Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher bezeichneten Art.

Beim kontinuierlichen Warmwalzen von Profil-und Stabstahl dürfen im Walzgut zwischen den einzelnen, durch das Walzgut gekoppelten Gerüsten nur geringe, definierte Längsspannungen auftreten, wenn die Maßhaltigkeit des Endproduktes gewährleistet sein soll. Längsspannungsfrei kann gewalzt werden, wenn jeder Antrieb nur das zur Materialverformung benötigte Drehmoment aufbringt. Dies ist der Fall, wenn die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen und damit die Drehzahlen der Gerüstantriebe richtig an die Geschwindigkeit des Walzgutes angepaßt sind.

In der DE-A-2 541 071 sind ein Verfahren und eine Einrichtung der vorgenannten Art beschrieben, mit deren Hilfe es möglich sein soll, die für eine definierte Zugspannung im Walzgut erforderlichen Drehzahlrelationen kurzfristig und in einfacher Weise einzustellen. Dazu wird die Zugspannung vor und hinter jedem Gerüst, dem eine Zugspannungs-Differenz-Regeleinrichtung zugeordnet ist, aus dem Antriebsmoment, dem Beschleunigungsmoment und dem Verformungsmoment im Walzspalt ermittelt. Eines der Gerüste übernimmt dabei die Funktion eines Leitgerüstes, das im wesentlichen die Walzgeschwindigkeit in der Straße bestimmt. Die Anwendung dieses Verfahrens schließt jedoch nicht aus, daß vor und hinter dem Leitgerüst vom Sollwert abweichende Zugspannungen auftreten, die aus der Summe der Momentenfehler der übrigen Gerüste resultieren. Diese Abweichungen werden umso deutlicher, je größer die Anzahl der Gerüste einer solchen Walzstraße ist.

Um dieses ungünstige Verhalten der bekannten sogenannten Minimalzugregelung auszuschalten ist aus der EP-A-0 008 037 eine Vorrichtung zur Regelung der im Walzgut übertragenen Zugkraft in einer m-Gerüste enthaltenden Walzstraße beschrieben, bei der ebenfalls den Gerüstantrieben Drehzahlregler zugeordnet sind, deren Sollwerte mit Hilfe von Zugspannungs-Differenz-Regeleinrichtungen entsprechend den Parametern einer Minimalzugregelung korrigiert werden. Dabei soll auch das bisherige Leitgerüst mit einer solchen Regeleinrichtung versehen werden. Dadurch ist zunächst vermieden, daß sich die Momentenfehler der übrigen Gerüste am Leitgerüst summieren und es dort zu wechselnden Spannungen innerhalb des Walzgutes kommt. Ohne weitere Maßnahmen könnte dies aber dazu führen, daß die nunmehr an allen Gerüsten wirksame zugspannungsabhängige Drehzahlkorrektur ihrerseits zu einem Summierungseffekt führt, der eine stetige Drehzahlveränderung der Straße und damit der Walzgeschwindigkeit zur Folge hätte. Um dies zu vermeiden, ist der jedem Gerüst zugeordneten Regeleinrichtung ein gemeinsamer Korrekturregler überlagert, dem als Eingangsgröße das Ausgangssignal einer der Regeleinrichtungen für die Korrektur des DrehzahlSollwertes zugeführt ist. Der Korrekturregler bildet aus dieser Eingangsgröße ein Ausgangssignal, welches als übergeordnete Stellgröße die Sollwerte der auf den Querschnitt des Walzgutes bezogenen (spezifischen) Zugspannungen der einzelnen Walzgerüste derart korrigiert, daß eventuelle Drehzahländerungen des Bezugsgerüstes ausgeglichen werden. Durch die Einwirkung der Korrekturgröße des Korrekturreglers auf die Werte der spezifischen Zugspannungen der einzelnen Gerüste ist gleichzeitig eine dem Walzgutquerschnitt proportionale statistische Verteilung der Korrekturwerte in dem Sinne erreicht, daß die Gerüste mit den größeren Walzgutquerschnitten eine entsprechend größere Gewichtung erhalten. Anders ausgedrückt : Der Korrektureinfluß verringert sich mit geringer werdendem Walzgutquerschnitt, so daß Dickenfehler durch Regeleinwirkung in den empfindlichen letzten Gerüsten vermieden werden.

Eine weitere Verbesserung des Regelverhaltens bei gleichzeitiger Einsparung eines separaten Regelkreises läßt sich durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung erzielen. Dadurch ist einmal erreicht, daß nicht erst eine Drehzahländerung im Bezugsgerüst auftreten muß, um eine Zugspannungskorrektur durchzuführen, sondern daß die Zugspannungsänderung im letzten Gerüst selbst und unmittelbar den Korrekturwert für die übrigen Gerüste in der beschriebenen Weise bildet. Die Walzgeschwindigkeit der Straße bleibt dabei wegen der in der Durchlaufphase unkorrigierten Drehzahlregelung des letzten Gerüstes als Leitgerüst absolut konstant.

Durch die Ausbildung der Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 2 ergibt sich ein insgesamt ruhigerer Regelverlauf und damit ein weitgehend ausgeglichenes Verhalten der Walzstraße.

Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen :

• Figur 1 das Prinzipschaltbild des Drehzahlregelkreises eines Gerüstantriebes mit Sollwertkorrektur,
• Figur 2 das Prinzipschaltbild einer Regelschaltung zur Erzeugung eines Drehzahl-Korrekturwertes aufgrund verschiedener mechanischer und elektrischer Parameter sowie einstellbarer bzw. korrigierbarer Sollwerte,
• Figur 3 das Prinzipschaltbild des Drehzahlreglers des Leitgerüstes bei dem in der Durchlaufphase keine Korrektur des Drehzahlsollwertes erfolgt,
• Figur 4 die Regelschaltung des Leitgerüstes zur Erzeugung der Stellgröße für die Korrektur der spezifischen Zugspannungen der übrigen Gerüste,
• Figur 5 das Prinzipschaltbild für eine vielgerüstige Walzenstraße mit den erfindungsgemäßen Regelkreisen und
• Figur 6 bis 8 die Arbeitsweise der Walzstraße beim Einführen des Walzgutes.

In Fig. 1 sind die Arbeitswalzen 5 eines nicht dargestellten Walzgerüstes einschließlich des zugehörigen Gleichstromantriebsmotors 6 und einer Drehzahl-Regelanordnung 7 mit dem Drehzahlregler 8 und dem Stellglied 9 schematisch dargestellt. Ein mit dem Antriebsmotor 6 gekuppelter Tachogenerator 10 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 11 ein Drehzahl-Zusatzsollwert Δn^* zugeführt. Ferner sind ein Stromwandler 12, der eine dem Ankerstrom i_a proportionale Spannung liefert, und ein Fühler 13 vorgesehen, dessen Ausgangsspannung dem Fluß Φ in der Feldwicklung 14 des Antriebsmotors proportional ist. Mit F_E ist die im Walzgut 15 in Walzrichtung wirkende Zugkraft auf der Eintrittsseite des Gerüstes und mit F_A die Zugkraft auf der Austrittsseite bezeichnet.

Um den Korrekturwert Δn^* für den DrehzahlSollwert n^* zu ermitteln, ist eine in Fig. 2 dargestellte Regelschaltung vorhanden. Diese besteht aus einem Istwertrechner 16 einem Sollwertrechner 17, einem Vergleichsglied 18 und einem Korrekturregler 19 (Minimalzugregler).

Das Antriebsmoment Ma = Φ · i_a 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.

Dabei ist :

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 aufgrund der Walzspaltgeometrie bestimmen und wird von der Bedienungsperson vorgegeben. Für Duo-Gerüste wird der Hebelarmfaktor Kh in einer Abgleichschaltung berechnet. Der Faktor Kv ist von verschiedenen, theoretisch nicht erfaßbaren Einflußgrößen abhängig und wird daher ebenfalls mit Hilfe der Abgleichsschaltung ermittelt und anschließend gespeichert. Der Istwertrechner 16 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 20 ist entsprechend der für Mz aufgestellten Momentenbilanz einem Summierglied 21 additiv zugeführt, während die dem Beschleunigungsmoment Mb entsprechende Spannung, die mittels eines Differenziergliedes 22 gebildet ist, und die den Verformungsmomenten proportionalen Spannungen, die aus den Walzkraftsignalen Fh und Fv mittels eines Multiplizierers 23 bzw. eines Multiplizierers 24 gebildet sind, subtraktiv an dem Summierglied anstehen.

Zur Ermittlung des Faktors Kh bzw. Kv wird die Differenzspannung am Ausgang des Summiergliedes 21, die dem Moment Mz proportional ist, einem Vergleichspunkt 25 zugeführt. Falls es sich um ein Duo-Gerüst handelt, nehmen die Schalter 26 und 27 die gestrichelt dargestellte Stellung ein.

Nach dem Anstich im ersten Gerüst der Straße verändert ein dem Vergleichspunkt 25 nachgeschalteter Integrator 28 den Hebelarmfaktor solange, 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.

Für ein Universalgerüst nehmen die Schalter 26 und 27 zur Ermittlung des Hebelarmfaktors Kv die gezeichnete Stellung ein.

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. Kh und 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 25 in Fig. 2 zugeführte eintrittsseitige zugbedingte Moment M_E entspricht im ausgeregelten Zustand dem austrittsseitigen Anteil des Zugkraft-Sollwertes, der der vorangehenden Regeleinrichtung und damit dem vorausgehenden Gerüst vorgegeben wird, multipliziert mit dem Walzenradius desjenigen Gerüsten, 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.

Die Differenz aus dem Ausgangssignal Mz des Summiergliedes 21 und einem Momentensollwert Mz^* wird dem Minimalzugregler 19 zugeführt. Der Momentensollwert wird mittels des Sollwertrechners 17 aus dem von der Bedienungsperson vorgegebenen spezifischen Zug σ*, den Walzgutquerschnitten A, dem Walzendurchmesser dw und einer Korrekturgröße ermittelt. Der vom Minimalzugregler 19 gelieferte Drehzahlkorrektur-Sollwert Δn^* wird während der Anstichphase jedes Gerüstes der Drehzahlregeleinrichtung des folgenden oder aller folgenden Antriebe - im dargestellten Beispiel als Δn^*2' der Drehzahlregelung am Gerüst 2 - und nach dem Anstich im folgendem Gerüst über einem Umkehrverstärker 29 der Drehzahlregeleinrichtung des eigenen Antriebes - im Beispiel als Δn^*1' der Drehzahlregeleinrichtung am Gerüst 1 - zugeführt. Zur Umschaltung ist ein Schalter 30 vorgesehen, der jeweils kurzzeitig die gezeichnete Zwischenstellung einnehmen muß, damit das Ausgangssignal des Minimalzugreglers auf Null zurückgestellt wird. Das Betätigungssignal für den Schalter 30 wird zweckmäßigerweise mit Hilfe einer bekannten und daher nicht dargestellten Walzgutwegnachbildung ermittelt.

Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte und beschriebene Regelschaltung ist jedem einzelnen Gerüstantrieb mit Ausnahme des letzten zugeordnet. Die beim letzten Gerüst zugeordnete Regelschaltung unterscheidet sich von der vorbeschriebenen im wesentlichen dadurch, daß der Minimalzugregler 19 keine Drehzahlkorrekturgröße erzeugt, sondern einen Korrektursollwert _QK^* für die spezifischen Zugsollwerte aller Gerüste welcher aus der Soll-Istwertabweichung der Zugspannung Mz des letzten Gerüstes gebildet wird.

Diese dem Leitgerüst zugeordnete Regelschaltung ist in den Figuren 3 und 4 dargestellt. Dabei sind identische Funktionsglieder mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Das in Fig. 3 gezeigte Regelglied 7 unterscheidet sich dadurch von demjenigen nach Fig. 1, daß seinem Vergleichspunkt 31 während der Durchlaufphase kein Korrekturwert zugeführt ist. Der gestrichelt dargestellte Korrektursollwert Δn^* während der Anstichphase bleibt davon unberührt. Die Drehzahlregelung arbeitet demzufolge während der Durchlaufphase autonom und hält den Antrieb stets auf dem während der Anstichphase ermittelten Drehzahlwert.

Der in Fig. 4 dargestellte Istwertrechner 16 ist ebenso wie der Sollwertrechner 17 mit demjenigen nach Fig. 2 identisch. Der Korrekturregler 32 unterscheidet sich dadurch vom Minimalzugregler 19 der Fig. 2, daß er keinen Drehzahl-Korrektursollwert, sondern unmittelbar einen aus der am Vergleichspunkt 18 entstehenden Zugspannungsabweichung AMz gebildeten Korrektursollwert _QK^* als Stellgröße erzeugt.

In Fig. 5 ist eine viergerüstige Walzenstraße schematisch dargestellt. Die Gerüste einschließlich des Antriebes sind durch die Walzen 1 bis 4 angedeutet. Jedem Gerüst ist eine Regelschaltung in Form eines Istwert-Rechners 16, eines Sollwert-Rechners 17, eines Minimalzugreglers 19 und eines Drehzahlregelgliedes 7 zugeordnet, die in dieser Figur entsprechend der Zuordnung zu dem jeweiligen Gerüst mit 1.7 bis 4.7, mit 1.16 bis 4.16, mit 1.17 bis 4.17 sowie mit 1.19 bis 3.19 bezeichnet sind. Der Korrekturregler 32 des letzten Gerüstes erzeugt die Stellgröße σ_κ*, die aber nicht zur Drehzahlkorrektur des Antriebes des letzten Gerüstes dient. Die Drehzahl des letzten Gerüstes wird vielmehr vom Drehzahl-Regelglied 4.7 auf einen konstanten, während der Anstichphase mit Hilfe von An^*4' ermittelten Drehzahlwert n geregelt, sobald die Anstichphase beendet ist. Der vom Korrekturglied 32 erzeugte Stellwert σ_κ* ist eine aus der Abweichung des Zugmomentes Mz4 vom Sollwert Mz^*4 gebildete Größe, welche den vorgegebenen Sollwerten der spezifischen Ausgangszüge σ_A1* bis σ_A3* an den entsprechenden Vergleichspunkten 1.33 bis 3.33 und dem Sollwertrechner 4.17 des letzten Gerüstes unmittelbar zugeführt ist. Durch diese Stellgröße σ_κ* erfahren die spezifischen Zugspannungs-Sollwerte eine der Abweichung des Zugmomentes Mz4 des letzten Gerüstes von seinem Sollwert Mz^*4 einseitig entgegenwirkende Korrektur. Da es sich dabei um die Beeinflussung der spezifischen Ausgangs-Zugspannungen handelt, werden die einzelnen Walzgerüstantriebe an der Fehlerkompensation absolut proportional zum jeweiligen Walzgutquerschnitt beteiligt. Dies hat die gewünschte Folge, daß der Erfahrung Rechnung getragen wird, daß die Wahrscheinlichkeit der Fehlerentstehung dort am größten ist, wo auch die größten Verformungsmomente aufgebracht werden müssen. Außerdem wird die Fehlerkompensation so gewichtet, daß die Wirkung dort am größten ist, wo am wenigsten nachteilige Folgen zu befürchten sind, nämlich zu den großen Walzquerschnitten hin.

Ferner bietet die Schaltungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung den Vorteil, daß, wie aus einem Vergleich der Figuren 1 und 3 bzw. 2 und 4 hervorgeht, bei allen Gerüsten einschließlich dem Leitgerüst weitgehend baugleiche Regelungselemente verwendet werden können.

Wie bereits ausgeführt, darf die Stellgröße σ_κ* nur jeweils einseitig wirken, d. h. nur die Austrittsmomente beeinflussen. Würde sie auch auf die Eintrittsmomente Einfluß nehmen, würden sich beide Einflüsse in Bezug auf die Fehlerkompensation in ihrer Wirkung aufheben.

Weitere Einzelheiten der Arbeitsweise der Walzstraße ergeben sich aus den Figuren 6, 7 und 8. 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. 6), ist das vom Zug abhängige Moment des Gerüstes 1 M_Z1 = 0, weil M_E1 = M_A1 = 0 ist. Während der Anstichphase wird der Hebelarmfaktor K der Walzkraft für Gerüst 1 bestimmt, wie es in Verbindung mit Fig. 2 bzw. Fig. 4 erläutert ist.

Die Ermittlung des Hebelarmfaktors ist beendet, sobald das Zugmoment vom Gerüst 1 M_Z1 des Istwertrechners 1.16 gleich dem zugehörigen Sollwert (bei Gerüst 1 vor dem Anstich des Gerüstes 2 gleich Null) geworden ist. Für den Rest des Stiches wird der Hebelarmfaktor gespeichert. Die Ermittlung des Hebelarmfaktors muß vor dem Anstich des Gerüstes 2 abgeschlossen sein.

Mit dem Anstich im Gerüst 2 (Fig. 7) wird der Minimalzugregler 1.19 wirksam, an dessen Istwerteingang das zugabhängige Moment M_Z1 des Istwertrechners 1.16 ansteht und dessen Sollwert-Eingang einen zunächst konstanten Sollwert M_Z^*1 erhält. Die Ausgangsspannung des Minimalzugreglers 1.19 wird über ein Proportionalglied 1.33 mit Speicherverhalten dem Drehzahlregler des Antriebes des zweiten Gerüstes als Drehzahl-Zusatzsollwert An^*2' zugeführt. Wenn der Regelabgleich des Minimalzugreglers 1.19 erreicht ist, gilt die Beziehung M_Z1 = M_E1 - M_A1 = M_Z*1.

Folglich ist bei Gerüst 1 M_Z*1 M_A1, weil das eingangsseitige Moment M_E1 vor dem Gerüst 1 stets Null ist.

Während der Anstichphase im Gerüst 2 wird in der gleichen Weise, wie in Verbindung mit Figur 6 beschrieben, der zugehörige Hebelarmfaktor ermittel und gespeichert. Anschließend stellt sich am Ausgang des Istwert-Rechners 2.16 der Momenten-Istwert M_Z2 = ME2 ein, da M_A2 noch = 0 ist.

Rechtzeitig vor dem Anstich des Walzgutes 15 in Gerüst 3 wird das Proportionalglied 1.33 auf « Speichern geschaltet, das Ausgangssignal des Minimalzugreglers 1.19 kurzfristig auf Null gesetzt und der Ausgang des Proportionalgliedes 2.33 (Fig. 8) anschließend über den Umkehrverstärker 29 (Fig. 2) als An^*1 auf den Drehzahlregler 1.7 am Gerüst 1 geschaltet (Eigenverstellung für Gerüst 1). Der Drehzahl-Zusatzsollwert Δn^*2' wird dem Drehzahlregler 2.7 am Gerüst 2 weiterhin aus dem Speicher 1.33 vorgegeben. Dieser Drehzahl-Zusatzsollwert bleibt additiv überlagert, wenn gemäß Fig. 8 kurz vor dem Anstich des Walzgutes in Gerüst 4 der Korrekturregler 2.19 auf Eigenverstellung umgeschaltet wird und den Drehzahl-Zusatzsollwert Δn*3' vorgibt. Der Drehzahl-Zusatzsollwert An^*3' des Korrekturreglers 2.19 (Fig. 5), der bis zum Anstich in Gerüst 4 auf den Drehzahlregler 3.7 von Gerüst 3 wirkte, wird dabei ebenfalls dem Gerüst 3 weiter als gespeicherter Wert An^*3 vorgegeben, während der Ausgang von 2.19 nach vorherigem Nullsetzen mit umgekehrtem Vorzeichen als Δn^*2 auf den Drehzahlregler von Gerüst 2 geschaltet wird. Dieser Ablauf bietet die Gewähr für einen stoßfreien Übergang auf Eigenverstellung.

Wie bereits in der Erläuterung der Umschaltung des Minimalzugreglers 2.19 auf Eigenverstellung beschrieben wurde, 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 dadurch, daß dieses Gerüst nicht auf Eigenverstellung umgeschaltet, sondern nach erfolgter Einstellung durch das Proportionalglied 3.33 (Fig. 5) und abgeschlossener Hebelarmberechnung durch 4.16 mit konstanter Drehzahl betrieben wird. Darüberhinaus wird die vom Korrekturregler (32) berechnete Stellgröße σ_κ* als Korrekturwert für die austrittsseitig wirksamen spezifischen Zugspannungen σ_A1* ... σ_A(_m-1)* der übrigen Gerüste benutzt.

Zur beschleunigten Einstellung der endgültigen Drehzahlrelationen werden zweckmäßigerweise während der Anstichphase die Drehzahl-Zusatzsollwerte nicht nur dem Drehzahlregler des jeweils folgenden Gerüstes (gestrichelt dargestellt), sondern den Drehzahlreglern aller nachgeordneten Gerüste zugeführt. Auf diese Weise können Drehzahlfehler eines Gerüstes durch Voreinstellung aller am Walzprozeß noch direkt beteiligten Gerüste berücksichtigt werden, was zu einer wesentlichen Verkürzung des Regelprozesses beim späteren Anstich in diesen Gerüsten führt.