SE462836B - Hastighetsregleranordning foer valsverk - Google Patents

Description

462 “836 10 15 20 25 30 35 2 Övriga hänvisningsbeteckningar i fig l är uppställda nedan s : en Laplaceoperator g KI en àterställningstid hos strömreglersektionen, ' K : en förstärkning hos tändvinkelreglersektionen och tyristordonet, E Ka : en konstant avseende resistansen i ett ankare, Ta : en tidskonstant i den elektriska motorns ankare, Ko : en induktionskoefficient, Km : tröghetsmomentet för den elektriska motorn och valsarna som helhet, TL : av valsning förorsakat belastningsvridmoment, Ks : proportionell förstärkning i hastighetsreglersek- tionen, Ts : proportionell integrationstidskonstant i hastighets- reglersektionen.

Med förnyad hänvisning till blockschemat i fig 2 är en överföringsfunktion från en valsverkshastighet N till en förbindningspunkt för utsignaler från tändvinkelreg- lersektionen och tyristordonet, båda betecknade 10' som helhet och uppvisande förstärkningen K, dvs en överfö- ringsfunktion från hastighetsregleringsoperationsförstär- karen 6 till styrtillslagningskretsen 10 större än induk- tionskoefficienten Kc för det följande steget, och därmed kan en återkopplingsslinga, som ger induktionskoefficien- ten Ko, förbises. Vidare kan en överföringsfunktion från en elektrisk ström I i tyristorn till en förbindningspunkt för strömmen I och strömreglersignalen 8' representeras genom: ___1____ 1 + TIS förutsatt att TI kan approximeras med; 5 1 T = -- I 01 där en brytpunktsfrekvens i en överföringsfunktion för kretsen är betecknad GI. 10 15 20 25 30 35 462 836 3 En överföringsfunktion för en hastighetsslinga i det i fig 2 visade blockschemat kan följaktligen approximeras på i fig 3 åskàdliggjort sätt. Ett Bode-diagram för detta fall är áskådliggjort i fig 4.

I en sådan anläggning som ett valsverk upprättas i förväg en fast rotationshastighet och i detta tillstånd införes ett ämne eller arbetsstycke för valsning i vals- verket, vilket resulterar i ett plötsligt páläggande av en belastning på valsverket. Då valsverket har automatisk hastighetsreglering är det således allmänt känt, att den elektriska strömmen i och hastigheten för en elektrisk motor för drivning av valsverket varierar på i fig 5 åskådliggjort sätt. Om speciellt en belastning pålägges vid en tidpunkt 23, sjunker hastigheten 21 med en gång.

Samtidigt ökar strömmen 22 i en strävan att återföra hastigheten 21 till en från början förinställd nivå. I detta fall användes ett område 24, som är avgränsat med ett sänkningsbelopp AN för hastigheten 21 och en tid tr, som krävs för àterställning av hastigheten, såsom en enhet (index), som utmärker valsverkets regleruppförande, och med hänsyn till valsverkets egenskaper är det önskvärt att området 24 minimeras. Variationer i hastigheten 21 och den elektriska strömmen 22 är beroende av den elektriska mo- torns belastning.

I A och B i fig 5 representerar abskissan tiden och ordinatan i A i fig 5 anger en hastighet N, medan ordina- tan i B i fig 5 anger elektrisk ström I. Hänvisningsnumret 21 anger en hastighetsvariation, hänvisningsnumret 22 en variation i den elektriska strömmen, hänvisningsnumret 23 en tidpunkt, vid vilken en belastning pålägges, och hän- visningsnumret 24 ett område på ritningen fram till det att hastigheten N, som har varierat, väl återgår till sin ursprungliga nivå.

Området 24, som är avgränsat av variationen AN i has- tigheten N och återställningstiden tr vid páläggande av en märkbelastning, representeras sålunda av nedanstående ekvation (3). 462 836 10 15 20 25 30 35 4 Med hänvisning till fig 3 är närmare bestämt en över- föringsfunktion G från belastningsvridmomentet TL till en hastighet: - Ts.S Ts.Km.S2 + Ks.Ts.S + Ks Vid enhetsstegvis påläggande av belastningsvridmomentet G: erhålles då l l -Wut 2 N = -TL -- ----- e .sinh( 9 - 1 ut) .....(2) Km Q vz ~ 1 1 KS.TS KS där Q = 5 ---- w = Km Ts.Km (förutsatt W > l).

Området 24 i fig 5 kan således erhållas genom integ- rering av ekvationen (2) från O till tr. Eftersom t > tr och N ä N* kan det emellertid också erhållas genom integ- rering av ekvation (2) från O till w.

TS T .TS Arean av området 24 = ---- = -L-- . . . . _. (3) Km.wc Ks u KS dar mc - Km .

Formlerna (1) - (3) härledes i slutet av beskriv- ningen under ribriken "Härledning av formler".

Området 24 kan således reduceras genom att mc (eller Ks) i slinghastigheten göres större och genom minskning av dennas tidskonstant Ts. värdena på dessa wc och Ts är emellertid normalt begränsade av likströmspulseringar, som förorsakas av detekteringspulseringar i rotationshastighetsdetektorn 4.

Pulseringar, som detekteras av rotationshastighets- detektorn 4, inbegriper av själva detektorn förorsakade pulseringar samt pulseringar, som beror på ett fel i centrering, vilket kvarstår då den elektriska motorn 3 och hastighetsdetektorn 4 är kopplade direkt till varandra.

Båda slagen av pulseringar alstras i en takt på en period per varv och särskilt pulseringarna av den senare typen alstras i takten en pulsering per varv. Eftersom detta lO 15 20 25 30 35 462 836 5 pulseringsvärde NR förstärkes av hastighetsregleropera- tionsförstärkaren 6 uppträder ett pulseringsvärde Ks.NR i den elektriska strömmen I.

I en valsningsanläggning detekteras normalt ett värde på elektrisk ström i en elektrisk motor 3 för valsar under valsningen som alstrat vridmoment i och för reglering av 'hastigheten eller liknande i hela valsverket, och därför blir detekteringsfelet större, om strömpulseringarna ökar. Även under körning utan belastning bringas hastigheten att variera genom hastighetspulseringar, vilket resulterar i en försämring av den förinställda noggrannheten, innan ett ämne l, som skall valsas, införas mellan valsarna 2. Där- för kan wc ej höjas särskilt mycket, och om wc ej höjas mycket så kan Ts ej reduceras tillräckligt.

Ett hastighetsreglerdon för ett valsverk av sådant konventionellt slag som beskrivits ovan utnyttjar allmänt en teknik för insättande av en korrigeringssignal i och för minimering av området 24, som avgränsas av hastig- heten N och återställninstiden Tr i valsverket. Exempel- vis enligt en i japanska patentskriften 58-40347 avslöjad teknik göres en korrigering av strömreglersignalen 8, och enligt en annan teknik adderas en korrigeringssignal till en referenshastighetssignal. Att i enlighet med dessa tek- niker inställa en konstant i varje krets för åstadkommande av korrigeringssignaler är emellertid besvärligt och jus- teringar är nödvändiga under det att ett ämne valsas. Des- sa tekniker är således ofördelaktiga genom att lång tid erfordras för sådan justering.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstad- komma ett hastighetsreglerdon för ett valsverk, vilket don kan minska en hastighetsvariation efter det att ett ämne, är infört i valsverket och vilket don som skall valsas, kan utföra en hastighetsreglering med hög noggrannhet ge- nom att minska varaktigheten av en hastighetsvariation.

Detta ändamål uppnås medelst en hastighetsregler- anordning av det slag som är angivet i ingressen till efterföljande patentkrav l och som har de kännetecken som 462 '836 10 15 20 25 30 35 6 framgår av detta patentkrav.

Uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande under hänvisning till medföljande ritningar. Fig 1 är että blockschema, som visar en konventionell hastighetsregler- anordning för ett valsverk. Fig 2 är ett blockschema, som visar ett reglersystem i anordningen enligt fig l. Fig 3 är ett blockschema över en hastighetsslinga, som utför ett förlopp, som är en approximation av ett förlopp i en has- tighetsslinga i reglersystemet enligt fig 2. Fig 4 är ett Bode-diagram för den öppna hastighetsslingan i fig 3. Fig 5 är ett diagram, som visar variationer relativt tiden av en hastighet och en elektrisk ström i valsverket vid en tidpunkt för blockschema, pàläggande av en belastning. Fig 6 är ett som visar en hastighetsregleranordning för ett valsverk enligt föreliggande uppfinning. Fig 7 är ett tidsdiagram, som visar förhållanden mellan utsignaler från en valsningstryckdetektor, en ämneslägesdetektor samt en logikkrets i anordningen enligt fig 6, då ett ämne, som skall valsas, närmas och införes i valsverket.

En föredragen utföringsform av föreliggande upp- finning skall beskrivas nedan under hänvisning till med- följande ritningar. I fig 6, där ekvivalenta delar är betecknade med samma hänvisningsnummer som i fig l, visas en valsningstryckdetektor 31, en utsignal 32 från vals- ningstryckdetektorn 3l, en ämneslägesdetektor 33, som är belägen direkt framför valsarna, en utsignal 34 från ämneslägesdetektorn 33, en logikkrets 35, en utsignal 36 från logikkretsen 35 samt en hastighetsregleroperations- förstärkare 37, som kan variera en proportionell förstärk- ning Ks och en proportionell integrationstidskonstant Ts i en hastighetsreglersektion som gensvar på utsignalen 36 fràn logikkretsen 35. Det skall påpekas, att den visade pilen över ämnet 1 i fig 6 anger riktningen, längs vilken det ämne som skall valsas transporteras.

Operationerna i anordningen enligt uppfinningen skall nu beskrivas. Anordningen enligt uppfinningen utför för det första styrningen på sådant sätt, att enbart då ämnet 10 15 20 25 30 35 462 856 7 1, som skall valsas, införes mellan valsarna 2 så ökas oc, medan Ts minskas för minskning av området 24 i fig 2, varigenom valsverkets uppförande som helhet förbättras.

Under valsning och under tomgång minskas wc, medan Ts' ökas, för minskning av pulseringar i hastigheten och den elektriska strömmen. Ämnet l, som skall valsas, detekteras närmare bestämt av ämneslägesdetektorn 33 omedelbart före införingen i valsarna 2, varvid ämneslägesdetektorn 33 avger en mot- svarande signal 34, sàsom visat i fig 7. Efter det att ämnet, som skall valsas, har införts i valsverket detek- teras på likartat sätt ett tryck medelst valstryckdetek- torn 31, som således utvecklar en utsignal 32. Logikkret- sen 35 åstadkommer en tidsfördröjning AT av utsignalen 32 samt avger en utsignal 36 till hastighetsregleroperations- förstärkaren 37. Hastighetsregleroperationsförstärkaren 37 är àskâdliggjord genom en överföringsfunktion: Ks(l + TsS) TsS som emellertid ersättes med första konstanter Ksl,Tsl och andra konstanter Ksz, Tsz av utsignalen 36. När utsignalen 36 från logikkretsen 35 är noll, så gäller med hänvisning till fig 7, Tsl TS2 Ksl Ksz varigenom egenskaperna vid införandet av ämnet l, som skall valsas, i valsverket förbättras.

En variation av konstanterna Ks och Ts i överförings- funktionen Ks(l + TsS) TsS under körning har emellertid varit svår med en operations- förstärkare av analogt slag. 462 '856 10 15 20 25 30 35 8 Pà senare tid användes ofta en mikroprocessor för hastighetsreglering av en elektrisk motor, varvid ut- nyttjas en sådan tyristorströmkälla som beskrivits ovan, så att operationen av en sådan överföringsfunktion som ovan beskrivits utföres digitalt.

Om ett tidsintervall mellan operationens repeti- tioner är AT, om Vi är en överföringsfunktionsinsignal för tidpunkten i och om Vo är en utsignal för densamma, så gäller: va = išl KS -Auvn - v ) n=l 2Ts n'l Ks . + zTs ÅtÜ/l " Vi_,l) + Kvi ..... (4) När ersättningssignaler för Ks, Ts mottages för tidpunk- ten i och om det ej finns någon störning eller ändringav referenshastighetssignalen, blir den andra termen på den i_l. Om ersättningen för Ks, Ts utföres för tidpunkten (i-l) och högra sidan av ekvationen (4) = O, eftersom Vi =4V för tidpunkten i, är följaktligen variationen i överfö- ringsfunktionens utsignal Vo liten och någon stöt till följd av detta utbyte inträffar knappast.

Ehuru i det ovan beskrivna exemplet variationen i konstanter utföres mellan en införingsfas och en annan fas än införingsfasen, är det uppenbart att en variation av konstanter bland tre olika tomgångar, införing och vals- ning också är möjlig genom variation av logikkretsen 35 och hastighetsregleroperationsförstärkaren 37 i fig 6. I detta fall kan noggrannheten i hastighetsinställning ytterligare förbättras genom ändring av konstanterna under tomgång för reducering av wc. 10 15 20 25 30 35 462 836 9 Genom att, sásom framgár av ovanstående beskrivning, i överensstämmelse med föreliggande uppfinning öka för- stärkningen och minska tidskonstanten i en hastighets- reglerkrets, dà ett ämne, som skall valsas, införes i valsverket, kan ett område, som är bestämt av ett belopp AN pà minskningen i valsverkets rotationshastighet, vilken minskning uppträder vid detta införande, och även av en hastighetsàterställningstid Tr lätt justeras och därmed minimeras. Föreliggande uppfinning har således den verkan, att en variation i rotationen hos valsverkets valsar kan inskränkas med hög noggrannhet.

Slutligen skall formlerna (1)-(3) på sidan 4 här- ledas. 462'856 10 HÄRLEDNING AV FORMLER Formel (l) Fig 3 TL _ N* _ Ks(1+Ts.s) 1 + 1 - 1 N - Ts.S 1+TI.S Km.S _ 1 AN AT o o L + Km.S ATE 1 Ks(1+Ts.S) 1+TI.S Ts.S 1-1 1 (ÅTE-ÅTL) X = ÄN .... (a) _ _ Ks(l+Ts.S) 1 ATE AN x 1 x TS_S x l+TL S .... (b) Om ekvation (b) sätts in i ekvation (a) erhålles _ Ks(1+Ts.S) 1 _ AT 1 _ { AN X Ts.S X 1+Ts.s L} X Km.s " AN _ 1 _ Ks(1+Ts.S) 1 l ATL ° Km.s " AN (A+ Ts.S X 1+TI.s X Km.s ) __l__ G _ A§_ _ _ Km.S ATL 1 + Ks(1+Ts.S) x l x 1 5 - Ts.S l+TI.S Km.S ff: Ts.S (1+TI.S) _ Ts.S.(1+TI.S)Km.S + Ks(1+Ts.S) n 462 856 I det frekvensintervall som är tillämpligt i detta fall är 1 + TI.S = l Sålunda blir ekvation (c): Ts.S . . . . . .. (l) G = _ Ts.Km.S2+Ks.Ts.S+Ks Formel 2: När ett belastningsvridmoment TL pàföres blir hastigheten N: TL G N T x G N = -2 S _ T _ Ts.S _ šë X ( TsKmS2+KsTs S+Ks ) _ T _______J2§_________ L TsKmS2+KsTs S+Ks _ 1 _ 1 L Km 2 Ks Ks ...._ (e) S + Km s+KmTs = - T Genom invers Laplace-transformering erhålles N(t) = - TL . _; . 1 e'@°t sinh 9/Q2-lut) ... (2) Km oywz _ l N = 1 1 e"”“t-sinh ( m2 - 1 wc) Km 0,3?-¿-ï där W > l _ / ___l§í___ Q _ Ts.Km v = l Ks~Ts 2 Km 462 856 U Formel (3) Integrering av g = sinn(ax).e'bx = där a = /"šïïï w b = Qü [fungwxnfix = rfg1 - f'gdx ' (g) ,. f(x)=Sinh(aX) f'(x) = a COSh(aX) ..... (h) g'=e'bx g = ~ å- ëbx Detta ger: j sinh(ax)e"bxdx bx = [sinn(ax) (-åe'bx)] ¿Jfa cosh(ax)(5le' )dx = [sinh(ax) (-še-bx)] + É }fcosh(ax)e_bxox I ..... (i) och cosh(ax)e_bxdx = [oosh(ax)(-%e_bx)] -J/ asinh(ax) (-še-bx)dx = [cosh(ax) (-%e_bx)] + % sinh(ax)e_bxdx ..... (j) Om ekvation (j) sätts in i ekvation (i) erhålles: få sinh(ax)e_bxdx -bx = [sinn(ax) (-%e'bx)] + å [c0sn(ax) (-àe )] + %:Jísinh(ax)e_bxdx (1-šê) J sinh(ax)e_bxdx = [sin(ax) -(%e_bx) + É [cosh(ax) (-%e_bx)] 5 /{sinh(ax)e_bxdx = -à . 1 {[sinh(ax)e_bx] + á 2 1_§_ É [cosh(ax)e_bx]} - (R) 13 462 Integrering av ekvation (k) från O till w: x JS sinh(ax)e_bxdx O = -à . 1 {[sinh(ax)e_bx]w + %[cosh(ax)e~bx]w} az O O 1? a = V/9”-1 m b = 9 Q a /W*-1 _ / 1 E' (P - l-'F <1 = _ 1 _ 1 . (_§) b 1 az b _šï = -1 ~ “L (-2) b bz-az b = __É__ b2_a2 00 5 N(t)Dt = TL _%m. 1 ._/w*-1 Q O o /W*-1 (@m)2-((m2-1)w2) _ 1 _ 1 “ TL " Km Q* _ _l - _l_ " TL Km gg KmTs _ - Éâ " TL Ks _ ÉE AREA 24 f TL _ Ks 8256 (l) (m) (3)

Claims (3)

462 1836 10 15 20 25 30 35 14 PATENTKRAV

1. l. Hastighetsregleranordning för ett valsverk, inne- fattande en hastighetsdetektor (4) för detektering av has- tigheten hos en elektrisk motor (3) för valsar i valsver- ket, en hastighetsreglerkrets (37) för att som gensvar på ett fel i en utsignal från hastighetsdetektorn (4) rela- tivt en förutbestämd referenshastighetssignal (5) reglera motorns (3) hastighet, ett tyristordon (10, ll) för reg- lering av en genom den elektriska motorn (3) flytande elektrisk ström, en strömdetektor (12) för detektering av en elektrisk ström som flyter genom den elektriska motorn (3) och en strömreglerkrets (7) för att som gensvar på ett fel i utsignalen från strömdetektorn (12) relativt en ströminstruktion (8) till den elektriska motorn avge en tändfasvinkelsignal (9) till tyristordonet (10, 11) för upphävande av felet, k ä n n e t e c k n a d av en valstrycksdetektor (31) för detektering av ett valsarna pålagt valstryck och för detektering av införande av ett ämne, som skall valsas, mellan valsarna för utmatning av en införingssignal, en ämneslägesdetektor (33) för detek- tering av huruvida ämnet (l), som skall valsas, förefinns eller ej vid en tidpunkt direkt innan ämnet (l) införes mellan valsarna (2), en krets (35) för att som gensvar på en utsignal från ämneslägesdetektorn (33) och även på en utsignal från valstryckdetektorn (31) avge signaler (36), som representerar valstrycket före och efter införandet av ämnet (1) som skall valsas, samt till hastighetsregler- kretsen hörande organ (37), som är anordnade att som gen- svar på utsignaler från ämneslägesdetektorn (33), vilka representerar närvaron eller frånvaron av ämnet (1), som skall valsas, före och efter införandet av ämnet (1), som skall valsas, och även på en utsignal från valstryckde- tektorn (31) ändra förstärkningen och tidskonstanten i hastighetsreglerkretsen (37) för minskning av ett has- tighetsminskningsbelopp hos valsarna (2) vid införandet av m' ß! lO 15 20 25 30 35 462 836 15 ämnet, som skall valsas, och minskning av hastighetsåter- ställningstiden därefter.

2. Hästighetsregleranordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d av en krets (36) för att som gen- svar på en utsignal från valstrycksdetektorn och en utsignal från ämneslägesdetektorn avge en reglersignal för reglering av tre olika tomgångsarbetssätt för valsarna, för införande av ämnet och för valsning, samt en annan krets (37) för att som gensvar på reglersignalen ändra förstärkningen och tidskonstanten i hastighetsregler- kretsen för sådan styrning, att minskningsbeloppet för hastigheten och hastighetsàterställningstiden är minimala under tomgång, maximala vid införande samt medelhöga under valsning.

3. Hastighetsregleranordning enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a d av att operationerna är styrda medelst en mikroprocessor.