CN101291755B - 用于卷取带材的卷取装置及其运行方法和控制设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于卷取带材(3)的卷取装置(1)具有至少一个卷取机(4)、布置在卷取机(4)前面的驱动辊子(5)和用于卷取机(4)与驱动辊子(5)的控制设备(6)。驱动辊子(5)在辊子抓取时刻(RFZP)抓取带材(3),并且然后将其输送给卷取机(4)。带材(3)在到达卷取机时刻(HEZP)到达卷取机(4)。控制设备(6)向卷取机(4)输出卷取机额定转速(nH*)和在带材运行方向上起作用的卷取机极限转矩(mH),使得控制设备(6)以转速调节和转矩限制的方式运行卷取机(4)。所述控制设备也向驱动辊子(5)输出辊子额定转速(nR*)和在带材运行方向上起作用的辊子极限转矩(mR),使得控制设备(6)也以转速调节和转矩限制的方式运行驱动辊子(5)。控制设备(6)在到达卷取机时刻(HEZP)之后从卷取机初始转矩(mH1)持续地提高卷取机极限转矩(mH),使得卷取机极限转矩(mH)在卷取机抓取时刻(HFZP)达到卷取机最终转矩(mH2)。所述控制装置同时将辊子极限转矩(mR)从辊子初始转速(nR1)持续地降低,使得辊子极限转矩(mR)在卷取机抓取时刻(HFZP)达到辊子最终转矩(mR2)。

Description

用于卷取带材的卷取装置及其运行方法和控制设备
本发明涉及一种用于卷取带材的卷取装置的运行方法,该卷取装置具有至少一个卷取机、布置在卷取机前面的驱动辊子、和用于卷取机与驱动辊子的控制设备。 
本发明还涉及一种数据载体,在该数据载体上存储有用于执行这种运行方法的控制设备的计算机程序。本发明还涉及一种开始时所述类型的卷取装置的控制设备和这种卷取装置本身。 
用于卷取带材的卷取装置和这种卷取装置的运行方法一般是公知的。尤其是在公知的卷取装置中,驱动辊子在为与另外的时刻相区别而下文中被称为辊子抓取时刻的时刻抓取带材并且然后将其以带速输送给卷取机。在为与另外的时刻相区别而下文中被称为到达卷取机时刻的时刻,带材到达卷取机。但是与驱动辊子相反,卷取机在该时刻还没有抓取带材。这在稍后的时刻才发生,所述稍后的时刻下文中为了与另外的时刻相区别于而被称为实际的卷取机抓取时刻。 
控制设备向卷取机输出卷取机额定转速和在带材运行方向上起作用的卷取机极限转矩,使得控制设备以转速调节和转矩限制的方式运行卷取机。控制设备同样向驱动辊子输出辊子额定转速和在带材运行方向上起作用的辊子极限转矩,使得控制设备也以转速调节和转矩限制的方式运行驱动辊子。 
在现有技术中如此来确定卷取机额定转速和辊子额定转速,使得不仅卷取机而且驱动辊子相对于带材赶在前面。该实施方式是绝对必要的,并且也保留在本发明的范围内。 
在现有技术中,已经在到达卷取机时刻之前、大多甚至于在辊子抓取时刻之前就将卷取机极限转矩设置为卷取机最终转矩,该卷取机最终转矩直至卷取机抓取时刻被保持恒定。此后,如此来改变卷取机极限转矩,使得施加于带材上的拉力是恒定的。在现有技术中,在辊子抓取时刻之前,将辊子极限转矩设置为辊子初始转矩,并且直至卷取机抓取时刻保持恒定。 
现有技术的实施方式导致,在卷取开始时在带材中出现提高的拉力。在此,提高的拉力可能是如此之大,使得该拉力超过了带材的屈 服极限,因此导致带材的可塑变形(断面收缩)。因此以可塑的方式改变要卷取的带材的厚度和尤其还有宽度。但是带材的厚度和宽度是从而受到负面影响的决定性质量参数。 
在现有技术中完全忍受质量损失或质量损失的危险。仅仅试图,通过相应地预先规定额定转速和极限转矩来最小化质量损失或质量损失的危险。 
本发明的任务在于,创造一种显著减少、尽可能地甚至消除质量损失或质量损失的危险的可能性。 
对于开始时所述类型的运行方法如下来解决该任务,即控制设备 
-在到达卷取机时刻之后从卷取机初始转矩连续提高卷取机极限转矩,使得卷取机极限转矩在卷取机抓取时刻达到卷取机最终转矩,和 
-在到达卷取机时刻之后从辊子初始转矩连续降低辊子极限转矩,使得辊子极限转矩在卷取机抓取时刻达到辊子最终转矩。 
由于已经从到达卷取机时刻起对极限转矩的这种感觉灵敏的互相相反的改变可以将在带材中存在着的拉力降低到带材的屈服极限下,而不损害在带材的卷取时的可靠性和运行安全性。在此,卷取机抓取时刻是以计算方式所确定的值,在该值时,卷取机应该抓取了带材。可能偏离卷取机实际抓取带材的时刻。 
与此相对应地,通过以下方式解决针对数据载体的任务,即在所述数据载体上存储有用于执行这种运行方法的控制设备的计算机程序。 
对于控制设备如下来解决该任务,即如此来构造所述控制设备,使得所述控制设备根据这样的运行方法来运行卷取机和驱动辊子。尤其,控制设备可以为此具有程序存储器,在所述程序存储器中存放控制设备的计算机程序,并且控制设备可以基于计算机程序根据本发明来运行卷取机和驱动辊子。 
最后对于卷取装置,该任务通过以下方式来解决,即所述卷取装置具有相应构造的控制设备。 
卷取机极限转矩优选地是时间的可微分函数,例如是具有S形特性曲线的函数。由于卷取机于是可以特别简单地遵循卷取机极限转矩的变化。如果控制设备如此来改变卷取机极限转矩,使得卷取机极限 转矩的时间导数从到达卷取机时刻直至位于到达卷取机时刻和卷取机抓取时刻之间的第一中间时刻为止上升,并从第一中间时刻直至卷取机抓取时刻下降,则这尤其适用。 
辊子极限转矩优选地也是时间的可微分函数。例如该函数也可以在到达卷取机时刻和卷取机抓取时刻之间具有S形特性曲线。因为驱动辊子于是可以特别简单地遵循辊子极限转矩的变化。 
如果控制设备在到达卷取机时刻和卷取机抓取时刻之间使卷取机额定转速从最初的值下降到降低的值,则由于卷取机的惯性矩而引起的拉应力峰值在带材中还继续被减小。控制设备优选地为此在到达卷取机时刻和第二中间时刻之间使卷取机额定转速持续地下降到降低的值,并且接着将卷取机额定转速从第二中间时刻到卷取机抓取时刻重新持续地提高到最初的值。 
卷取机额定转速优选地也是时间的可微分函数。例如该函数可以具有槽形特性曲线。卷取机因此更简单地能够遵循卷取机额定转速的变化。 
如果控制设备已经在到达卷取机时刻之前使辊子额定转速从辊子初始转速持续地下降,使得辊子额定转速在到达卷取机时刻达到中间值,并且此后直至卷取机抓取时刻保持辊子额定转速,则在卷取机抓取时刻之后可以使辊子额定转速较快地下降到小于带速的最终值。 
控制设备通常从初始张开度出发从位于卷取机抓取时刻之前的张开开始起以张开速度来张开卷取机。控制设备优选地检测在卷取机抓取时刻存在的卷取机张开度,并且如此来跟踪初始张开度、张开速度和/或张开开始,使得在卷取随后的带材时可以期待,在所述带材的卷取机抓取时刻存在的卷取机张开度接近于额定卷取机张开度。 
从实施例的以下说明中结合附图得出其它的优点和细节。在此,以原理图的方式: 
图1展示了卷取装置的框图, 
图2展示了流程图。 
图3和4展示了转矩时间图,和 
图5和6展示了转速时间图, 
图7至10展示了在不同时刻的图1的卷取装置。 
根据图1,卷取装置1布置在轧机机列的后面。在图1中,为了清 晰起见,在此仅示出了轧机机列的最后的轧机基座2。在轧机机列中轧制带材(Band)3。所轧制的带材3以带速v从最后的轧机基座2中驶出。所述带材被输送给卷取装置1,并在那里被卷取。 
卷取装置1具有卷取机4、驱动辊子5(更准确地:驱动辊子对)和控制设备6。卷取机4具有可张开的卷取机芯棒7。驱动辊子5布置在卷取机4的前面。所述驱动辊子因此布置在卷取机4和轧机机列的最后的轧机基座2之间。控制设备6控制卷取机4和驱动辊子5,因此确定所述卷取机4和驱动辊子5的运行方式和协同作用。 
控制设备6优选地被构造为处理器控制的控制设备6。所述控制设备6因此优选地具有执行计算机程序9的处理器设备8。所述控制设备6还具有存放有计算机程序9的程序存储器10。基于计算机程序9,控制设备6于是相应地控制卷取机4和驱动辊子5。 
当然必须事先将计算机程序9输送给控制设备6。为此存在其上存储有计算机程序9的数据载体11,例如存储卡。将数据载体11经由相应的接口12与数据载体11在数据技术上相连接。然后从数据载体11中读出计算机程序9,并存放在程序存储器10中。 
基于计算机程序9,控制设备6以下面结合图2至10详细阐述的方式来运行卷取机4和驱动辊子5。 
根据图2,控制设备6首先在步骤S1中将额定值设置为初始值。在此,典型地从要缠绕的带材3的数据中推导出初始值,或由操作人员或上级主导计算机给控制设备6预先规定初始值。 
控制设备6尤其是在步骤S1中(也参阅图3至6)将卷取机额定转速nH*设置为最初的值nH1,将在带材运行方向上起作用的卷取机极限转矩mH设置为卷取机初始转矩mH1,将辊子额定转速nR*设置为辊子初始转速nR1和将在带材运行方向上起作用的辊子极限转矩mR设置为辊子初始转矩mR1。所述控制设备6还将张开度(Spreizgrad)g调整为初始张开度g1,其中将卷取机芯棒7张开到所述张开度g。 
控制设备6然后在步骤S2中根据卷取机额定转速nH*、卷取机极限转矩mH和张开度g来控制卷取机4。控制设备6还在步骤S2的范围内根据辊子额定转速nR*和辊子极限转矩mR来控制驱动辊子5。控制设备6因此以转速调节和转矩限制的方式运行卷取机4和驱动辊子 5。控制设备6因此将卷取机4和驱动辊子5的实际转速调节为分别预先规定的额定转速nH*、nR*。但是只有当这以处于在分别预先规定的极限转矩mH、mR之下的实际转矩可达时,所述控制设备才实施这一点。为了完整性起见,在此要提及,如此来确定转速额定值nH*、nR*,使得卷取机芯棒7和驱动辊子5的圆周速度大于带速v。 
在步骤S3中,控制设备6检查是否达到了辊子抓取时刻RFZP。辊子抓取时刻RFZP在此对应于带材3到达驱动辊子5并由驱动辊子5抓取的时刻(也参阅图7)。在此,可以毫无问题地确定辊子抓取时刻RFZP,因为实际的辊子转速在该时刻突然地下降到与带速v相对应的值,并且由驱动辊子5(或该驱动辊子5的传动装置)所采用的实际的转矩同时突然地上升到辊子极限转矩mR。 
从辊子抓取时刻RFZP起,驱动辊子5施加拉力于带材3,也即在字面意义上驱动所述带材,并且因此将所述带材输送给卷取机4。在图8中示出了该状态。 
如果还没有达到辊子抓取时刻RFZP,则控制设备6返回步骤S2。如果反之达到(或超过)了辊子抓取时刻RFZP,则控制设备6在步骤S4中开始匹配辊子额定转速nR*。尤其是所述控制设备6首先根据图6使辊子额定转速nR*持续地下降,使得所述辊子额定转速在到达卷取机时刻HEZP达到中间值nR2。而卷取机额定转速nH*和极限转矩mH、mR仍保持不变。到达卷取机时刻HEZP对应于带材3到达卷取机4的时刻,也参阅图9。借助简单的材料跟踪可以毫无问题地确定该到达卷取机时刻HEZP。 
在步骤中S5中,控制设备6检查是否达到了到达卷取机时刻HEZP。如果还没有达到到达卷取机时刻HEZP,则控制设备6返回步骤S2。如果反之达到(或超过)了到达卷取机时刻HEZP,则控制设备6(除了在步骤S4中匹配辊子额定转速nR*之外)在步骤S6中也匹配卷取机额定转速nH*、卷取机极限转矩mH和辊子极限转矩mR。控制设备6根据图5来改变卷取机额定转速nH*。稍后还将对此深入讨论。根据图3和4,控制设备6还从到达卷取机时刻HEZP起持续地提高卷取机极限转矩mH和持续降低辊子极限转矩mR。在此,可以如此来互相协调卷取机极限转速mH的提高和辊子极限转矩的降低,使得极限转矩mH、mR之和是恒定的。而不继续改变辊子额定转速nR*, 而是保持在辊子额定转速nR*在到达卷取机时刻HEZP已达到的中间值nR2。 
在步骤S7中,控制设备6检查是否达到了张开开始(Spreizbeginn)SB。张开开始SB对应于卷取机芯棒7开始张开的时刻。借助简单的材料跟踪可以确定张开开始SB(同样像到达卷取机时刻HEZP那样)。所述张开开始大致对应于由大约一圈带材3环绕卷取机4的时刻(参阅图10)。但是所述张开开始SB位于由大约4至5圈带材3环绕卷取机4的时刻(以下称为卷取机抓取时刻HFZP)之前,也即卷取机4应该可靠地抓取了带材3。 
如果还没有达到张开开始SB,则控制设备6返回步骤S2。如果反之达到(或超过)了张开开始SB,则控制设备6在步骤S8中以张开速度g’来张开卷取机4。所述控制设备因此在步骤S8的范围内相应地改变卷取机张开度g。 
在步骤S9中,控制设备6检查是否达到了卷取机抓取时刻HFZP。如果还没有达到卷取机抓取时刻HFZP,则控制设备6返回步骤S2。否则所述控制设备用步骤S10来继续本发明的运行方法。在步骤S10中,控制设备6终止改变张开度g,并存储该张开度g。 
在步骤S11的范围内,控制设备6根据一般通常的实施方式来控制卷取机4和驱动辊子5。所述控制设备因此向卷取机4输出卷取机额定转速nH*和卷取机极限转矩mH,向驱动辊子5输出辊子额定转速nR*和辊子极限转矩mR。尤其,所述控制设备使辊子额定转速nR*下降到小于带速v的最终值nR3。 
在步骤S12中,控制设备6检查是否完全卷取了带材3。也可以借助简单的材料跟踪来进行该检查。如果还没有完全卷取带材3,则控制设备6返回步骤S11。如果反之已经完全卷取了带材3,则控制设备6转向步骤S13,在该步骤S13中,所述控制设备跟踪初始张开度g1、张开开始SB和/或张开速度g’。在此,如此来实现跟踪,使得在卷取随后的带材时可以期待,在带材的实际的卷取机抓取时刻时存在的卷取机张开度接近于额定卷取机张开度。实际的卷取机抓取时刻在此是卷取机4的实际转速下降到与带速v相对应的值的时刻。 
在步骤S14中,控制设备6检查是否从现在起应该终止本发明运行方法。如果情况如此,则所述控制设备当然终止计算机程序9的继 续执行。否则控制设备6在步骤S15中等候下一要卷取的带材3,并且然后返回步骤S1。 
正像尤其是从图3中可以看出的那样,控制设备6在到达卷取机时刻HEZP之后从卷取机初始转矩mH1持续地提高卷取机极限转矩mH,使得卷取机极限转矩mH在卷取机抓取时刻HFZP达到卷取机最终转矩mH2。根据图3,卷取机极限转矩mH显然是时间t的可微分函数。根据图3,卷取机极限转矩mH尤其具有S形特性曲线。 
正像从图3中还可以看出的那样,控制设备6如此来改变卷取机极限转矩mH,使得从到达卷取机时刻HEZP直至第一中间时刻ZZP1为止卷取机极限转矩mH的时间导数上升,并且然后直至卷取机抓取时刻HFZP为止重新下降。在此,第一中间时刻ZZP1显然位于到达卷取机时刻HEZP和卷取机抓取时刻HFZP之间。 
从图4中可以看出,控制设备6在到达卷取机时刻HEZP之后从辊子初始转矩mR1持续地降低辊子极限转矩mR,使得辊子极限转矩mR在卷取机抓取时刻HFZP达到辊子最终转矩mR2。而从辊子抓取时刻RFZP起保持辊子最终转矩mR2。 
辊子极限转矩mR优选地也是时间t的可微分函数。正像图4中所示出的那样,例如辊子极限转矩mR可以在到达卷取机时刻HEZP和卷取机抓取时刻HFZP之间同样具有S形特性曲线。 
正像已经结合图2曾提及的和从图5中明显可以看出的那样,控制设备6在到达卷取机时刻HEZP和卷取机抓取时刻HFZP之间使卷取机额定转速nH*从最初的值nH1下降为降低的值nH2。在此,持续地实现该下降,直至同样位于到达卷取机时刻HEZP和卷取机抓取时刻HFZP之间的第二中间时刻ZZP2为止。然后持续地将卷取机额定转速nH*重新提高到最初的值nH1。 
卷取机额定转速nH*优选地也是时间t的可微分函数。正像在图5中所示出的那样,例如所述卷取机额定转速可以具有槽形特性曲线。 
从图6中还可以看出,辊子额定转速nR*也是时间t的可微分函数。根据图6,所述辊子额定转速尤其可以由两个段13、14组成,其中所述两个段分别具有S形特性曲线并且在到达卷取机时刻HEZP和卷取机抓取时刻HFZP之间的范围中互相过渡。 
通过根据本发明的上述的和在权利要求书中所阐述的实施方式实 现,与在现有技术中相比,在卷取开始时在带材3中出现的拉应力峰值显著较小。由此可以以近于可靠的概率来避免、但至少是显著减小带材3的可塑变形。 

Claims (12)

1.用于卷取带材(3)的卷取装置(1)的运行方法,所述卷取装置(1)具有至少一个卷取机(4)、布置在所述卷取机(4)前面的驱动辊子(5)和用于卷取机(4)与驱动辊子(5)的控制设备(6),
-其中,所述驱动辊子(5)在辊子抓取时刻(RFZP)抓取带材(3),并且然后以带速(v)输送给卷取机(4),
-其中,带材(3)在到达卷取机时刻(HEZP)到达卷取机(4),
-其中,所述控制设备(6)向卷取机(4)输出卷取机额定转速(nH*)和在带材运行方向上起作用的卷取机极限转矩(mH),使得所述控制设备(6)以转速调节和转矩限制的方式运行卷取机(4),
-其中,所述控制设备(6)向驱动辊子(5)输出辊子额定转速(nR*)和在带材运行方向上起作用的辊子极限转矩(mR),使得所述控制设备(6)以转速调节和转矩限制的方式运行驱动辊子(5),
-其中,所述控制设备(6)在到达卷取机时刻(HEZP)之后从卷取机初始转矩(mH1)持续地提高卷取机极限转矩(mH),使得卷取机极限转矩(mH)在卷取机抓取时刻(HFZP)达到卷取机最终转矩(mH2),和
-其中,所述控制设备(6)在到达卷取机时刻(HEZP)之后从辊子初始转矩(mR1)持续地降低辊子极限转矩(mR),使得辊子极限转矩(mR)在卷取机抓取时刻(HFZP)达到辊子最终转矩(mR2)。
2.按照权利要求1所述的运行方法,其特征在于,所述卷取机极限转矩(mH)是时间(t)的可微分函数。
3.按照权利要求2所述的运行方法,其特征在于,所述控制设备(6)如此改变卷取机极限转矩(mH),使得卷取机极限转矩(mH)的时间导数从到达卷取机时刻(HEZP)直至位于到达卷取机时刻(HEZP)和卷取机抓取时刻(HFZP)之间的第一中间时刻(ZZP1)为止上升,并从第一中间时刻(ZZP1)直至卷取机抓取时刻(HFZP)为止下降。
4.按照权利要求1-3之一所述的运行方法,其特征在于,所述辊子极限转矩(mR)是时间(t)的可微分函数。
5.按照权利要求1-3之一所述的运行方法,其特征在于,所述控制设备(6)在到达卷取机时刻(HEZP)和卷取机抓取时刻(HFZP)之间使卷取机额定转速(nH*)从最初的值(nH1)下降到降低的值(nH2)。
6.按照权利要求5所述的运行方法,其特征在于,所述控制设备(6)在到达卷取机时刻(HEZP)和第二中间时刻(ZZP2)之间使卷取机额定转速(nH*)持续地下降到降低的值(nH2),并从第二中间时刻(ZZP2)到卷取机抓取时刻(HFZP)持续地重新提高到最初的值(nH1)。
7.按照权利要求6所述的运行方法,其特征在于,所述卷取机额定转速(nH*)是时间(t)的可微分函数。
8.按照权利要求1-3之一所述的运行方法,其特征在于,所述控制设备(6)已经在到达卷取机时刻(HEZP)之前从辊子初始转速(nR1)持续地降低辊子额定转速(nR*),使得辊子额定转速(nR*)在到达卷取机时刻(HEZP)达到中间值(nR2),并且
所述控制设备(6)然后直至卷取机抓取时刻(HFZP)为止保持辊子额定转速(nR*)。
9.按照权利要求1-3之一所述的运行方法,其特征在于,所述控制设备(6)从初始张开度(g1)出发从位于卷取机抓取时刻(HFZP)之前的张开开始(SB)起以张开速度(g’)来张开卷取机(4),
所述控制设备(6)检测在卷取机抓取时刻(HFZP)存在的卷取机张开度(g),和所述控制设备(6)如此跟踪初始张开度(g1)、张开速度(g’)和/或张开开始(SB),使得在卷取随后的带材时可以期待,在所述带材的卷取机抓取时刻存在的卷取机张开度接近于额定卷取机张开度。
10.用于卷取带材(3)的卷取装置(1)的控制设备,所述卷取装置(1)除了控制设备之外还具有至少一个卷取机(4)和布置在卷取机(4)前面的驱动辊子(5),其特征在于,
所述控制设备具有:用来确定辊子抓取时刻(RFZP)的装置,所述驱动辊子(5)在辊子抓取时刻(RFZP)抓取带材(3),
所述控制设备具有:用来确定到达卷取机时刻(HEZP)的装置,带材(3)在到达卷取机时刻(HEZP)到达卷取机(4),
所述控制设备具有:用来向卷取机(4)输出卷取机额定转速(nH*)和在带材运行方向上起作用的卷取机极限转矩(mH)的装置,使得所述控制设备(6)以转速调节和转矩限制的方式运行卷取机(4),
所述控制设备具有:用来向驱动辊子(5)输出辊子额定转速(nR*)和在带材运行方向上起作用的辊子极限转矩(mR)的装置,使得所述控制设备(6)以转速调节和转矩限制的方式运行驱动辊子(5),
所述控制设备具有:用来在到达卷取机时刻(HEZP)之后从卷取机初始转矩(mH1)持续地提高卷取机极限转矩(mH)的装置,使得卷取机极限转矩(mH)在卷取机抓取时刻(HFZP)达到卷取机最终转矩(mH2),和
所述控制设备具有:用来在到达卷取机时刻(HEZP)之后从辊子初始转矩(mR1)持续地降低辊子极限转矩(mR)的装置,使得辊子极限转矩(mR)在卷取机抓取时刻(HFZP)达到辊子最终转矩(mR2)。
11.按照权利要求10所述的控制设备,其特征在于,所述控制设备具有存放有控制设备用的计算机程序(9)的程序存储器(10),并且所述控制设备基于计算机程序(9)按照权利要求1至9之一来运行卷取机(4)和驱动辊子(5)。
12.用于卷取带材(3)的卷取装置,所述卷取装置具有至少一个卷取机(4)、布置在卷取机(4)前面的驱动辊子(5)和用于卷取机(4)与驱动辊子(5)的控制设备(6),其特征在于,根据权利要求10或11来构造所述控制设备(6)。
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