MX2011005637A

MX2011005637A - Metodo y dispositivo para suprimir activamente las oscilaciones de presion en un sistema hidraulico.

Info

Publication number: MX2011005637A
Application number: MX2011005637A
Authority: MX
Inventors: Anton Pirko; Georg Keintzel
Original assignee: Siemens Vai Metals Tech Gmbh
Priority date: 2008-12-05
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2011-06-24
Also published as: AT507088B1; KR20110097927A; JP2012510899A; CN102256716A; CN102256716B; AT507088A4; WO2010063661A3; BRPI0922297A2; RU2011127443A; US20120000543A1; CA2745800A1; RU2526647C2; WO2010063661A2; EP2352603A2

Abstract

La invención se refiere a un método y un dispositivo para suprimir activamente las oscilaciones de presión o pulsaciones de presión en un sistema hidráulico (10) de un tren de laminado en frío o en caliente o una instalación de acondicionamiento de láminas de materiales de hierro, acero o aluminio. El objetivo de la invención es proporcionar un método y un dispositivo para suprimir activamente las oscilaciones de presión o pulsaciones de presión en un sistema hidráulico de un tren de laminado en frío o en caliente o una instalación de acondicionamiento de láminas en la que la ocurrencia de oscilaciones de presión o pulsaciones de presión pueden ser suprimidas en una forma particularmente efectiva por medio de un dispositivo sencillo y rentable. Este objetivo se logra mediante un método que comprende los siguientes pasos del método: a) detectar una señal de presión (2) por medio de un sensor de presión (1) mediante medición permanente de la presión en el sistema hidráulico; b) determinar una componente alterna de la señal de presión (2); c) determinar en tiempo real al menos una variable (6) la cual cambia en el tiempo con la ayuda de un controlador (4) mientras que toma en consideración al menos un valor nominal y la componente alterna; d) someter al menos un accionador (9) a la variable (6), en donde el accionador (9) cambia un volumen que corresponde con la variable (6) y está en conexión con el sistema hidráulico, suprimiendo de este modo las oscilaciones de presión en el sistema hidráulico (10).

Description

MÉTODO Y DISPOSITIVO PARA SUPRIMIR ACTIVAMENTE LAS OSCILACIONES DE PRESIÓN EN UN SISTEMA HIDRÁULICO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un método y a un dispositivo para suprimir activamente las oscilaciones de presión o pulsos de presión en un sistema hidráulico de un tren de laminado en frío o en caliente o una instalación de tratamiento para materiales de hierro, acero o aluminio.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Es conocido que la ocurrencia periódica de fluctuaciones de presión o pulsos de presión aperiódicos en sistemas hidráulicos provocan diferentes problemas, por ejemplo el desarrollo de ruido excesivo, reducción en la vida de servicio de componentes, interrupción de circuitos de regulación, etc. Las oscilaciones de presión o pulsos pueden ser provocados ya sea internamente en el sistema hidráulico, por ejemplo como resultado de la no uniformidad de la cantidad de entrega de bombeos o como resultado del accionamiento de válvulas, etc., pero también pueden ser provocados externamente, por ejemplo como resultado de fluctuaciones periódicas de carga en cilindros hidráulicos o motores. Además, se conoce que las oscilaciones de presión excesivas pueden ocurrir en el sistema hidráulico, en particular en el caso de sistemas hidráulicos de alta dinámica, por ejemplo comprende una válvula hidráulica continua (por ejemplo, una válvula proporcional accionada eléctricamente o servoválvula ) y un cilindro hidráulico o motor .

Ha sido mostrado que las oscilaciones de presión excesivas pueden también ocurrir en los sistemas hidráulicos de trenes de laminado modernos o instalaciones de tratamiento de láminas, por ejemplo durante el acoplamiento de cilindro hidráulico, cuyas oscilaciones de presión excesivas pueden llevar a una reducción en la vida de servicio de componentes, pero también a un daño considerable de los soportes de un tren de laminado y/o a defectos del material móvil. Principalmente, esto es debido al hecho de que los sistemas hidráulicos que reaccionan más rápido y más rápido (alta dinámica) son utilizados por un lado, como resultado de fuerzas de laminado o velocidades de laminado superiores, y por el otro lado, como resultado de requerimientos superiores del tiempo de reacción y economía; el amortiguamiento en los sistemas hidráulicos (por ejemplo, el amortiguamiento viscoso en los sellos de los cilindros) es reducido.

DE 4 302 977 Al ha divulgado un dispositivo para suprimir las oscilaciones de presión en un montaje hidráulico, cuyo dispositivo tiene un sensor de presión, un dispositivo de regulación con un amplificador asociado, y un compensador de volumen. Sin embargo, las instrucciones concretas para que el método se lleve a cabo e indicaciones más detalladas para una aplicación conveniente del dispositivo en un sistema hidráulico de un tren de laminado o instalación de tratamiento de láminas no pueden ser reunidas a partir de la divulgación.

BREVE DESCIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Es un propósito de la invención proporcionar un método y un dispositivo para suprimir activamente las oscilaciones de presión o pulsos de presión en el sistema hidráulico de un tren de laminado en frío o en caliente o una instalación de tratamiento de láminas, por medio de cuyo método y dispositivo las oscilaciones de presión o pulsos que ocurren pueden ser suprimidos efectivamente particularmente por medio de un dispositivo sencillo y económico.

En el siguiente texto, no se hará distinción por más tiempo entre oscilaciones de presión que ocurren periódicamente y pulsos de presión que ocurre aperiódicamente; ambos tipos de oscilación son llamados oscilaciones de presión en general.

Este propósito se consigue mediante un método del tipo mencionado en la introducción, en cuyo método los siguientes pasos del método son llevados a cabo en la secuencia indicada : a) la detección de una señal de presión por medio de un sensor de presión mediante la medición permanente de una presión en el sistema hidráulico; b) la determinación de una componente alterna de la señal de presión; c) la determinación de al menos una variable de accionamiento que cambia temporalmente en tiempo real con la ayuda de un regulador, tomando en consideración al menos un valor de punto de ajuste y la componente alterna; d) cargar al menos un accionador con la variable de accionamiento, el accionador cambia un volumen que corresponde a la variable de accionamiento y es conectado al sistema hidráulico, como resultado de lo cual las oscilaciones de presión en el sistema hidráulico son suprimidas .

Aquí, la señal de presión es detectada por medio de un sensor de presión (por ejemplo, por medio de un piezoeléctrico, piezorresistivo o celda de medición de indicador de deformación) por medición permanente de una presión en un sistema hidráulico de un tren de laminado en frío o en caliente o una instalación de tratamiento de láminas de materiales de hierro, acero, o aluminio. Un sistema hidráulico se entiende como en el sentido de una sección (típicamente un circuito hidráulico o un eje hidráulico) de un montaje hidráulico el cual está conectado hidráulicamente una pieza con otra, por ejemplo la región entre una válvula hidráulica y un cilindro hidráulico incluyendo las líneas hidráulicas y mangueras. Posteriormente, una componente alterna se determina a partir de la señal de presión, es decir que la componente constante de la señal de presión es removida, y alimentada a un regulador. La determinación de la componente alterna puede tomar lugar ya sea por medio de un módulo de filtro electrónico o por medio de un filtro digital (por ejemplo, la eliminación de la componente constante por medio de una ventana de observación ("ventana deslizante"), que comprende n valores medidos de la señal de presión (arreglo de filtro n) ; no hace falta decir, sin embargo, que la remoción de la componente de DC también puede tomar lugar lo más tarde en el algoritmo del regulador) ; como una alternativa, la determinación de la componente alterna puede también tomar lugar por medio de un sensor de presión piezoeléctrico y un amplificador de carga el cual está ya sea conectado detrás del sensor de presión o está integrado dentro del sensor de presión. Tomar en consideración al menos un valor de punto de ajuste y la componente alterna de la señal de presión, el regulador determina al menos una variable de accionamiento que cambia temporalmente la cual es utilizada para cargar al menos un accionador con un volumen variable. Como resultado de la carga con la variable de accionamiento, el accionador libera un volumen el cual corresponde a la variable de accionamiento .

En otras palabras, el volumen del sistema hidráulico se cambia mediante el accionador, como resultado del cual la oscilación del flujo volumétrico que acompaña la oscilación de presión se compensa al menos parcialmente y, como consecuencia, la oscilación de presión también se suprime. Una variable de accionamiento de cero puede corresponder, por ejemplo, a un volumen medio, es decir una posición neutral o sin cambio del accionador; no hace falta decir, sin embargo, que también es posible que una variable de accionamiento de cero corresponda a un volumen mínimo; una variable de accionamiento máxima puede entonces estar asociada, por ejemplo, con un volumen máximo. La transmisión de la señal de la variable de accionamiento desde el regulador hasta el accionador puede tomar lugar por medio de cable o inalámbricamente (por ejemplo, por medio de radio).

Es conveniente para la componente alterna que esté sujeta ya sea a filtración de paso alto o de banda. Por medio de la filtración de paso alto, el desacoplamiento objetivo de la supresión de oscilaciones de presión es posible a partir de circuitos de regulación adicionales que están opcionalmente presentes en el sistema, por ejemplo regulación de posición o fuerza de un cilindro hidráulico. La filtración de banda hace posible que la supresión objetivo de intervalos de frecuencia definidos de las oscilaciones de presión (que coincide, por ejemplo, con una frecuencia natural del soporte de laminado o un subsistema o tiene una amplitud o intensidad alta) ; no hace falta decir que es posible la utilización de filtros de banda de adaptación (los cuales, por ejemplo, aislan automáticamente un intervalo de frecuencia con una amplitud alta) .

Si es deseada la extinción completa de las oscilaciones de presión que ocurren, el regulador utiliza el punto de ajuste de valor cero durante la determinación de la variable de accionamiento.

Debido a que cada accionador real tiene un cambio de fase en la respuesta de transmisión, es posible alimentar la variable de accionamiento que cambia temporalmente a un elemento de avance/retraso (lead/lag) y en el proceso cambiar la relación de fase de una forma especifica. Si, por ejemplo, la respuesta de frecuencia de un accionador quedará en una frecuencia definida f por 30°, el cambio de fase del accionador en f puede ser compensado por completo por medio de un elemento de avance que tiene un cambio de fase de 30° en f .

Una modalidad conveniente adicional del método comprende el hecho de que la variable de accionamiento que cambia temporalmente es alimentada al accionador después de la amplificación. Como resultado, es posible separar la parte de procesamiento de señal en el regulador de la parte de energía, como resultado de lo que las altas salidas de energía pueden ser conectadas en el accionador con regulación de alta precisión.

Debido a que las oscilaciones de presión en los sistemas hidráulicos de los cilindros de avance tienen una influencia directa en la calidad del material móvil y son por lo tanto particularmente instructivos, es conveniente aplicar el método de acuerdo con la invención en un sistema hidráulico de un cilindro de avance de un soporte de laminado.

Una modalidad conveniente adicional comprende filtrar diferentes bandas de frecuencia fuera de la componente alterna, alimentar dichas bandas de frecuencia a por lo menos un regulador para determinar las variables de accionamiento que cambia temporalmente, entonces alimentar las variables de accionamiento a por lo menos un accionador del cual cambia un volumen que corresponde a la variable de accionamiento y está conectado al sistema hidráulico, como resultado de lo cual las oscilaciones de presión en el sistema hidráulico son suprimidas. Como resultado, es posible no solamente suprimir una componente de frecuencia de las oscilaciones de presión, sino también suprimir una pluralidad de componentes de frecuencia al mismo tiempo, por ejemplo la armonía integral de una oscilación básica.

Con el fin de hacer una implementación lo más directa posible del método de acuerdo con la invención, cuya implementación logra el propósito en el que la invención está basada, es conveniente que el dispositivo tenga lo siguiente: al menos un sensor de presión el cual está conectado con el sistema hidráulico para detectar una señal de presión, un elemento para determinar una componente alterna de la señal de presión, a cuyo elemento se puede alimentar la señal de presión, al menos un dispositivo de regulación al cual se pueden alimentar la componente alterna y un punto de ajuste y con la ayuda del cual puede ser determinar al menos una variable de accionamiento, y al menos un accionador el cual está conectado con el sistema hidráulico y tiene un volumen variable, a cuyo accionador puede ser alimentada la variable de accionamiento.

Particularmente, los accionadores robustos y de alta dinámica, los cuales pueden todavía aplicar adicionalmente fuerzas elevadas, se pueden lograr si el accionador es configurado como un accionador piezoeléctrico o magnetoestrictivo . Los accionadores piezoeléctricos le son familiares a una persona experimentada en la materia; los accionadores magnetoestrictivos , tales como accionador es fabricados del material Terfenol-D® de Etrema Company, tienen excelentes propiedades dinámicas y pueden también ser utilizados convenientemente.

En una modalidad conveniente adicional del dispositivo de acuerdo con la invención, un accionador está equipado con un sensor de presión para detectar una señal de presión. En una modalidad, un sensor de presión está situado en un accionador del cual está configurado como un cilindro hueco. Estos arreglos especiales proporcionan unidades estructurales compactas que comprenden un accionador y sensor de presión que tienen que ser conectados eléctricamente solamente una vez .

En una forma particularmente conveniente, el dispositivo de acuerdo con la invención puede estar integrado dentro de un sistema hidráulico de una instalación de laminado, que al menos comprende una válvula hidráulica, un cilindro hidráulico y una linea o manguera hidráulica, si el dispositivo está conectado con la válvula hidráulica y el cilindro hidráulico de unos medios de avance de laminado del soporte de laminado. La instalación es particularmente compacta cuando el dispositivo está instalado dentro de una placa intermedia de la válvula hidráulica.

El método o el dispositivo de acuerdo con la invención puede ser utilizado convenientemente en instalaciones de fundición y laminado combinados, en particular en instalaciones de fundición de láminas, muy particularmente preferiblemente en instalaciones de fundición de doble laminado, o en instalaciones de fundición de bloques de tipo de producción sin fin de láminas (ESP, Endless Strip Production) .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Ventajas y características adicionales de la presente invención resultan de la siguiente descripción de modalidades ejemplares no restrictivas, se hace referencia a las siguientes figuras las cuales muestran lo siguiente: La Figura 1 muestra un diagrama de un sistema de control para suprimir activamente las oscilaciones de presión en un sistema hidráulico de un tren de laminado; La Figura 2 muestra un diagrama de un dispositivo de acuerdo con la invención para suprimir las oscilaciones de presión en un sistema hidráulico de un tren de laminado; y Las Figuras 3 y 4 muestran diagramas de un accionador un dispositivo de medición integrado DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION La Figura 1 muestra la construcción básica de un sistema de control para suprimir las oscilaciones de presión en un sistema hidráulico de un tren de laminado. Una señal de presión 2 es detectada en un sistema hidráulico 10 por medio de un sensor de presión 1, la señal de presión 2 es alimentada a un filtro de paso alto 3 (para detalles de circuito electrónico, ver, por ejemplo, la página 35 de P. Horowitz, W. Hill, The Art of Electronics, Cambridge University Press, segunda edición, 1989) el cual determina la componente alterna de la señal de presión 2' y la alimenta a un regulador 4. Dicho regulador 4 calcula una variable de accionamiento que cambia temporalmente 6 en tiempo real por medio de una ley de regulación con la consideración de la componente alterna 2' y una variable de punto de ajuste 5, cuya variable de accionamiento 6 es alimentada a un elemento de avance/retraso 7. La relación de fase de la variable de accionamiento 6 es cambiada por el elemento de avance/retraso 7, como resultado de lo cual el cambio de fase de un accionador 9 es compensado al menos parcialmente. Siguiendo el elemento de avance/retraso 7, la señal variable de accionamiento de la fase cambiada se amplifica por medio de un amplificador 8 con respecto a la amplitud de voltaje y la intensidad de corriente y se alimenta subsecuentemente al accionador 9. Un volumen que corresponde a la variable de accionamiento y está conectado al sistema hidráulico 10 es cambiado por el accionador 9, cuyo volumen compensa al menos parcialmente en favor de las oscilaciones volumétricas de flujo que acompañan las oscilaciones de presión, como resultado de lo cual las oscilaciones de presión son también compensadas .

La Figura 2 muestra un dispositivo esquemático para suprimir las oscilaciones de presión en un sistema hidráulico en un soporte de laminado de materiales de hierro o acero. Una señal de presión 2 es detectada por medio de un sensor de presión 1 mediante la medición permanente de una presión en un sistema hidráulico 10 por al avance de un rodillo 14 para el laminado de un material móvil 15 que comprende materiales de hierro o acero, el sistema hidráulico comprende una válvula hidráulica 11, un cilindro hidráulico 12 y una linea hidráulica 13. Aquí, el sensor de presión 1 puede ser situado ya sea en la sección entre un accionador piezoeléctrico 9' y el cilindro hidráulico 12 (como se muestra) o en la sección entre la válvula hidráulica 11 y el accionador 9' . No hace falta decir que también es posible que una pluralidad de sensores de presión estén acomodados entre el accionador piezoeléctrico 9' y el cilindro hidráulico 12 o entre la válvula hidráulica 11 y el accionador 9. La señal de presión 2 es transmitida a un regulador digital 4 el cual determina una banda de frecuencia de la componente alterna y calcula una variable de accionamiento que cambia temporalmente 6 con la consideración de un valor de punto de ajuste 5 y con la ayuda de un algoritmo de regulación. Después de la amplificación en un amplificador (no mostrado) , la variable de accionamiento es alimentada al accionador piezoeléctrico 9' el cual libera un volumen que corresponde con la variable de accionamiento 6 y está conectado a la linea hidráulica 13, con el resultado de que las oscilaciones volumétricas de flujo que acompañan las oscilaciones de presión están compensadas al menos parcialmente, como resultado de lo cual las oscilaciones de presión son también compensadas.

Las Figuras 3 y 4 muestran ilustraciones esquemáticas de un accionador magnetoestrictivo 9' ' con un sensor de presión integrado 1. En la Figura 3, el accionador 9'' está configurado como un cilindro hueco, y el sensor de presión 1 está integrado dentro de una cavidad del accionador 9' ' , cuya cavidad está sellada con relación a un sistema hidráulico 10 por medio de un pistón 16, un sello 17 y un alojamiento. En la Figura 4, el sensor de presión 1 está integrado dentro del accionador 9' ' , como resultado de lo que la instalación del montaje, que comprende el sensor de presión 1 y accionador 9'', se simplifica más. En ambas Figuras 3 y 4, el accionador 9'' es suministrado por medio de una linea eléctrica 18; una linea eléctrica 19 suministra el sensor de presión 1 y transmite los datos medidos a un filtro o un regulador con un filtro integrado.

No hace falta decir que el método o el dispositivo de acuerdo con la invención pueden ser utilizados en cualquier sistema hidráulico deseado de hidráulicas móviles o industriales.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención como antecede, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. Un método para suprimir activamente las oscilaciones de presión en un sistema hidráulico de un tren de laminado en frió o en caliente o una instalación de tratamiento de láminas de materiales de hierro, acero o aluminio, que comprende los siguientes pasos del método en la secuencia indicada: a) la detección de una señal de presión por medio de un sensor de presión mediante la medición permanente de una presión en el sistema hidráulico; b) la determinación de una componente alterna de la señal de presión; c) la determinación de al menos una variable de accionamiento que cambia temporalmente en tiempo real con la ayuda de un regulador, tomando en consideración al menos un valor de punto de ajuste y la componente alterna; d) cargar al menos un accionador con la variable de accionamiento, el accionador cambia un volumen que corresponde a la variable de accionamiento y es conectado al sistema hidráulico, como resultado de lo cual las oscilaciones de presión en el sistema hidráulico son suprimidas .

2. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque la componente alterna está sujeta ya sea a filtración de paso alto o de banda.

3. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque el regulador utiliza el valor de punto de ajuste cero durante la determinación de la variable de accionamiento.

4. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque la variable de accionamiento que cambia temporalmente es alimentada a un elemento de avance/retraso y en el proceso la relación de fase es cambiada.

5. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque la variable de accionamiento que cambia temporalmente es alimentada al accionador después de la amplificación.

6. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque el método es aplicado a un sistema hidráulico de un cilindro de avance de un soporte de laminado.

7. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque diferentes bandas de frecuencia son filtradas fuera de la componente alterna, dichas bandas de frecuencia son alimentadas a por lo menos un regulador para determinar las variables de accionamiento que cambian temporalmente, y las variables de accionamiento son alimentadas a por lo menos un accionador el cual cambia un volumen que corresponde a la variable de accionamiento y está conectado al sistema hidráulico, como resultado de lo cual las oscilaciones de presión en el sistema hidráulico son suprimidas.

8. Un dispositivo para suprimir activamente las oscilaciones de presión en un sistema hidráulico de un tren de laminado en frío o en caliente o una instalación de tratamiento de láminas de materiales de hierro, acero o aluminio, que tiene al menos un sensor de presión del cual está conectado con el sistema hidráulico para detectar una señal de presión, un elemento para determinar una componente alterna de la señal de presión, a cuyo elemento se puede alimentar la señal de presión, al menos un dispositivo de regulación, al cual se pueden alimentar la componente alterna y un punto de ajuste y con la ayuda del cual puede ser determinar al menos una variable de accionamiento, y al menos un accionador el cual está conectado con el sistema hidráulico y tiene un volumen variable, a cuyo accionador puede ser alimentada la variable de accionamiento.

9. El dispositivo de la reivindicación 8, caracterizado porque el accionador está configurado como un accionador piezoeléctrico o magnetoestrictivo.

10. El dispositivo de la reivindicación 8, caracterizado porque el accionador está equipado con un sensor de presión para detectar una señal de presión.

11. El dispositivo de la reivindicación 10, caracterizado porque un sensor de presión está situado en un accionador el cual está configurado como un cilindro hueco.

12. El dispositivo de la reivindicación 8, caracterizado porque el dispositivo está conectado con una válvula hidráulica en un cilindro hidráulico de unos medios avanzados de un soporte de laminado de un tren de laminado.

13. La utilización del método de las reivindicaciones 1 a la 7 o el dispositivo de las reivindicaciones 8 a la 12 en el procesamiento y/o producción de materiales metálicos, en particular en una instalación combinada de fundición y laminado .

14. La utilización del método de la reivindicación 13, caracterizada porque la instalación combinada de fundición y laminado es una instalación de fundición de láminas delgadas o instalación de fundición de bloques delgados (ESP) . RESUMEN DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un método y un dispositivo para suprimir activamente las oscilaciones de presión o pulsaciones de presión en un sistema hidráulico (10) de un tren de laminado en frió o en caliente o una instalación de acondicionamiento de láminas de materiales de hierro, acero o aluminio. El objetivo de la invención es proporcionar un método y un dispositivo para suprimir activamente las oscilaciones de presión o pulsaciones de presión en un sistema hidráulico de un tren de laminado en frió o en caliente o una instalación de acondicionamiento de láminas en la que la ocurrencia de oscilaciones de presión o pulsaciones de presión pueden ser suprimidas en una forma particularmente efectiva por medio de un dispositivo sencillo y rentable. Este objetivo se logra mediante un método que comprende los siguientes pasos del método: a) detectar una señal de presión (2) por medio de un sensor de presión (1) mediante medición permanente de la presión en el sistema hidráulico; b) determinar una componente alterna de la señal de presión (2) ; c) determinar en tiempo real al menos una variable (6) la cual cambia en el tiempo con la ayuda de un controlador (4) mientras que toma en consideración al menos un valor nominal y la componente alterna; d) someter al menos un accionador (9) a la variable (6), en donde el accionador (9) cambia un volumen que corresponde con la variable (6) y está en conexión con el sistema hidráulico, suprimiendo de este modo las oscilaciones de presión en el sistema hidráulico (10).