Vorrichtung zur Regelung der Zugkraft in einer mehrgerüstigen Walzstrasse

Abstract

 Zur Erzielung eines konstanten Längszuges im Walzgut (12) ist an jedem Walzgerüst (1 bis 4) eine Regeleinrichtung (24) angeordnet und diesen Regeleinrichtungen (24) ein Korrekturregler (27) überlagert. Der Istwert für die Regeleinrichtungen (24), die einen dem Drehzahlregler des jeweiligen Walzmotors zugeführten Zusatzsollwert (Δn*) liefern, wird mittels einer Rechenschaltung (14) aus dem Antriebs-, dem Beschteunigungs- und dem Venformungsmoment am jeweiligen Gerüst (1, 2, 3, 4) berechnet. Der Sollwert für die Regeleinrichtungen (24) wird in einem Rechenglied (28) aus dem Sollwert der Zugkraft und dem Walzgutquerschnitt vor und hinter dem jeweiligen Gerüst. dem Walzendurchmesser und dem Ausgangssignal des Korrekturreglers (27) gebildet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum kontinuierlichen Walzen von Walzgut in einer m Gerüste enthaltenden Walzstraße, mit je einer an m-1 Gerüsten vorgesehenen, die Drehzahlrelationen der in Walzrichtung aufeinanderfolgenden Walzmotoren zur Erzielung eines konstanten Längszuges im Walzgut korrigierenden Regeleinrichtung, deren Istwert mittels einer Rechenschaltung aus dem jeweiligen Antriebs-, Beschleunigungs-und Verformungsmoment gebildet ist.

[0002] In der DE-OS 25 41 071 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 Walzgeschwindigkeit 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.

[0003] 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.

[0004] Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jedem Gerüst eine derartige Regeleinrichtung zugeordnet und den Regeleinrichtungen ein gemeinsamer Korrekturregler überlagert ist, dem als Eingangsgröße ein der Abweichung der Walzgutgeschwindigkeit von einem gewünschten Wert proportionales Signal zugeführt ist.

[0005] Dadurch wird vermieden, daß die Summe der Momentenfehler zu einer stetigen Veränderung der Drehzahl und damit der Walzgeschwindigkeit führt.

[0006] An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im folgenden erläutert.

[0007] In Figur 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 n 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 Δn* zugeführt. Ferner sind ein Stromwandler 10, der eine dem Ankerstrom i_a proportionale Spannung liefert, und ein Fühler 11 vorgesehen, dessen Ausgangsspannung 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 2_A die Zugkraft auf der Austrittsseite bezeichnet.

[0008] 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.

[0009] Das Antriebsmoment Ma = Φ . i setzt sich aus dem Beschleunigungsmoment Mb und dem Walzmoment Mw, das seinerseits die Summe aus den Verformungsmomenten Mh und Mv der Horizontal- bzw. Vertikalwalzen ist, und dem durch die Zugspannung verursachten Moment Mz zusammen.

[0010] Es ist also:

[0011] 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 ge": gebenenfalls die Größen Fv und Kh. Die dem Antriebsmoment Ma proportionale Ausgangsspannung eines Multiplizierers 15 ist entsprechend der für Mz aufgestellten Momentenbilanz einem Summierglled 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 bzw. eines Multiplizierers 20 gebildet sind, sub_- traktiv an dem Summierglied anstehen.

[0012] 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.

[0013] Nach dem Anstich 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.

[0014] Für ein Universalgerüst nehmen die Schalter 18 und 22 zur Ermittlung des Bebelarmfaktors Kv die eingezeichnete Stellung ein.

[0015] Bei der Berechnung von Kv werden gleichzeitig Ungenauigkeiten des von Hand eingegebenen Faktors Kh weitgehend kompensiert.

[0016] 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 zugbedingte 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.

[0017] 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 c^r , den Walzquerschnitten A,dem Walzendurchmesser dw und einer Korrekturgröße ermittelt. Der von der Regeleinrichtung 24 gelieferte Drehzahlkörrekturwert Δn* wird während der Anstichphase jedes Gerüstes der Drehzahlregelung des folgenden oder aller folgenden Antriebe - im dargestellten Beispiel als Δn₂*, der Drehzahlregelung am Gerüst 2 - und nach dem Anstich im folgenden Gerüst über einen Umkehrverstärker 25 der Drehzahlregelung des eigenen Antriebes - im Beispiel als Δn₁* 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 zurückgesetzt wird. Das Betätigungssignal für den Schalter 26 wird zweckmäßigerweise aus der Änderung der Ausgangsspannung der Walzkraftaufnehmer im Anstichzeitpunkt abgeleitet.

[0018] In Figur 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 Δn^*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 Figur 3 den Korrektur-Sollwert σ_K der spezifischen, auf die Flächeneinheit bezogenen Zugspannung darstellt, und aus den für das jeweilige Gerüst gültigen Größen, 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 der Walzen berechnet.

[0019] In Figur 3 sind die spezifischen Zugspannungen σ , die ein- und austrittsseitigen Momente M_E, M_A und die Korrekturmomente 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 Eintrittsmomentes. Dabei gilt für das erste Gerüst







und für das zweite Gerüst

[0020] In analoger Weise sind die entsprechenden Größen für das dritte und gegebenenfalls jedes weitere Gerüst einzusetzen. Am letzten Gerüst m ist der Wert für M_AM Null..

[0021] In dem bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel greift der Korrekturregler 27 auf die Sollwerte des spezifischen Zuges (N/mm²) ein, was der Wahrscheinlichkeit Rechnung trägt, daß die Zugfehleranteile dort größer sind, wo die größeren Querschnitte gewälzt 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 .

[0022] Es gilt dann abweichend:

[0023] Diese Ausführung des Korrektureingriffes bringt Vorteile. bei konstanter absoluter Fehlerverteilung in der Straße.

[0024] 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 Δn_m amAusgang der Regeleinrichtung für das letzte Gerüst.

[0025] Weitere Einzelheiten der Arbeitsweise gehen aus den Figuren 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 (Figur 4) ist das vom Zug abhängige Moment Mz₁ - 0, weil M_E1 = M_A1 = 0. Während der Anstichphase wird der Hebelarmfaktor K der Walzkraft für Gerüst 1 bestimmt, wie in Verbindung mit Figur 2 erläutert.

[0026] Die Ermittlung des Hebelarmfaktors ist beendet, sobald die Ausgangsspannung Mz₁ der Rechenschaltung 1.14 zu Null geworden ist. Für den Rest des Stiches wird der Hebelarmfaktor gespeichert.

[0027] Mit dem Anstich im Gerüst 2 (Figur 5) wird die Regeleinrichtung 1.24 wirksam, an deren Istwerteingang die Ausgangsspannung Mz₁ der Rechenschaltung 1.14 ansteht und deren Sollwerteingang einen zunächst konstanten Sollwert Mz₁ erhält. Die Ausgangsspannung Δn* der Regeleinrichtung 1.24 wird über ein Proportionalglied 1.29 mit Speicherverhalten dem Drehzahlregler des Antriebes am zweiten Gerüst als Drehzahl-Zusatzsollwert Δn₂*zugeßührt. Wenn der Regelabgleich der Regeleinrichtung 1.24 erreicht ist, gilt die Beziehung

[0028] Folglich ist bei Gerüst 1

[0029] M_Z1 = - M_A1, weil das eingangsseitige Moment M_E1 vor dem Gerüst 1 stets Null ist.

[0030] Zweckmäßigerweise wird der Drehzahl-Zusätzsollwert Δn₂*' nicht nur dem Drehzahlregler des folgenden Gerüstes zugeführt (gestrichelt dargestellt), sondern zur beschleunigten Einstellung der endgültigen Drehzahlrelationen auch den Drehzahlreglern der übrigen, nachgeordneten Gerüste,

[0031] Während der Anstichphase im Gerüst 2 wird in der gleichen Weise wie in Verbindung mit Figur 5 beschrieben der zugehörige Hebelarmfaktor ermittelt und gespeichert. Anschließend stellt sich am Ausgang der Rechenschaltung 2.14 der Momenten-Istwert Mz₂ - M_E2 ein, da M_A2 noch gleich Null ist.

[0032] 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 n₁* auf den Drehzahlregler am Gerüst 1 geschaltet (Eigenverstellung für Gerüst 1). Der Drehzahl-Zusatzsollwert Δn₂*' 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 Δn₂* vorgibt. Der Zusatzsollwert Δn₂* 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 Δn₃*; vorgegeben, während der Ausgang von 2.24 nach vorherigem Nullsetzen mit umgekehrtem Vorzeichen als Δn₂* auf den Drehzahlregler von Gerüst 2 geschaltet wird. Dieser Ablauf bietet die Gewähr für einen stoßfreien Übergang auf Eigenverstellung.

[0033] 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 äm 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 Δn₄* bzw. Δn_m*, wie in Verbindung mit Figur 3 bereits dargelegt, dem allen Gerüsten gemeinsamen Korrekturregler 27 zugeführt ist.

[0034] 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.

Ansprüche

1. Einrichtung zum kontinuierlichen Walzen von Walzgut in einer m Gerüste enthaltenden Walzstraße mit je einer an m-1 Gerüsten vorgesehenen, die Drehzahlrelationen der in Walzrichtung aufeinanderfolgenden Walzmotoren zur Erzielung eines konstanten Längszuges im Walzgut korrigierenden Regeleinrichtung, deren Istwert mittels einer Recäenschaltung aus dem jeweiligen Antriebs-, Beschleunigungs- und Verformungsmoment gebildet ist, dadurch gekennzeichnet , daß jedem Gerüst (1 bis m) eine derartige Regeleinrichtung (1.24 bis m.24) zugeordnet und den Regeleinrichtungen ein gemeinsamer Korrekturregler (27) überlagert ist, dem als Eingangsgröße ein der Abweichung der Walzgutgeschwindigkeit von einem gewünschten Wert proportionales Signal zugeführt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der von der Rechenschaltung (1.14 bis m.4) ermittelte Istwert für die Regeleinrichtungen (1.24 bis m.24) eine dem durch den Längszug verursachten Moment (Mz) proportionale Größe ist, die der aus dem Antriebsmoment (Ma) und der Summe aus Beschleunigungs- (Mb) und Verformungsmoment (Mv) gebildeten Differenz entspricht.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Sollwert (Mz ) für die Regeleinrichtungen (1.24 bis m.24) in je einem dem Korrekturregler (27) nachgeschalteten Rechenglied (1.28 bis m.28) aus dem Sollwert der Zugkraft (

) oder der spezifischen Zugkraft (

) auf der Austrittsseite des jeweiligen Gerüstes (i) und gegebenenfalls des vorhergehenden Gerüstes, aus den Walzgutquerschnitten (A_Ei , A_Ai ) vor und hinter dem jeweiligen Gerüst,aus dem zugehörigen Walzendurchmesser (dw_i) und aus dem Ausgangssignal (

bzw.

) des Korrekturreglers gebildet ist.

Zeichnung