen und der zeitliche Verläufe der Drehzahländerungen der Rohrendensteuerung an Luppenwanddickenmeßwerte angepaßt werden.
- Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddickenverläufe an Luppenenden auf zyklische Muster untersucht und solche Muster mit berücksichtigt werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mit einem Wanddickenkontrollsystem zur automatischen Steuerung der Wanddicken außerhalb der verdickten Enden kombiniert ist.
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