SE447967B - Anordning for reglering av ett kvartovalsverk - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 447 967 2 reglersystem till valsverk av det ovan angivna slaget på det ekonomiska planet. Specifikationerna för valsningsförloppet är rätt varierande allt efter pro- dukten (stål, aluminium, materialhårdhet, arbetshastig- het, osv.) och vid en ovan beskriven direktreglering måste man för varje enskilt fall anskaffa en skräddar- sydd regleranordning, vilket i sig medför motsvarande kostnadskrävande utvecklings- och konstruktionsarbeten för varje enskilt fall när de mekaniska byggelementen, dvs. arbets- och stödvalsarna, väsentligen skall vara oförändrade.

Redogörelse för uppfinningen Ändamålet med den föreliggande uppfinningen är att för ett valsverk av det inledningsvis angivna slaget åstadkomma en regleranordning som möjliggör att de tids- mässiga problemen kan behärskas och medger en standardi- sering för åtminstone ett antal byggelement, dock så att anläggningen i sin helhet likväl är anpassbar till det enskilda fallet. Detta löses med de medel som anges i den kännetecknande delen av det efterföljande patent- kravet 1. v Sålunda är regleranordningen uppbyggd av minst tre, varandra överlagrade reglerkretsar, varvid det i hirarkin understa steget (tryckregleringen för stödkällan) kan standardiseras medan de mera "betjäningsnärliggande" ste- gen i tilltagande utsträckning kan göras anpassbara till det enskilda fallet. För normaldrift kan redan regleranord- ningen enligt patentkravet 1 arbeta tillfredsställande, så att man kan förlita sig på själva tjockleksmätningen. I allmänhet utförs den emellertid med ett som en fjärde reglerkrets anordnat steg, som är överlagrat det tredje, varvid den utformas med en motsvarande lång tidskonstant varigenom korta svängningar kommer att utregleras redan av de undre kretsarna.

Ytterligare föredragna särdrag hos anordningen enligt uppfinningen definieras av de osjälvständiga patent- kraven, varvid betydelsen av enskilda särdrag för sig och 10 15 20 25 30 35 447 967 3 i kombination med varandra framgår av den efterföljande redogörelsen för föredragna utföringsformer.

Föredragna utföringsformer I samband med bifogade ritningar kommer före- dragna utföringsformer av uppfinningen att närmare be- skrivas nedan, varvid ' fig. 1 visar schematiskt ett vertikalt snitt genom ett kvartovalsverk, för vilket regleranordningen enligt uppfinningen är avsedd, fig. 2 visar i blockform kopplingskretsen för en regleranordning enligt uppfinningen, fig. 3 visar likaledes i blockform de undre tryck- reglerkretsarna enligt fig. 2, fig. 4 visar börvärdesbearbetningen för tryckregler- kretsen enligt fig. 3, fig. 5 visar i blockform uppbyggnaden av positions- regleringen, fig. 6 visar i blockform regleringen av valsspalt och valskraft samt _ fig. 7 visar en möjlighet till att utvärdera utsigna- ler från ett bandtjockleksmätorgan för korrigering.

Av fig. 1 framgår att i ett valsstativ 10 är den undre böjningsinställningsvalsen 14 infäst i omedelbar när- het av tvärstycket 12 medelst dess lagringsorgan 16. Lag- ríngsorganet 18 för den övre böjningsinställningsvalsens 20 tvärstycke 19 är reglerbart anordnad i höjdled medelst spin- deln 22 i stativet 10. Via hydrostatiska stödelement 24 under- stöds den undre valsmanteln 26 av tvärstycket 12 och det öv- re tvärstycket 19 understöder den övre valsmanteln 28 medelst de hydrostatiska stödelementen 30. Det bör uppmärksammas att i den schematiska âtergivningen enligt fig. 1 antyds en- bart vardera fem övre resp. undre stödelement. I själva verket är deras antal mycket större och uppgår till exempel- vis tjugofyra stycken för varje valsmantel. Med avseende på arbetstrycket är emellertid alltid ett bestämt antal av vid sidan om varandra belägna stödelement parallellkopplade, så att i det återgivna exemplet erhålles fem "zoner" längs än 10 15 20 25 30 35 447 967 4 valsspaltens bredd, vilka är påverkbara med egna inställ- ningssignaler.

Såsom är vanligt vid kvartovalsverk är de båda drivna arbetsvalsarna 32, 34 med sina lagringsorgan 36 anordnade mellan de övre och undre böjningsinställnings- valsarna. Pâ båda sidor om arbetsvalsarna finnes så kallade balanseringscylindrar, d.ms. hydrauliska cy- lindrar som vid tryckpåverkan skiljer de båda arbets- valsarna från varandra och därmed öppnar valsspal- ten. I valsspalten antyds valsgodset 38. Det bör uppmärksammas att balanseringscylindrarna är tryckpåver- kade under valsningen och därmed motverkar stödelementen ZH, 30, varvid de på grund av anläggningen mot änden på arbetsvalsarna utövar ett böjmoment. Detta bör beaktas vid uppläggningen av reglerkarakteristiken för stödelementen resp. de zonvisa grupperna med stödelement.

Av fig. 2 framgår den regleringsidê som utgör grunden för uppfinningen. Valsstativet antyds nu endast av arbetsvalsarna, stödvalsmantlarna och deras stödelement.

Var och en av de fem grupperna med stödelement, eller i korthet “zonerna", är förbunden med en tryckregulator H0 varifrån deras utgångsinställningssignal för trycket avges och med vilka stödelementen för avsedda zoner regleras.

Tryckregulatorernas uppbyggnad kommer att beskrivas senare under hänvisning till fig. 3. Totalt föreligger i utförings- exemplet tio tryckregulatorer 40, vilkas börvärden in- matas från börvärdesfördelaren H2.

Vid börvärdesbildníng inmatas reglersignaler från positíonsregulatorn HU, som å sin sida för bildning av sitt börvärde utvärderar reglersignalerna som avges från vals- spalt- eller valskraftregulatorer HS. Här kan den som driver anläggningen välja om det är valsspalten eller valstrycket som skall regleras. Slutligen antyds även korrigeringsanord- ningen 48 för valsgodstjockleken.

Vid börvärdesbíldningen för tryckregulatorn 40 föreliger även den möjligheten att uppkoppla korrigerings- signaler som bildas antingen manuellt av maskinoperatören 10 15 20 25 30 35 447 967 5 eller på grund av utsignaler från enskilda mätkretsar som är anslutna efter valsspalten. Det bör uppmärksammas att dessa korrigeringssignaler likartat påverkar de övre och undre stödelementen inom varje zon (alltså ger en övre och undre tryckhöjning respektive sänkning) för undvikande av otillåt- na spänningar i valsmantlarna. Här är endast korrigerings- kontrollgivaren 50 antydd.

I fig. 3 återges tryckregulatorn 40 för två varandra- motliggande zoner av valsspalten. Båda är i princip uppbyggda på samma sätt och de arbetar oberoende av varandra. Det är därför tillräckligt att enbart beskriva den ena. 30 matas med drifttrycket från ett reglerorgan 52, varvid det rör sig om en styr- Stödelementen 2H resp. ventil, en styrd pump eller andra ekvivalenta byggkompo- nenter. På grund av att stödelementen är utbildade som hydrostatiska stödlager är det ändamålsenligt att övervaka bestämda storheter bakom reglerorganet. Därmed förstås att vid överskridande av bestämda säkerhetsgränser kan en nöd- bortkoppling ske.

De hydrostatiska stödlagren utnyttjar en viss minimi- mängd hydraulolja för att säkerställa smörjningen av den roterande valsmanteln. Man kan därvid använda en (dyrbar) flödesvakt 5H som i sig vid tillräckligt högt tryck likväl kan ge för liten genomströmning på grund av stopp i ledningen.

En tryckvakt 56 skyddar mot mekanisk överbelastning vid alltför högt tryck. En styrd àtergângsventil 58 möjliggör att systemet kan göras trycklöst bakom reglerorganet. Slut- ligen föreligger ännu en säkerhetsventil 60.

Tryckets är-värde bakom reglerorganet 52 avkän- nes medelst tryckmätaren 62 och utsignalen, som i utförings- exemplet är en mot trycket proportionell elektrisk signal, matas till en signalanpassningsomvandlare 64 för erhållande av normerade instorheter för den egentliga regulatorn. Dess utsignal jämförs i komparatorn 66 med tillhörande börfi värde och en relativ differens uppträder pâ ingången till en PID-regulator 68. Regulatorn medges här att uppkoppla korri- geringssignaler från tjockleksmätaren och/eller från de av maskinoperatören inställda korrigeringssignalerna. Regulatorns 10 15 20 25 30 35 447 967 6 utsignal förstärkes i förstärkaren 70 och matas till regler- organet 52.

Vid detta tillfälle skall påpekas att det även vore tänkbart att man enbart låter stabilisera den ena vals- manteln, exempelvis den undre, med avseende på dess läge i rummet och att tryckregleringen i övrigt endast får verka på stödelementen för den andra valsmanteln. Tryckregleringen av båda valsarna har emellertid den fördelen att de för en bestämd inställning av valsspalten fördelar erforderlig hyd- rauloljemängd över de båda varandra motstående zonerna vari- genom de hydrauliska installationerna kan ges en mot genom- strömningen svarande mindre dimension. Eftersom den erhåll- bara genomströmningen utan vidare påverkar tidsförhållandet för regleringen är det ett önskemål att uppnå en förbättring härav. Utan vidare måste i allmänhet positionerna för båda valsmantlarna regleras eller åtminstone måste denna möjlig- het förutsättas vid grundutförandet.

Av fig. 3 framgår att ännu en tryckdifferensvakt 72 föreligger som påverkas av ärvärdet för de båda regler- kretsarna. Eftersom reglerkretsarna för de enskilda zonerna nämligen arbetar oberoende av varandra får man enbart tillåta ett visst maximivärde för tryckskillnaden över/under inom varje enskild zon för att utesluta en spänning i valsmant- larna.

Den i fig. 2 enbart antydda börvärdesfördelningen återges i detalj för en zon i fig. 4. För varje tryckregu- lator H0 krävs ett eget börvärde, som bildas av mätvärderna för valsmantlarnas positioner relativt tillhörande tvär- stycke respektive relativt en annan fixpunkt. Ärvärdet för valsmantelns position avkännes vid dess båda ändar. Är båda ärvärdena lika ligger valsmanteln horisontellt och motsvar- ande tryckkorrigering vid avvikelse från börvärdet verkar likformigt på regulatorn H0. Skiljer sig de båda ärvärderna från varandra betyder detta en snedinställning av valsmanteln och i motsvarighet därtill företas endast en tryckkorri- gering vid den ena valshalvan i en riktning och vid den andra valshalvan i motsatt riktning. 'a 10 15 20 25 30 35 447 967 7 Vid fem zoner, såsom i utföringsexemplet, erhåller därför regulatorn 40 för mittzonen enbart en "taktsignal- del" och de övriga regulatorerna en vägd signaldel av den föreliggande ärvärdesdifferensen plus taktsignaldelen. Denna Vägning symboliseras medelst funktionsgivaren 74. Bakom denna är ett additionssteg 76 för en eventuellt förekommande korrigeringssignal.

Under bestämda driftsbetingelser, start, provdrift, regleras såväl positionerna för den undre som den övre vals- manteln med utgång från deras egna börvärden. Vid valskraft- och valsspaltstyrd drift kommer däremot enbart ärvärdesigna- len från den undre valsmanteln att utnyttjas för positions- reglering av de båda mantlarna, dock modifieras medelst reg- lersignalerna för spalt- och kraftreglerkretsarna, vilka' föreligger på ledningen 78. (För den slutna reglerkretsen är det funtktionellt ekvivalent om reglersignalen för den över- lagrade reglerkretsen uppkopplas som börvärde för den under- lagrade reglerkretsen eller som störsignal enligt föreligg- ande exempel). ' Positionsreglersignalens behandling, vilken inmatas på ledningen 80, åskâdliggörs i fig. 5. Positionsgivarna 82 vid båda valsändarna utlöser larm vid överskridande av ett förutbestämt gränsvärde, nämligen då de hydrostatiska stöd- elementens slaglängd är på väg att överskridas eller det före- ligger fara att valsmanteln skall beröra sitt tvärstycke. Är- värdessignalkomparatorn 8H utlöser larm av likartade orsaker vid otillâtet snedläge för valsmanteln. Via anpassningssteg 86 och PD-steg 88 matas ärvärdet till komparatorerna 90, på vilkas andra ingångar börvärdena inmatas. Den resulterande reglersignalen bildas av en PI-regulator. Detta gäller för den undre valsmanteln. Vid den övre föreligger enbart ett P- steg och en P-regulator emedan regulatorerna icke arbetar mot varandra vid sluten, tom valsspalt.

I fig. 6 återges i sammanfattning elementen för vals- kraft- eller valsspaltreglering.

Vid 100 inmatas spaltbörvärdet, bearbetas i omvand- laren 102, jämförs i komparatorn 10H med det ur positions- 10 15 20 25 30 35 447 967 8 mätningen utvunna, medelst omvandlaren 106 bearbetade och i funktionsgivaren 108 till ett spaltärvärde omräknade ärvär- det, vilket inmatas via ett PDT-steg (differensförstärkare med tidsteg) 110 till komparatorn. Via en omkopplare 112 spaltreglering/kraftreglering efter reglerförstärkaren 114 matas reglersignalen genom ett första maximibegränsningssteg 116 och ett andra minimibegränsningssteg 118 liksom en inte- _ grator 120 innan den som börvärde inmatas på börvärdesför- delaren (se ovan).

Funktionen för nämnda kretskomponenter är i och för sig känd. Nämnvärda är dock de båda begränsningsstegen som skall förhindra att olämpliga spaltstorlekar anges. Skulle det från maskinoperatören vid 100 anges en spaltvidd som är större än inmatningstjockleken pá den metall som skall val- sas íngriper minimibegränsningssteget. Om det omvänt skulle anges en så trång spalt att de resulterande krafterna skulle skada anläggningen ingriper maximibegränsningssteget. Gräns- värdena för dessa båda steg anges vid 122 resp. 124. De båda begränsningsstegen är i drift vid såväl spaltreglering som vid kraftreglering.

För kraftmätning föreligger kraftmätningsdoser 126 vid valsarnas båda ändar, i arbetsvalsarnas lagringsorgan.

Via anpassningssteget 128 och PDT-steget 130 matas ärvärdes- signalen till komparatorn 132 där den jämförs med det vid 134 förvalbara kraftbörvärdet. Via en P-regulator 136 och om- kopplaren 112 inmatas börvärdesfördelarens reglersignal för tryckregulatorerna. En kraftövervakare 138 ger larm vid otillåtet höga ärvärden för krafterna. Det är klart att för begränsningsstegens 116, 118 verksamhet måste valskraft- mätningen ständigt vara i drift, även när man reglerar på spaltvidden. Samverkan mellan inställarna 122, 12k framgår av ritningsfiguren.

Under drift kommer alltså automatisk omkoppling till valskraftsreglering att ske då en av begränsningsstegen 116, 118 påverkas, varvid en plötslig börvärdesövergång för tryck- regulatorn eftersträvas. Därmed förstås att det resulterande börvärdet alltid måste ligga inom tryckregleringens arbets- 10 447 967 9 omrâde och sålunda i annat fall måste åtminstone larm ut- lösas.

Pig.-7 visar bildandet av korrigeringssignalen ur den uppmätta valsgodstjockleken. Den i handeln vanligen före- kommande tjockleksmätanordningen 1R0 lämnar ett första ärvär- de, som kombineras i en multiplikator 142 med ärvärdet för bandhastigheten (på ledaren luh) och matas till integratorn 146. Brytaren 1H8 medger inkoppling av tjocklekskorrigering- en enbart vid valsspaltreglering. Därutöver förs den i bryt- läge när begränsningsstegen 116, 118 påverkas.

Claims (26)

10 15 20 25 30 35 447 967 10 PATENTKRAV

1. Anordning för reglering av ett kvartovalsverk (10) för valsning av metall och vars arbetsvalsar (32, 34) understöds av kulisstyrda mantlar (26, 28) som tillhör en undre (14) och en övre (20) böjningsinställningsvals, vilka mantlar å sin sida understöds av hydrostatiska stödelement (24, 30) mot ett tvär- stycke (12, 19), k ä n n e t e c k n a d av en första regler- krets (40) för det stödkälltryck som påverkar böjningsinställ- ningsvalsarna, en andra reglerkrets (44) för valsmantlarnas positioner, vilken andra reglerkrets är överlagrad den första reglerkretsen så att den andra reglerkretsens reglerutstorhet inkopplas på den första reglerkretsen som börvärde respektive störstorhet, samt en tredje reglerkrets (46) för valskraften eller valsspalten, vilken tredje reglerkrets (46) är överlagrad den andra reglerkretsen (44) så att den tredje reglerkretsens reglerutstorhet inkopplas på den andra reglerkretsen som bör- värde respektive störstorhet.'

2. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e - t e c k n a d av en fjärde reglerkrets (48) för valsgodsets tjocklek, vilken fjärde reglerkrets är överlagrad den tredje reglerkretsen (46) så att den fjärde reglerkretsens reglerut- storhet är inkopplad på den tredje reglerkretsen som börvärde respektive störstorhet.

3. Anordning enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a d av att grupper av stödelement (24, 30) är regler- bara från ett gemensamt reglerorgan (52) och att varje grupp är anordnad att tillhöra en egen tryckregulator (40).

4. Anordning enligt patentkravet 1, 2 eller 3, k ä n n e - t e c k n a d av att arbetsvalsarna (32, 34) är förskjutbara relativt varandra medelst hydrauliska balanseringscylindrar (37) vilka är inkopplingsbara under valsdriften.

5. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d av att styrbara ventiler är anordnade som reglerorgan (52) för tryckregleringen (40).

6. Anordning enligt något av patentkraven 1 - 4, k ä n n e t e c k n a d av att styrbara pumpar är anordnade som reglerorgan (50) för tryckregleringen (40).' J; 10 15 20 25 30 35 447 967 11

7. Anordning enligt något av patentkraven 1 - 6, k ä n n e t e c k n a d av en efter vardera reglerorganet(52)an- sluten övertrycksvakt (56).

8. Anordning enligt patentkravet 7, k ä n n e - t e c k n a d av att övertrycksvakten (56) uppvisar en säker- hetsventil (60).

9. Anordning enligt något av patentkraven 1 - 8, k ä n n e t e c k n a d av en efter vardera reglerorganet an- sluten flödesvakt (S4) för upprätthållande av en för stödelemen- tens (24, 30) smörjning erforderlig minimigenomströmning.

10. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d av att tryckregulatorns ärvärden för de varandra motliggande stödelementen (24, 30) vid de undre (26) och övre (28) valsmantlarna ligger på ingångarna till en ärvärdesdifferensvakt (72), på vars utgång en larmsignal är ut- tagbar vid överskridande av en maximalt tillåtlig skillnad.

11. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d av att positionsärvärdena bildas för åtminstone en av valsmantlarna (26, 28) ur positionerna för vals- manteländarna relativt tvärstycket (12, 19).

12. Anordning enligt patentkravet 11, k ä n n e - t e c k n a d av att positionsvärdena bildas genom utvärdering av summa och differens för positionsavvikelser hos båda vals- manteländarna.

13. Anordning enligt patentkravet 11 eller 12, k ä n n e - t e c k n a d av att vid valsspaltreglering är positionerna för den övre och den undre valsmanteln (24, 28) anordnade att regleras medelst var sitt eget börvärde.

14. Anordning enligt patentkravet 11 eller 12, k ä n n e ~ t e c k n a d av att vid valskraftregleríng är positionerna för den övre och den undre valsmanteln (24, 28) anordnade att regleras medelst börvärden som bildas av enbart valsmanteländ- lägena för den undre böjningsinställningsvalsen (14).

15. Anordning enligt patentkraven 3, 11 och 12, k ä n n e - t e c k n a d av att positionsreglersignalerna är inkopplings- bara till tryckregulatorerna (40) för de enskilda grupperna i vägt tillstånd, varvid vägningen är beroende av läget för aktuell grupp relativt de båda valsändarna. 10 15 20 25 30 35 447 967 12

16. Anordning enligt något av patentkraven 11 - 15, k ä n n e t e c k n a d av att positionsgivarna (82) vid vals- manteländarna uppvisar vägvakt som är anordnade att hålla vals- mantlarnas (26, 28) höjdläge inom stödelementens (24, 30) reg- lerbarhetsomrâde.

17. Anordning enligt något av patentkraven 11 - 16, k ä n n e t e c k n a d av att positionsreglerkretsen (44) för den undre valsmanteln (26) innefattar en PI-regulator.

18. Anordning enligt patentkravet 17, k ä n n e - t e c k n a d av att positionsreglerkretsen (44) för den undre valsmanteln (26) innefattar en PD-krets.

19. Anordning enligt patentkraven 13 och 17 eller 13 och 18, k ä n n e t e c k n a d av att reglerkretsen för den övre vals- manteln (28) innefattar en P-regulator. _

20. Anordning enligt något eller några av föregående patent- krav, k ä n n e t e c k n a d av tryckmätdosor (126) som är anordnade som ärvärdesgivare vid valskraftregleringen.

21. Anordning enligt patentkravet 20, k ä n n e - t e c k n a d av att ur valskraftärvärdena och förutbestämda gränsvärden (122, 124) är maximi- och minimivalskraftvärden (116 resp. 118) anordnade att bildas, vilka även är verksamma såsom valskraftgränsvärden vid valsspaltreglering.

22. Anordning enligt patentkravet 21, k ä n n e - t e c k n a d av att maximivalskraftvärdet (122) är anpassat för den mekaniska belastningsbarheten för anläggningen.

23. Anordning enligt patentkravet 21 eller 22, k ä n n e - t e c k n a d av att minimivalskraftvärdet (124) är anpassat till en över noll liggande skillnad mellan valsgodsets ingångs- tjocklek och den spaltvidd som skall inregleras.

24. Anordning enligt något av patentkraven 20 - 23, k ä n n e t e c k n a d av att valskraftregulatorn omfattar en I-regulator (120). I

25. _ Anordning enligt patentkravet 24, k ä n n e - t'e clk n a d av att ärvärdet för valskraften är anordnat att inmatas på regulatorn (136) via en PD-krets (130).

26. Anordning enligt något av patentkraven 2 - 25, k ä n n e t e c k n a d av att bildandet av bandtjockleksreg- lervärdet (150) relateras till valsgodsets (38) bandhastighet (144). .fd