[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der im Walzgut übertragenen
Zugkraft in einer m Gerüste enthaltenden Walzstraße, mit einem Drehzahlregler an jedem
Gerüst und mit je einer, dem Drehzahlregler an mindestens m-1 Gerüsten überlagerten
Regeleinrichtung zur Verstellung der Walzendrehzahlen der in Walzrichtung aufeinanderfolgenden
Gerüste und je einer den Regeleinrichtungen zugeordneten Rechenschaltung zur Berechnung
des Istwertes der Regelgröße aus dem jeweiligen Antriebs-, Beschleunigungs- und Verformungsmoment.
In der DE-A-2541 071 ist eine derartige Einrichtung beschrieben, die es ermöglichen
soll, die für eine definierte Zugspannung im Walzgut erforderlichen Drehzahlrelationen
kurzfristig und in einfacher Weise einzustellen. Die Zugspannung vor und hinter jedem
Gerüst, dem eine Zugspannungs-Differenz-Regeleinrichtung zugeordnet ist, wird hierbei
aus dem Antriebsmoment, dem Beschleunigungsmoment und dem Verformungsmoment im Walzspalt
ermittelt. Eines der Gerüste übernimmt die Funktion eines Leitgerüstes, das im wesentlichen
die Walzgcschwindigkeit in der Straße bestimmt. Es ist jedoch nicht auszuschließen,
daß vor und hinter dem Leitgerüst vom Sollwert abweichende Zugspannungen auftreten,
die aus der Summe der Momentenfehler der übrigen Gerüste resultieren. Dieser Nachteil
wird um so schwerwiegender, je größer die Anzahl der Gerüste einer Straße ist.
[0002] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten
Art zu schaffen, mit der eine Walzstraße unabhängig von der Anzahl der Gerüste mit
gleichmäßiger Verteilung der Zugspannungen bzw. Momente betrieben werden kann.
[0003] Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Stabilisierung des
Drehzahlverhaltens der Walzstraße jedem der Gerüste eine derartige Regeleinrichtung
zugeordnet und diesen Regeleinrichtungen ein gemeinsamer Korrekturregler überlagert
ist, dem als Eingangsgröße das Ausgangssignal einer der Regeleinrichtungen zugeführt
ist und aus dessen Ausgangssignal, aus dem Sollwert der Zugkraft auf der Antriebsseite
des jeweils zugehörigen und des gegebenenfalls vorhergehenden Gerüstes und aus weiteren
Walzparametern in je einem Rechenglied der Sollwert für die Regeleinrichtungen gebildet
ist.
[0004] Dadurch wird vermieden, daß die Summe der Momentenfehler zu einer stetigen Veränderung
der Drehzahl und damit der Walzgeschwindigkeitführt.
[0005] An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung
im folgenden erläutert.
[0006] In Fig. 1 sind die Arbeitswalzen 5 eines Walzgerüstes einschließlich eines zugehörigen
Gleichstromantriebsmotors 6 und eines Drehzahlreglers 7 mit nachgeschaltetem Stellglied
8 schematisch dargestellt. Ein mit dem Motor gekuppelter Tachogenerator 9 liefert
ein der Drehzahl proportionales Ausgangssignal, das mit einem Sollwert n
* verglichen wird. Zur Erzielung der richtigen Drehzahlrelationen zwischen den Antrieben
mehrerer Gerüste einer Walzstraße wird dem Vergleichspunkt ein Drehzahl-Zusatzsollwert
d n
* zugeführt. Ferner sind ein Stromwandler 10, der eine dem Ankerstrom i
a proportionale Spannung liefert, und ein Fühler 11 vorgesehen, dessen Ausgangsspannung
Φ dem Fluß in der Feldwicklung 13 proportional ist. Mit F
E ist die im Walzgut 12 in Walzrichtung wirkende Zugkraft auf der Eintrittsseite des
Gerüstes und mit F
A die Zugkraft auf der Austrittsseite bezeichnet.
[0007] Eine in Fig. 2 dargestellte Regeleinrichtung 24 hat die Aufgabe, den zugbedingten
Momenten-Istwert mit dem zugehörigen Sollwert zu vergleichen und aus der Abweichung
den Drehzahl-Zusatzsollwert Δn* zu bilden. Der Istwert des zugbedingten Momentes wird
mittels einer Rechenschaltung 14 ermittelt.
[0008] Das Antriebsmoment Ma = Φ · i
a setzt sich aus dem Beschleunigungsrnoment Mb und dem Walzmoment Mw, das seinerseits
die Summe aus den Verformungsmomenten Mh und Hv der Horizontal- bzw. Vertikalwalzen
ist, und dem durch die Zugspannung verursachten Moment Mz zusammen.
[0009] Es ist also:
[0010] Das Beschleunigungsmoment Mb läßt sich aus der Drehzahl n ableiten und die Verformungsmomente
Mh und Mv ergeben sich aus den mittels Walzkraftaufnehmern gemessenen Walzkräften
Fh und Fv durch Multiplikation mit einem dem Hebelarm der Walzkräfte entsprechenden
Faktor Kh bzw. Kv. Der Faktor Kh läßt sich für Universalgerüste auf Grund der Walzspaltgeometrie
bestimmen und wird von Hand vorgegeben. Für Duo-Gerüste wird der Hebelarmfaktor Kh
in einer Abgleichschaltung berechnet. Der Faktor Kv ist dagegen von verschiedenen,
nicht erfaßbaren Einflußgrößen abhängig und wird daher mit Hilfe der Abgleichschaltung
ermittelt und anschließend gespeichert. Die Rechenschaltung 14 erhält dementsprechend
die Meßwerte i
a, Φ, n und Fh sowie gegebenenfalls die Größen Fv und Kh. Die dem Antriebsmoment Ma
proportionale Ausgangsspannung eines Multiplizierers 15 ist entsprechend der für Mz
aufgestellten Momentenbilanz einem Summierglied 16 additiv zugeführt, während die
dem Beschleunigungsmoment Mb entsprechende Spannung, die mittels eines Differenziergliedes
17 gebildet ist, und die den Verformungsmomenten proportionalen Spannungen, die aus
den Walzkraftsignalen Fh und Fv mittels eines Multiplizierers 19 hzw. eines Multiplizierers
20 gebildet sind, subtraktiv an dem Summierglied anstehen. Zur Ermittlung des Faktors
Kh bzw. Kv wird die Differenzspannung am Ausgang des Summiergliedes 16, die dem Moment
Mz proportional ist, einem Vergleichspunkt 21 zugeführt. Falls es sich um ein Duo-Gerüst
handelt, nehmen die Schalter 18 und 22 die gestrichelt dargestellte Stellung ein.
[0011] Nach dem Anstrich im ersten Gerüst der Straße verändert ein dem Vergleichspunkt nachgeschalteter
Integrator 23 den Hebelarmfaktor so lange, bis das Produkt Fh - Kh und das Produkt
Φ · i
a abzüglich des Beschleunigungsmomentes Mb betragsmäßig gleich groß sind. Der so berechnete
Hebelarmfaktor Kh wird für den Rest des Stiches noch vor dem Anstich im zweiten Gerüst
gespeichert.
[0012] Für ein Universalgerüst nehmen die Schalter 18 und 22 zur Ermittlung des Hebelarmfaktors
Kv die eingezeichnete Stellung ein.
[0013] Bei der Berechnung von Kv werden gleichzeitig Ungenauigkeiten des von Hand eingegebenen
Faktors Kh weitgehend kompensiert. Bei allen folgenden Gerüsten der Walzstraße läuft
der selbsttätige Abgleich des Hebelarmfaktors Kh bei Duo- bzw. Kv bei Universalgerüsten
mit anschließender Speicherung in gleicher Weise ab, jedoch unter zusätzlicher Berücksichtigung
des auf der Eintrittsseite herrschenden Zuges F
E. Das zugehörige, dem Vergleichspunkt 21 in Fig. 2 zugeführte eintrittsseitige z
Jgbeding- te Moment M
E entspricht im ausgeregelten Zustand dem austrittsseitigen Anteil des Zugkraftsollwertes,
der der vorangehenden Regeleinrichtung und damit dem vorausgehenden Gerüst vorgegeben
wird, multipliziert mit dem Walzenradius des Gerüstes, für das gerade der Hebelarmfaktor
berechnet wird. Die Berechnung läuft in jedem Fall so schnell ab, daß sie vor dem
Einlaufen des Walzgutes in das nächste Gerüst beendet ist.
[0014] Die Differenz aus dem Ausgangssignal Mz des Summiergliedes 16 und einem Momentensollwert
Mz
* wird der Regeleinrichtung 24 zugeführt. Der Momentensollwert wird mittels je eines
Rechengliedes 28 aus dem vom Steuermann vorgegebenen spezifischen Zug a
*, den Walzenquerschnitten A, dem Walzendurchmesser dw und einer Korrekturgröße ermittelt.
Der von der Regeleinrichtung 24 gelieferte Drehzahlkorrekturwert A n
* wird während der Anstichphase jedes Gerüstes der Drehzahlregelung des folgenden oder
aller folgenden Antriebe - im dargestellten Beispiel als Δ n
2' der Drehzahlregelung am Gerüst 2 - und nach dem Anstich im folgenden Gerüst über
einen Umkehrverstärker 25 der Drehzahlregelung des eigenen Antriebes - im Beispiel
als Δ n*
1 der Drehzahlregelung am Gerüst 1 - zugeführt. Zur Umschaltung ist ein Schalter 26
vorgesehen, der jeweils kurzzeitig die gezeichnete Zwischenstellung einnehmen muß,
damit das Ausgangssignal der Regeleinrichtung auf Null zurückgestellt wird. Das Betätigungssignal
für den Schalter 26 wird zweckmäßigerweisE; aus der Änderung der Ausgangsspannung
der Walzkraftaufnehmer im Anstichzeitpunkt abgeleitet.
[0015] In Fig. 3 ist eine kontinuierliche Walzenstraße schematisch dargestellt, die beispielsweise
vier Gerüste umfaßt. Die Gerüste einschließlich des Antriebes und des Drehzahlreglers
sind durch die Walzen 1 bis 4 schematisch wiedergegeben. Jedem Gerüst sind eine Rechenschaltung
14 und eine Regeleinrichtung 24 zugeordnet, die in dieser Figur entsprechend ihrer
Zuordnung zu dem jeweiligen Gerüst mit 1.14 bis 4.14 bzw. mit 1.24 bis 4.24 bezeichnet
sind. Der Drehzahlkorrekturwert Δ n*
4 der Regeleinrichtung 4.24 des letzten Gerüstes bildet im dargestellten Ausführungsbeispiel
die Eingangsgröße für einen allen Regeleinrichtungen 24 überlagerten Korrekturregler
27. Der Sollwert Mz
* des vom Zug abhängigen Momentes wird in je einem Rechenglied 1.28 bis 4.28 aus der
Ausgangsgröße des Korrekturreglers, die beispielsweise in Fig. 3 den Korrektur-Sollwert
σ
K* der spezifischen, auf die Flächeneinheit bezogenen Zugspannung darstellt, und aus
den für das jeweilige Gerüst gültigen Größer;, nämlich dem Sollwert σ
E*, σ
A* der spezifischen Zugspannung auf der Eintritts- bzw. Austrittsseite, dem ein- und
austrittsseitigen Querschnitt A des Walzgutes und dem Durchmesser dw cei Walzen berechnet.
[0016] In Fig. 3 sind die spezifischen Zugspannungen o, die ein- und austrittsseitigen Momente
M
E, M
A und die Korrekturrnomente M
kA, M
kE eingetragen, die sich zwischen bzw. an den einzelnen Gerüsten einstellen. Während
das Eintritts- und das Austrittsmoment an jedem Gerüst einander entgegengerichtet
sind, wirken die Korrekturmomente in derselben Richtung. Der Sollwert Mz
* für das zugabhängige Moment am jeweiligen Gerüst ergibt sich als Differenz aus dem
Sollwert M
E* des Eintrittsmomentes und aus der Summe aus dem Sollwert M
A* des Austrittsmomentes, dem korrigierten Sollwert M
kA* des Austrittsmomentes und dem korrigierten Sollwert M
kE* des Eintrittsrnomentes. Dabei gilt für das erste Gerüst
und für das zweite Gerüst
In analoger Weise sind die entsprechenden Größen für das dritte und gegebenenfalls
jedes weitere Gerüst einzusetzen. Am letzten Gerüst m ist der Wert für MA"* Null.
[0017] In dem bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel greift der Korrekturregler 27 auf
die Sollwerte des spezifischen Zuges (N/mm
2) ein, was der Wahrscheinlichkeit Rechnung trägt, daß die Zugfehleranteile dort größer
sind, wo die größeren Querschnitte gewalzt werden. Statt dessen kann auch eine Ausführung
gewählt werden, bei der der Regler 27 die Sollwerte der Zugkräfte beeinflußt. Die
Ausgangsgröße des Reglers ist dann ein korrigierter Längszugkraftsollwert F
k*.
[0018] Es gilt dann abweichend:
[0019] Diese Ausführung des Korrektureingriffes bringt Vorteile, bei konstanter absoluter
Fehlerverteilung in der Straße.
[0020] In beiden Fällen werden über die Sollwertvorgabe die Walzmomente aller Gerüste so
lange beeinflußt, bis die gewünschte Geschwindigkeitsführung der Straße erreicht ist,
d. h. beispielsweise hier die Drehzahl des Antriebes am letzten Gerüst auf dem Wert
konstant gehalten wird, der sich zum Freigabezeitpunkt der letzten Regeleinrichtung
ergeben hat. Dieser Zustand bedeutet, daß die Ausgangsspannung der letzten Regeleinrichtung
m.24 auf Null geregelt wird. Da der Korrekturregler 27 nur über die Regeleinrichtungen
24 eingreift, können diese nicht an den Anschlag laufen. Als Differenz aus Drehzahlsollwert
und Drehzahlistwert für den Korrekturregler dient die bereits vorhandene Drehzahlkorrekturgröße
Δ n*
m am Ausgang der Regeleinrichtung für das letzte Gerüst.
[0021] Weitere Einzelheiten der Arbeitsweise gehen aus den Fig. 4 bis 6 hervor. Während
der Anstichphase im Gerüst 1, d. h. während der Zeit vom Anstich des Walzgutanfanges
im Gerüst 1 bis zum Anstich im Gerüst 2 (Fig. 4) ist das vom Zug abhängige Moment
Mz
1 =0, weil M
E1=M
A1=0. Während der Anstichphase wird der Hebelarmfaktor K der Walzkraft für Gerüst 1
bestimmt, wie in Verbindung mit Fig. 2 erläutert.
[0022] Die Ermittlung des Hebelarmfaktors ist beendet, sobald die Ausgangsspannung M
z1 der Rechenschaltung 1.14 zu Null geworden ist. Für den Rest des Stiches wird der
Hebelarmfaktor gespeichert.
[0023] Mit dem Anstich im Gerüst 2 (Fig. 5) wird die Regeleinrichtung 1.24 wirksam, an deren
Istwerteingang die Ausgangsspannung M
z1 der Rechenschaltung 1.14 ansteht und deren Sollwerteingang einen zunächst konstanten
Sollwert Mz
*, erhält. Die Ausgangsspannung Δ n* der Regeleinrichtung 1.24 wird über ein Proportionalglied
1.29 mit Speicherverhalten dem Drehzahlregler des Antriebes am zweiten Gerüst als
Drehzahl-Zusatzsollwert Δ n
*2' zugeführt. Wenn der Regelabgleich der Regeleinrichtung 1.24 erreicht ist, gilt die
Beziehung
[0024]
[0025] Folglich ist bei Gerüst 1 Mz
*i = - M
A1, weil das eingangsseitige Moment M
El vor dem Gerüst 1 stets Null ist.
[0026] Zweckmäßigerweise wird der Drehzahl-Zusatzsollwert Δ n*
2' nicht nur dem Drehzahlregler des folgenden Gerüstes zugeführt (gestrichelt dargestellt),
sondern zur beschleunigten Einstellung der endgültigen Drehzahlrelationen auch den
Drehzahlreglern der übrigen, nachgeordneten Gerüste.
[0027] Während der Anstichphase im Gerüst 2 wird in der gleichen Weise wie in Verbindung
mit Fig. 5 beschrieben der zugehörigen Hebelarmfaktor ermittelt und gespeichert. Anschließend
stellt sich am Ausgang der Rechenschaltung 2.14 der Momenten-Istwert M
Z2=M
EZ ein, da M
A2 noch gleich Null ist.
[0028] Mit dem Anstich des Walzgutes 12 im Gerüst 3 wird das Proportionalglied 1.29 auf
»Speichern« geschaltet, das Ausgangssignal der Regeleinrichtung 1.24 kurzfristig auf
Null gesetzt und der Ausgang des Proportionalgliedes anschließend über den Umkehrverstärker
25 als Δ n*, auf den Drehzahlregler am Gerüst 1 geschaltet (Eigenverstellung für Gerüst
1). Der Drehzahl-Zusatzsollwert Δ n*
2' wird dem Drehzahlregler am Gerüst 2 weiterhin aus dem Speicher 1.29 vorgegeben.
Dieser Drehzahl-Zusatzsollwert bleibt additiv überlagert, wenn mit dem Anstich des
Walzgutes im Gerüst 4 die Regeleinrichtung 2.24 auf Eigenverstellung umgeschaltet
wird und den Drehzahl-Zusatzsollwert Δ n*
2 vorgibt. Der Zusatzsollwert Δ n*
2 der Regeleinrichtung 2.24, der bis zum Anstich im Gerüst 4 auf den Drehzahlregler
von Gerüst 3 wirkte, wird dabei ebenfalls dem Gerüst 3 weiter als gespeicherter Wert
Δ n*
3' vorgegeben, während der Ausgang von 2.24 nach vorherigem Nullsetzen mit umgekehrtem
Vorzeichen als Δ n*
2 auf den Drehzahlregler von Gerüst 2 geschaltet wird.
[0029] Dieser Ablauf bietet die Gewähr für einen stoßfreien Übergang auf Eigenverstellung.
[0030] Wie bereits in der Erläuterung der Umschaltung der Regeleinrichtung 2.24 auf Eigenverstellung
angedeutet, wiederholen sich an allen weiteren Gerüsten die in Verbindung mit dem
Gerüst 2 beschriebenen Vorgänge. Der Ablauf am Gerüst 4 bzw. am letzten Gerüst m unterscheidet
sich von diesen Vorgängen lediglich dadurch, daß dieses Gerüst nach Abschluß der Berechnung
des zugehörigen Hebelarmfaktors sofort auf Eigenverstellung geschaltet wird und daß
im dargestellten Ausführungsbeispiel der Drehzahl-Zusatzsollwert Δ n*
4 bzw. Δ n*
m, wie in Verbindung mit Fig. 3 bereits dargelegt, dem allen Gerüsten gemeinsamen Korrekturregler
27 zugeführt ist.
[0031] Wie aus der Beschreibung hervorgeht, wird zunächst jeweils das vorletzte, Walzgut
führende Gerüst drehzahlstarr betrieben. Mit der Freigabe der letzten Regeleinrichtung
4.24 beginnt der leitgerüstfreie Betrieb. Es wird deshalb zum gleichen Zeitpunkt der
übergeordnete Korrekturregler 27 freigegeben, der wie bereits dargelegt von nun an
unter Beteiligung aller Gerüste an Stelle eines Leitgerüstes die Geschwindigkeitsführung
der Straße übernimmt.
1. Dispositif pour régler la force de traction transmise à un produit laminé, dans
un train de laminoir à m cages, du type comportant un régulateur de la vitesse de
rotation associé à chaque cage et un dispositif de réglage (par exemple 1.24) superposé
au régulateur de la vitesse de rotation d'au moins m-1 cages pour faire varier la
vitesse de rotation des cylindres des cages qui se suivent dans la direction du laminage
et un circuit de calcul (par exemple 1.14) associé à chacun des dispositifs de réglage
pour calculer la valeur instantanée de la grandeur du réglage (par exemple Mzi) à partir du couple correspondant de l'entraînement, de l'accélération et de la déformation,
caractérisé par le fait que pour stabiliser le comportement du nombre de tours du
train de laminoir il est associé chacune des cages (1 à m) un tel dispositif de réglage
(1.4 à m.24) et que ces dispositifs de réglage sont subordonnés à un régulateur de
correction commun (27) qui reçoit comme grandeur d'entrée le signal de sortie (A n*) de l'un des dispositifs de réglage, et qu'à l'aide de son signal de sortie (Fk* ou Ok*), à l'aide de la valeur de consigne de la force de traction (FA*, σA*) du côté entraînement de la cage associée considérée et de la cage éventuellement
antérieure, et à l'aide d'autres paramètres de laminage, on forme respectivement dans
des unités de calcul (1.28 à m.28) la valeur de consigne (Mz*) pour les dispositifs de réglage.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on applique
aux unités de calcul (1.28 à m.28), en plus de la grandeur de sortie (Fk*) du dispositif de réglage choisi (par exemple 4.24) et de la valeur de consigne (FA*) de la force de traction, le diamètre (dw) du cylindre associé comme paramètre de
laminage supplémentaire.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on applique aux
unité de calcul (1.28 à m.28), en plus de la grandeur de sortie (σk*) du dispositif de réglage choisi (par exemple 4.28) et de la valeur de consigne
(oA*) de la tension de rupture spécifique, les sections transversales (AA, AE) du produit de laminage, à l'avant et à la suite de la cage concernée, et le diamètre
(dw) du cylindre associé: comme paramètre supplémentaire.