DE102005028703A1

DE102005028703A1 - Verfahren zur Regelung und/oder Steuerung eines Anstellsegmentes in einer Stranggießanlage und Vorrichtung hierfür

Info

Publication number: DE102005028703A1
Application number: DE102005028703A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Weisshaar
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-06-20
Filing date: 2005-06-20
Publication date: 2006-12-28
Also published as: EP1893367B2; EP1893367B1; ATE549111T1; CN101247908A; EP1893367A1; WO2006136484A1; CN101247908B

Abstract

Zur Regelung und/oder Steuerung eines Anstellsegmentes (1) in einer Stranggießanlage (2) kann ein Unterrahmen (9) und ein Oberrahmen (10) durch Verstellelemente (12, 13, 14, 15) relativ zueinander positioniert werden, wobei für die Regelung und/oder Steuerung einer Schräglage zwischen einem Eingang (EN) und einem Ausgang (EX) mittels eines Längs-Reglers (L) ein Positionskorrekturwert (W¶sen¶, W¶sex¶) ermittelt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung und/oder Steuerung eines Anstellsegmentes in einer Stranggießanlage, wobei das Anstellsegment einen Unterrahmen und einen Oberrahmen aufweist, die durch Verstellelemente in ihrer Position und/oder Schräglage relativ zueinander justierbar sind, wobei ein Strang zwischen einem Eingang und einem Ausgang in einer Gießrichtung von dem Unterrahmen und dem Oberrahmen geführt wird, wobei jedem Verstellelement je ein Positionsregler zugeordnet ist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Regelung und/oder Steuerung eines Anstellsegmentes in einer Stranggießanlage, wobei das Anstellsegment einen Unterrahmen und einen Oberrahmen aufweist, die durch vier Verstellelemente in ihrer Position und/oder Schräglage relativ zueinander justierbar sind, wobei ein Strang zwischen einem Eingang und einem Ausgang in einer Gießrichtung von dem Unterrahmen und dem Oberrahmen geführt wird.

Stranggießanlagen dienen zum kontinuierlichen Vergießen von quadratischen (Knüppeln) oder rechteckförmigen (Brammen) Querschnitten in Kokillen. Der Strang wird bei Brammenanlagen nach dem Austritt aus einer gekühlten Kokille vorzugsweise zur Stützung einer Strangschale und zur Erzielung einer Dickenreduktion in Anstellsegmenten geführt. Ein Anstellsegment besteht vorzugsweise aus einem beweglichen Ober- und einem festen Unterrahmen, die beide mit mehreren Rollen versehen sind. Der Oberrahmen eines Anstellsegmentes kann beispielsweise gegenüber dem Unterrahmen über je zwei hydraulisch betätigbare Verstellelemente in der Nähe des Eingangs und des Ausgangs innerhalb gewisser Grenzen vertikal positioniert werden.

Ziel einer vorzugsweise automatisierten Verstellung oder Justierung des Anstellsegmentes ist es, eine Eingangs-Maulweite zwischen den ersten Ober- und Unterrollen am Eingang und den letzten Ober- und Unterrollen am Ausgang auf vorgegebene Werte einzustellen. Wegen beispielsweise einer thermischen Schrumpfung des Stranges muss die Eingangsmaulweite am Eingang des Anstellsegmentes größer sein als eine Ausgangs-Maulweite am Ausgang des Anstellsegmentes. Dem Anstellsegment kommt hier die Aufgabe zu, einen Strang oder allgemein einem Fördergut eine gewisse Form zu geben oder für ein bestimmtes Dickenmaß eines Stranges am Ausgang des Anstellsegmentes zu sorgen. Ein Fehler des Dickenmaßes des Stranges muss vorzugsweise unter 0,1 mm liegen. Des Weiteren hat das Anstellsegment die Aufgabe beispielsweise eine teilweise erstarrte Strangschale eines flüssigen Metalls zu stützen.

Bisherige Verfahren ließen ein derart geringes Toleranzmaß nicht zu oder waren gänzlich auf fest eingestellte Maulweiten abgestimmt. Insbesondere bei fest eingestellten Maulweiten, beispielsweise durch Distanzstücke zwischen dem Oberrahmen und dem Unterrahmen, ist keinerlei Flexibilität im Anlagenbetrieb einer Stranggießanlage gegeben. Darüber hinaus kann mit fest eingestellten Mauweiten in keinster Weise auf dynamische Veränderungen im oder am Strang reagiert werden. Ändert sich beispielsweise aufgrund von thermischen Veränderungen in der Strangschale ein Rohmaß des Stranges, so muss die Ausgangsmaulweite unmittelbar angepasst werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erhöhung der Genauigkeit bei der Regelung zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Regelung und/oder Steuerung einer Schräglage in Gießrichtung mittels eines Längs-Reglers ein Positionskorrekturwert ermittelt wird. Von Vorteil ist es hierbei, dass der Längs-Regler permanent die Position und/oder Schräglage des Oberrahmens bezüglich der Eingangs-Maulweite und der Ausgangs-Maulweite korrigiert, wenn ein maximal zulässiger Wert überschritten wird. Die Korrektur wird mittels Positionskorrekturwerten durchgeführt.

In einer weiterführenden Ausgestaltung der Erfindung sind zumindest auf der Eingangsseite je zwei Positionsregler mit einem Quer-Regler zur Regelung und/oder Steuerung einer Schräglage quer zur Gießrichtung und/oder zur Regelung und/oder Steuerung eines Positionsunterschiedes zwischen einem ersten der Verstellelemente und einem zweiten der Verstellelemente hergerichtet. Mit Vorteil kann dadurch eine Schräglage, beispielsweise des Oberrahmens, quer zur Gießrichtung kontrolliert und begrenzt werden.

Zweckmäßig ist, dass jedem Positionsregler ein Kraftbegrenzungsregler zugeordnet ist. Kraftbegrenzungsregler werden mit Vorteil zur Vermeidung von Schäden oder Störungen im Anlagenbetrieb eingesetzt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird durch den Längs-Regler ein erster Positionskorrekturwert für die Positionsregler auf der Eingangsseite und ein zweiter Positionskorrekturwert für die Positionsregler auf der Ausgangsseite ermittelt. Die Schräglage zwischen dem Eingang und dem Ausgang kann nicht von den Quer-Reglern alleine eliminiert werden. Durch ein beispielsweise Weiterleiten von Positionskorrekturwerten für die Positionsregler auf der Eingangsseite und für die Positionsregler auf der Ausgangsseite kann eine Schräglage in Längsrichtung, also in Gießrichtung, fortlaufend durch die Positionskorrekturwerte in der geforderten Position gehalten werden.

Eine vorteilhafte Variante der Erfindung ist, dass ein Schräglagen-Istwert durch eine Differenzbildung von Positionswerten von Verstellelementen am Eingang und/oder am Ausgang ermittelt wird. Da die einzelnen Positionsregler vorzugsweise bereits einzelne Positionsgeber aufweisen, ist diese Vorgehensweise vorteilhaft.

Zweckmäßigerweise wird für die Differenzbildung ein Mittelwert der Positionswerte am Eingang und/oder Ausgang bereitgestellt. Da der Eingang und der Ausgang jeweils eine Schräglage in Querrichtung aufweisen können, ist für die Ermittlung des Schräglagen-Istwertes eine Mittelwertbildung der einzelnen Positionswerte der Verstellelemente am Eingang und/oder der Verstellelemente am Ausgang vorteilhaft.

Eine weitere Steigerung der Regelgenauigkeit wird dadurch erreicht, dass der Quer-Regler und/oder der Längs-Regler eine nicht lineare Charakteristik aufweisen. Mit Vorteil können so für den Quer-Regler und/oder den Längs-Regler nicht gewünschte Istwerte ignoriert werden. Beispielsweise werden negative Istwerte, für die eine Regelung nicht sinnvoll ist, begrenzt, somit wird die Stabilität des Regelkreises erhöht.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist der Quer-Regler und/oder der Längs-Regler derart nicht-linear, dass eine Schräglage durch Erhöhen der jeweils niedrigeren Seite abgebaut wird.

Zweckmäßigerweise reagiert der Quer-Regler und/oder der Längs-Regler nicht auf negative Regelabweichungen.

Eine besondere Ausgestaltungsform der Erfindung ist, dass bei Ausfall eines Positionsgebers der zugehörige Positionsregler durch einen Fehlerregler, welcher als Sollwert einen Kraft-Istwert des nächstgelegenen Verstellelementes erhält, abgelöst wird. Mit großem Vorteil wird bei Ausfall eines Positionsgebers der Positionsregler beispielsweise von einem proportionalen Fehlerregler für die Kraft abgelöst.

In zweckmäßiger Weise wird bei Ausfall eines Positionsgebers der Positionskorrekturwert des Quer-Reglers und/oder der des Längs-Reglers für die Dauer des Ausfalls auf seinem letzten Wert gehalten. Bei Verschwinden der Geber-Störung kann somit mit Vorteil wieder direkt auf dem alten Korrekturzustand aufgesetzt werden.

Weiterhin ist es vorteilhaft, dass bei Ausfall oder bei Nichterreichen eines Positionssollwertes eines Positionsreglers über den jeweiligen Kraftbegrenzungsregler ein Positionskorrekturwert für die Positionierung des jeweiligen Verstellelementes ermittelt wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erzeugt der Kraftbegrenzungsregler bei Überschreiten einer Kraftgrenze einen Positionskorrekturwert. Ist eine Kraftgrenze erreicht oder bereits überschritten, so kann vorteilhafterweise der Positionskorrekturwert zu dem momentanen Positionswert hinzuaddiert werden, welches ein sofortiges Nachlassen der erreichten Kraft zur Folge hat.

Vorzugsweise umfasst ein Kraftbegrenzungsregler mindestens drei Teilkraftregler.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird für jedes Verstellelement mindestens einer der folgenden vorgebbaren Kraftgrenzen und/oder Kraftsollwerte verwendet: Eine maximale Kraft in Öffnungsrichtung, eine maximale Kraft in Schließrichtung, eine minimale Kraft in Schließrichtung. Durch die Verwendung von beispielsweise drei Teilkraftreglern mit drei unterschiedlichen Kraftgrenzen kann so vorteilhafterweise auf die in einem Anstellsegment auftretenden Kräfte reagiert werden.

Vorteilhaft ist, dass der Positionskorrekturwert für die Positionsregelung über eine Kaskadenregelung ermittelt wird, wobei ein Fehlerregelkreis einen Kraftbegrenzungs-Regelkreis einschließt und der Kraftbegrenzungs-Regelkreis einen Schräglagen-Regelkreis einschließt und der Schräglagen-Regelkreis einen Positionsregelkreis einschließt. Eine Parametrierung der Regelkreise kann so systematisch von innen nach außen, beginnend mit den Positionsreglern über die Schräglagenbegrenzungsregler, die Kraftbegrenzungsregler bis zu den Fehlerreglern vorgenommen werden.

Die vorrichtungsbezogene Aufgabe wird bezogen auf die eingangs genannte Vorrichtung dadurch gelöst, dass zur Regelung und/oder Steuerung der Position und/oder Schräglage in einer Gießrichtung ein Längs-Regler vorhanden ist. Weist eine Regeleinrichtung für ein Anstellsegment einen Längs-Regler zur Regelung einer Schräglage in Gießrichtung auf, so kann in vorteilhafter Weise eine prozessbedingte Längsschräge des Anstellsegmentes unterhalb einer vorgebbaren Grenze gehalten werden.

In einer weiterführenden Ausgestaltung der Erfindung ist der Längs-Regler zur Erzeugung von zwei Positionskorrekturwerten, und zwar einem ersten Positionskorrekturwert für mindestens einen Positionsregler am Eingang und einem zweiten Positionskorrekturwert für mindestens einen Positionsregler am Ausgang hergerichtet. Durch eine Aufschaltung von Positionskorrekturwerten auf die Positionsregler für den Eingang des Anstellsegmentes und auf die Positionsregler für den Ausgang des Anstellsegmentes kann die Schräglage des Anstellsegmentes in Gießrichtung begrenzt werden.

Mit Vorteil weist jedes Verstellelement einen Positionsgeber auf. Durch die Aufnahme von Positions-Istwerten eines jeden Verstellelementes kann die Schräglage des Anstellsegmentes rasch und exakt ausgeregelt werden.

Vorzugsweise ist zur Regelung und/oder Steuerung der Position und/oder Schräglage quer zur Gießrichtung ein Quer-Regler für den Eingang und ein weiterer Quer-Regler für den Ausgang vorhanden. Durch Quer-Regler am Eingang und am Ausgang des Anstellsegmentes kann auf vorteilhafte Weite eine Kipplage begrenzt werden. Auch können dynamische Schräglagen während einer laufenden, kräftefreien Positionierung auftreten oder es können statische Positionsdifferenzen auftreten, wenn z.B. der Strangquerschnitt trapezförmig ist, oder ein optional eingesetzter Kraftbegrenzungsregler nur auf einer Seite des Stellelementes eingreift. In allen vorgenannten Fällen kann ein Quer-Regler erfolgreich die Kipplage oder Schräglage quer zur Gießrichtung des Anstellsegmentes bzw. des Oberrahmens begrenzen.

Vorzugsweise ist die Vorrichtung derart ausgestaltet, dass zur Bildung eines Schräglagen-Istwertes für den Längs-Regler Mittel zur Differenzbildung und/oder Mittelwertbildung der Positionswerte der Verstellelemente am Eingang und der Verstellelemente am Ausgang vorhanden sind. Durch die Möglichkeit mit Mittelwerten von zwei oder mehr verschiedenen Positionswerten zu arbeiten erhöht sich die Genauigkeit der Regelung.

Vorzugsweise weisen die Quer-Regler und/oder der Längs-Regler eine nicht-lineare Regel-Charakteristik auf.

Mit besonderem Vorteil weist ein Positionsregler einen Fehlerregler, welcher bei Ausfall eines Positionsgebers als Sollwert einen Kraftistwert des nächstgelegenen Verstellelementes erhält, auf.

Vorzugsweise ist für jeden Positionsregler ein Kraftbegrenzungsregler vorhanden.

Ein bevorzugtes, jedoch keinesfalls einschränkendes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Zur Verdeutlichung ist die Zeichnung nicht maßstäblich ausgeführt, und gewisse Merkmale sind nur schematisiert dargestellt.
Im Einzelnen zeigt:
1 schematisch einen Ausschnitt einer Stranggießanlage mit Anstellsegmenten,
2 schematisch ein Anstellsegment mit Rollen in einer Seitenansicht,
3 schematisch das Anstellsegment in einer Draufsicht,
4 schemadadurch gekennzeichnettisch das Anstellsegment in einer Seitenansicht mit Anstellvorrichtungen,
5 ein Blockschaltbild einer Regelvorrichtung,
6 einen Positionsregler im Detail,
7 einen Kraftbegrenzungsregler im Detail,
8 einen Quer-Regler im Detail und
9 einen Längs-Regler im Detail.
1 zeigt ausschnittsweise eine Prinzipdarstellung einer Stranggießanlage 2. Die Stranggießanlage 2 ist mit Anstellsegmenten 1 zur Führung eines Stranges 3 hergerichtet. Die Anstellsegmente 1 dienen der Führung des Stranges 3 aus einer vertikalen in eine horizontale Lage. Flüssiges Metall 6, welches in einer Verteilerrinne 7 bevorratet ist, fließt oder wird über ein Tauchrohr in die Kokille 7a gegossen. Unmittelbar nach dem Austritt aus der Kokille 7a wird der bereits teilweise erstarrte Strang 3 durch die Anstellsegmente 1 geführt. Nach Austritt des Stranges 3 aus einem letzten Anstellsegment wird der Strang 3 auf einem Rollentisch 4 für einen nächsten Bearbeitungsschritt in der Stranggießanlage 2 geführt.
2 zeigt ein Anstellsegment 1 in einer Seitenansicht. Das Anstellsegment 1 weist einen Unterrahmen 9 und einen Oberrahmen 10 auf. Über einen Eingang EN wird der Strang 3 mittels Rollen 8 bis zu einem Ausgang EX durch das Anstellsegment 1 geführt. Mittels des beweglichen Oberrahmens 10 und des festen Unterrahmens 9 kann das Anstellsegment 1 für beliebige Dicken eines Stranges 3 eingestellt werden. Exemplarisch ist hier ein so genannter gerader Segment-Typ 1 dargestellt, es gelten analoge Verhältnisse für einen gleichförmig gekrümmten Segment-Typ oder für einen ungleichförmig gekrümmten Segment-Typ. Ein gleichförmig gekrümmter Segment-Typ führt den Strang 3 in einem Kreisbogen. Ein ungleichförmig gekrümmter Segment-Typ, welcher den Strang 3 mit einer abnehmenden Krümmung führt, wird als Richtsegment mit abnehmender Krümmung bezeichnet.
3 zeigt das Anstellsegment 1 in einer Draufsicht. In der Nähe des Eingangs EN weist das Anstellsegment 1 eine ers te Anstellvorrichtung 12 und eine zweite Anstellvorrichtung 13 auf. In der Nähe des Ausgangs EX weist das Anstellsegment 1 eine dritte Anstellvorrichtung 14 und eine vierte Anstellvorrichtung 15 auf. Mittels der vier Anstellvorrichtungen 12, 13, 14, 15 kann der Oberrahmen 10 des Anstellsegmentes 1 gegenüber dem Unterrahmen 9 über jeweils zwei hydraulische Anstellvorrichtungen 12 und 13 bzw. 14 und 15 in der Nähe des Eingangs EN und in der Nähe des Ausgangs EX innerhalb gewisser Grenzen positioniert oder justiert werden.
4 zeigt eine solche Positionierung des Oberrahmens 10 zum Unterrahmen 9. Die Anstellvorrichtungen 12 und 13 sind gegenüber den Anstellvorrichtungen 14 und 15 mit einer größeren Anstellweite derart positioniert, dass es zu einer Schräglage des Oberrahmens 10 gegenüber dem Unterrahmen 9 kommt. Der Oberrahmen 10 wird hierbei über jeweils einen Gleitschutz 50 seitlich geführt. Durch die gewollte Schräglage des Oberrahmens 10 wird eine Dickenreduktion des Stranges 3 erzielt.
5 zeigt eine Vorrichtung zur Regelung und/oder Steuerung des Anstellsegmentes 1 ausschnittsweise in einem Blockschaltbild. Die Regelvorrichtung ist mit je einem Positionsregler S1, S2, S3 und S4 für die vier Anstellsegmente 12, 13, 14, 15 hergerichtet. Am Ausgang der Positionsregler S1 bis S4 wird die jeweilige Stellgröße y1 bis y4, welche als Servoventilstromwert oder als Positionswert ausgegeben wird, bereitgestellt. Jedem Positionsregler S1 bis S4 ist je ein Kraftbegrenzungsregler F1 bis F4 zugeordnet. Des Weiteren ist den Positionsreglern S1 und S2 ein Quer-Regler Q₁₂ zum Begrenzen einer Schräglage quer zu einer Transport- oder Gießrichtung zugeordnet. Analog zu den Positionsreglern S1 und S2 ist den Positionsreglern S3 und S4 ein weiterer Quer-Regler Q₃₄ zum Begrenzen oder Korrigieren einer Schräglage quer zur Gießrichtung am Ausgang, zugeordnet. Als Istwert-Eingangsgrößen werden die Positionsregler S1 bis S4 mit den jeweiligen Positionsistwerten x_S1, x_S2, x_S3 und x_S4 versorgt, welche über Positionsgeber (nicht dargestellt) der einzelnen Anstellvorrichtun gen 12 bis 15 ermittelt werden. Dabei ist das Vorzeichen der Position x_S für die Öffnen-Richtung als positiv vereinbart. Als zweite Eingangsgröße erhalten die Positionsregler S1 bis S4 jeweils Positionssollwerte W_S1, W_S2, W_S3, W_S4 und Positionskorrekturwerte, die mittels der überlagerten Teilregler ermittelt werden.
Die Quer-Regler Q₁₂ und Q₃₄ sind zur Bereitstellung von Positionskorrekturwerten W_S112, W_S212, W_S334 und W_S434 hergerichtet. Auch die Kraftbegrenzungsregler F1 bis F4 sind zur Erzeugung von Positionskorrekturwerten W_SF1 bis W_SF4 hergerichtet. Zur Begrenzung der Schräglage zwischen dem Eingang EN und dem Ausgang EX weist die Regelvorrichtung einen Längs-Regler L auf. Der Längs-Regler stellt zwei Positionskorrekturwerte, einen Positionskorrekturwert W_SEN zur Positionskorrektur am Eingang EN und einen weiteren Positionskorrekturwert W_SEX zur Positionskorrektur am Ausgang EX, zur Verfügung. Die Positionsregler S1 bis S4 weisen eine lineare proportionale Charakteristik (P-Regler) auf. Bei Ausfall eines Positionsgebers eines Anstellsegmentes 12 bis 15 wird der jeweilige Positionsregler S1 bis S4 (26 in 6) "ruckfrei" von einem proportionalen Fehlerregler 24 (siehe 6) abgelöst. Jedem Positionsregler 26 (S1 bis S4) W_F ist also je ein Fehlerregler 24 zugeordnet. Als Sollwert erhalten diese Fehlerregler 24 einen Kraftistwert x_F1 bis x_F4 der jeweiligen Nachbar-Anstellvorrichtung. Der Fehlerregler 24 ist ein Kraftregler und kein Begrenzungsregler, der Fehlerregler 24 hat mit den Kraftbegrenzungsreglern F1 bis F4 keine Gemeinsamkeiten und wird nur bei Ausfall eines jeweiligen Positionsgebers aktiv. Bei Übernahme eines Fehlerreglers 24 werden die momentanen Positionskorrekturwerte W_S112, W_S212, W_S334, W_S434 der Quer-Regler Q₁₂ und Q₃₄ und des Längs-Reglers L auf ihren letzten gültigen Werten gehalten, damit bei verschwindender Geberstörung wieder auf dem alten Korrekturzustand aufgesetzt werden kann.
Jeder Kraftbegrenzungsregler F1 bis F4 besteht aus drei Teilkraftreglern 30, 31, 32 (siehe 7). Ein erster Teilkraftregler 30 dient der Kraftbegrenzung einer maximalen Kraft in Öffnungsrichtung 34, ein zweiter Teilkraftregler 31 dient der Kraftbegrenzung einer maximalen Kraft in Schließrichtung 35 und ein dritter Teilkraftregler 32 dient der Kraftbegrenzung einer minimalen Kraft in Schließrichtung 36. Der dritte Teilkraftregler 32 gewährleistet eine Mindestandrückkraft 36, wenn der zugehörige Positionssollwert, beispielsweise W_S1, nicht zum Kontakt mit dem Strang 3 führt. Dabei ist das Vorzeichen der Kraft X_F für die Schließrichtung als positiv vereinbart. Alle Kraftbegrenzungsregler F1 bis F4 erzeugen Positionskorrektursollwerte W_Sf1 bis W_Sf4, die zu den Positionssollwerten W_S1 bis W_S4 addiert werden. Es folgt eine Beschreibung der nicht-linearen Wirkungsweise der Teilkraftregler 30, 31, 32 anhand der Fallunterscheidungen Öffnen des Anstellsegments, Schließen des Anstellsegments mit Strang 3 oder Distanzstücken und Schließen des Anstellsegmentes mit Kontaktieren des Stranges 3.
Öffnen des Anstellsegmentes:
Der Kraftbegrenzungs-Sollwert ist die maximale Kraft in Öffnungsrichtung 34 und größer Null. Während eines normalen Betriebes, d.h. der Kraft-Istwert x_F ist kleiner Null aber größer der negativen Maximalkraft in Öffnungsrichtung 34, ist eine Regelabweichung von der maximalen Kraft in Öffnungsrichtung 34 und dem Kraft-Istwert x_F positiv und der Ausgang des Teilkraftreglers 30 daher auf Null begrenzt. Verklemmt sich der Oberrahmen 10 beim Öffnen und wird der Kraft-Istwert x_F kleiner als die negative maximale Kraft in Öffnungsrichtung 34, dann ergibt sich eine negative Regelabweichung. Der Ausgang des Teilkraftreglers 30 liefert daher einen negativen Positionskorrektursollwert für die Position. Dies reduziert den Gesamt-Positionssollwert W_SF, so dass der Oberrahmen 10 angehalten oder sogar soweit wieder abgesenkt wird, bis die Regelabweichung zu null wird. Da der Teilkraftregler 30 eine proportional-integrale Charakteristik (PI-Verhalten) aufweist, hält der Reglerausgang den Korrektursollwert auch bei verschwindender Regelabweichung.
Schließen des Anstellsegmentes:
Der Kraftbegrenzungs-Sollwert ist die maximale Kraft in Schließrichtung 35 und größer Null. Während des normalen Betriebes, d.h. die maximale Kraft in Schließrichtung 35 ist größer dem Kraft-Istwert x_F und größer Null ist die Regelabweichung negativ und der Ausgang des zweiten Teilkraftreglers 31 daher auf Null begrenzt. Übersteigt der Kraft-Istwert x_F die maximale Kraft in Schließrichtung 35 aufgrund eines zu niedrigen Positionssollwertes wird die Regelabweichung positiv. Der Ausgang des Teilkraftreglers 31 liefert daher einen positiven Korrektursollwert W_SF für den zugehörigen Positionsregler. Dies erhöht den Gesamt-Positionssollwert, so dass der Oberrahmen 10 etwas angehoben wird. Wegen der PI-Charakteristik des Reglers bleibt der Korrektursollwert auch bei verschwindender Regelabweichung erhalten.
Schließen des Anstellsegmentes mit kontaktieren des Strangs:
Der Minimalkraft-Sollwert ist die minimale Kraft in Schließrichtung 36 und größer Null. Während des normalen Betriebes, d.h. die minimale Schließkraft in Öffnungsrichtung 36 ist größer Null und kleiner dem Kraftistwert x_F, muss der heiße Strang 3 über die Positionssollwerte effektiv geführt werden. Die Regelabweichung ist dann positiv und der Ausgang des dritten Teilkraftreglers 32 ist auf null begrenzt. Fällt der Kraftistwert x_F unter die Grenze der minimalen Kraft in Schließrichtung 36, entsteht ein negativer Korrektursollwert W_SF für den zugehörigen Positionsregler. Dies vermindert den Gesamtpositionssollwert, so dass der Oberrahmen 10 abgesenkt wird. Wegen der PI-Charakteristik des Reglers bleibt der Korrektursollwert auch bei Verschwinden der Regelabweichung erhalten.
Für alle Teilkraftregler 30, 31, 32 gilt:
Löst sich die Kraft aufgrund geänderter Anlagenzustände von der jeweiligen Grenze 34, 35, 36, wird auch der Korrektureingriff eines jeden Teilkraftreglers 30, 31, 32 wieder selbsttätig zurückgefahren.
Für die Quer-Regler Q₁₂ und Q₃₄ (siehe 6), gilt folgende Fallunterscheidung:

1. Dynamische Schräglagen des Oberrahmens 10 können während einer laufenden, kräftefreien Positionierung auftreten, wenn ein Durchflussverhalten von Proportionalventilen, welche zu den hydraulischen Anstellvorrichtungen gehören, ungleich ist oder der Reibungszustand in den Hydraulikzylindern sehr unterschiedlich ist.
2. Statische Positionsdifferenzen können auftreten, wenn der Strangquerschnitt trapezförmig ist, oder einer der Teilkraftregler F1 bis F4 auf einer Seite eingreift.

Dem ersten Fall würde am Besten eine Funktion gerecht werden, die die Position der höheren Seite absenkt und gleichzeitig die Position der niedrigen Seite anhebt oder die nur die Position auf der höheren Seite absenkt oder die nur die Position auf der niedrigen Seite anhebt und das zudem sehr dynamisch.
Der zweite Fall fordert eine Funktion, die die Position, bei der die Kraftbegrenzungsregler aktiv sind, konstant hält und nur die jeweils andere Seite in der Höhe anpasst. Eine Regelungsfunktion die beide Fälle abdeckt ist mit dem zweiten Fall gegeben. Bei Überschreiten der zulässigen Schräglage wird deshalb immer die niedrige Position der höheren Position nachgeführt.
Es ist die Aufgabe des Quer-Reglers Q₁₂ eine Kipplage des Oberrahmens 10 an den Hydraulikzylindern der Anstellvorrichtungen 12 und 13 zu überwachen. Der Quer-Regler Q₁₂ wird nur aktiv, wenn eine maximal zulässige Positionsdifferenz ΔS₁₂ oder Schräglage überschritten wird. Sind die beiden Anstellvorrichtungen 12 und 13 in der Lage sich in die geforderte Richtung zu bewegen, wird die Schräglage von beiden Anstellvorrichtungen 12 und 13 ausgeglichen. Wenn eine der beiden Anstellungen ein weiteres Positionieren verhindert, weil die maximale Kraft in Schließrichtung 35 erreicht ist, wird nur die andere Anstellvorrichtung die Schräglage ausgleichen. Ein analoges Verhalten gilt für den Quer-Regler Q₃₄.
Die Quer-Regler Q₁₂ und Q₃₄ müssen vom proportional-integralen Typ (PI-Regler) sein, damit die Regler die Positionskorrektur solange halten, wie es die Schräglage an ihrer Begrenzung erfordert, d.h. solange die Regelabweichung gleich null ist. Löst sich die Schräglage quer zur Gießrichtung, z.B. aufgrund geänderter Anlagenzustände von der jeweiligen Grenze, wird auch der Korrektureingriff wieder selbsttätig zurückgefahren. Eine Schräglage des Oberrahmens 10 zwischen dem Eingang EN und dem Ausgang EX kann nicht von den Quer-Reglern Q₁₂ und Q₃₄ eliminiert werden. Im Gegensatz zu der Schräglage quer zur Gießrichtung ist die Schräglage in Gießrichtung erwünscht. Dadurch kann eine Schrumpfungs- und/oder eine Softkonizität eingestellt werden. Die Schräglage in Gießrichtung wird durch eine entsprechende Vorgabe der Positionssollwerte erzwungen. Der Schräglagen-Istwert ΔS_ENEX wird durch eine Differenzbildung der gemittelten Positions-Istwerte auf der Eingangsseite und auf der Ausgangsseite des Anstellsegmentes 1 gebildet (siehe 9). Wenn die Anstellvorrichtungen 12, 13 am Eingang EN und die Anstellvorrichtungen 14, 15 am Ausgang EX in die geforderte Richtung fahren können, wird die Schräglage von allen Anstellvorrichtungen ausgeglichen. Wenn ein Anstellvorrichtungs-Paar, beispielsweise 12 und 13, eine weitere Bewegung verhindert, weil die maximale Kraft in Schließrichtung 35 erreicht ist, wird nur das andere Anstellvorrichtungs-Paar 14 und 15 durch Anheben der Position des Oberrahmens 10 die Schräglage vermindern. Bei Überschreitung einer maximal zulässigen Schräglage wird deshalb immer die niedrigere Position der höheren Position nachgeführt.
Die Quer-Regler Q₁₂ und Q₃₄ sowie der Längs-Regler L zeichnen sich dadurch aus, dass sie der Positionsregelung überlagert sind und einen Positions-Korrekturwert erzeugen. Der Integralanteil liefert dabei den stationären Korrektursollwert. Dieser wird selbst auch wieder begrenzt, um ein zu starkes "Aufladen" des I-Anteils zu unterbinden.
6 zeigt einen der Positionsregler S1 bis S4 im Detail. Der Positionsregler weist neben dem eigentlichen Positionsregler 26 einen Fehlerregler 24 auf. Der Fehlerregler 24 bildet mit dem Positionsregler 26 ein redundantes System. Im Normalfall wirkt ausschließlich der Positionsregler 26. Zur Fehlerbetrachtung weist der Positionsregler ein Fehlersignal 22 auf. Das Fehler-Signal 22 wird über einen Inverter 25 zum Positionsregler 26 an einen Freigabeeingang 23 geführt. Im ungestörten Fall ist das Fehler-Signal 22 gleich Null und wird mittels des Inverters zu eins gesetzt und somit wird der Freigabeeingang 23 "enabled". Im Fehlerfalle wird das Fehlersignal 22 zu eins und somit der Freigabeeingang 23 des Positionsreglers 26 mittels des Invertierers 25 gesperrt und seine Funktion inaktiv geschaltet. Fehlerregler 24 und Positionsregler 26 arbeiten also je nach Betriebszustand im Wechselbetrieb. Wie bereits schon weiter oben erwähnt, wird bei Ausfall eines Positionsgebers der Positionsregler 26 "ruckfrei" von dem Fehlerregler 24 abgelöst. Der Fehlerregler 24 erhält als Sollwert den Kraft-Istwert der jeweiligen Nachbar-Anstellvorrichtung. Weiterhin weist ein Positionsregler S1 bis S4 einen Offset-Integrator 20 zum Ausgleich eines Servoventil-Leckstroms und zur Überwindung von Haftkräften im Hydraulikzylinder der Anstellvorrichtungen auf.
8 zeigt im Detail einen der Quer-Regler Q₁₂ oder Q₃₄. Ein solcher Quer-Regler weist zwei PI-Regler mit Begrenzung 40, 41 auf. Über eine erste Differenzbildungsstelle werden die Positions-Istwerte x_S1 und x_S2 an je zwei weitere Differenzbildungsstellen, auf die der Maximalwert ΔS₁₂ aufgeschaltet ist, geführt.
9 zeigt den Längs-Regler L im Detail. Der Längs-Regler L ist mit zwei PI-Reglern 42 und 43 analog zu den Quer-Reglern aufgebaut. Der Längs-Regler L ist zur Auswertung aller vier Positions-Istwerte x_S1 bis x_S4 hergerichtet. Aus den Positions-Istwerten x_S1 und x_S2 wird mittels einer ersten Multiplikationsstelle 44 der Mittelwert gebildet. Auch die Posi tions-Istwerte x_S3 und x_S4 werden über eine zweite Multiplikationsstelle 45 gemittelt.
Eine konsequent additive Verschaltung der Positionsregler S1 bis S4, der Kraftbegrenzungsregler F1 bis F4, der Quer-Regler Q₁₂, Q₃₄ und des Längs-Reglers L über Positionskorrekturwerte lässt eine vereinfachte Inbetriebnahme einer Regelvorrichtung für eine Stranggießanlage 2 zu. Die Parametrierung der Regelkreise kann systematisch von innen nach außen, beginnend mit den Positionsreglern S1 bis S4 über die Schräglagen-Begrenzungsregler Q₁₂, Q₃₄ und L, die Kraftbegrenzungsregler F1 bis F4 bis zu den Fehler-Reglern 24 vorgenommen werden. Darüber hinaus hat jeder Teilregler eine klar abgrenzbare Aufgabe ohne eine gegenseitige Verkopplung. Auch wenn beispielsweise Kraft- und Schrägenlagenbegrenzungs-Regler gleichzeitig aktiv werden, ist dies leicht an den Reglerausgängen zu erkennen, denn jeder Regler kann nur in eine Richtung korrigieren.

Claims

Verfahren zur Regelung und/oder Steuerung eines Anstellsegmentes (1) in einer Stranggießanlage (2), wobei das Anstellsegment (1) einen Unterrahmen (9) und einen Oberrahmen (10) aufweist, die durch Verstellelemente (12, 13, 14, 15) in ihrer Position und/oder Schräglage relativ zueinander justierbar sind, wobei ein Strang (3) zwischen einem Eingang (EN) und einem Ausgang (EX) in einer Gießrichtung von dem Unterrahmen (9) und dem Oberrahmen (10) geführt wird, wobei jedem Verstellelement (12, 13, 14, 15) je ein Positionsregler (S1, S2, S3, S4) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung und/oder Steuerung einer Schräglage in Gießrichtung mittels eines Längs-Reglers (L) ein Positionskorrekturwert (W_sen, W_sex) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest auf der Eingangsseite je zwei der Positionsregler (S1, S2, S3, S4) mit einem Quer-Regler (Q₁₂, Q₃₄) zur Regelung und/oder Steuerung einer Schräglage quer zur Gießrichtung und/oder zur Regelung und/oder Steuerung eines Positionsunterschiedes zwischen einem ersten der Verstellelemente (12) und einem zweiten der Verstellelemente (13) hergerichtet sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Positionsregler (S1, S2, S3, S4) ein Kraftbegrenzungsregler (F1, F2, F3, F4) zugeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Längs-Regler (L) – ein erster Positionskorrekturwert (W_sen) für die Positionsregler (S1, S2) auf der Eingangsseite und – ein zweiter Positionskorrekturwert (W_sex) für die Positionsregler (S3, S4) auf der Ausgangsseite ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schräglagen-Istwert (X_S1S2, X_S1S2) durch eine Differenzbildung von Positionswerten (X_S1, X_S2, X_S3, X_S4) von Verstellelementen (12, 13, 14, 15) am Eingang (EN) und/oder am Ausgang (EX) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die Differenzbildung ein Mittelwert (X_sen, X_sex) der Positionswerte am Eingang (EN) und/oder Ausgang (EX) bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Quer-Regler (Q) und/oder der Längs-Regler (L) eine nichtlineare Charakteristik aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Quer-Regler (Q) und/oder der Längs-Regler (L) derart nichtlinear sind, dass eine Schräglage durch Erhöhen der jeweils niedrigeren Seite abgebaut wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Quer-Regler (Q) und/oder der Längs-Regler (L) nicht auf negative Regelabweichungen reagieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall eines Positionsgebers der zugehörige Positionsregler (S1, S2, S3, S4) durch einen Fehlerregler (24), welcher als Sollwert einen Kraftistwert (X_F1, X_F2, X_F3, X_F4) des nächstgelegenen Verstellelementes (12, 13, 14, 15) erhält, abgelöst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall eines Positionsgebers der Positionskorrekturwert (W_S112, W_S212, W_sen, W_sex) des Quer-Reglers (Q) und/oder der des Längs-Reglers (L) für die Dauer des Ausfalls auf seinem letzten Wert gehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall oder bei Nichterreichen eines Positionssollwertes eines Positionsreglers (S1, S2, S3, S4) über den jeweiligen Kraftbegrenzungsregler (Fl, F2, F3, F4) ein Positionskorrekturwert für die Positionierung des jeweiligen Verstellelementes (12, 13, 14, 15) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftbegrenzungsregler (F1, F2, F3, F4) bei Überschreiten einer Kraftgrenze (34, 35, 36) einen Positionskorrekturwert (W_Sf1, W_Sf2, W_Sf3, W_Sf4) erzeugt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Kraftbegrenzungsregler (F1, F2, F3, F4) mindestens drei Teilkraftregler (30, 31, 32) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Verstellelement (12, 13, 14, 15) mindestens eine r) der folgenden vorgebbaren Kraftgrenzen und/oder Kraftsollwerte verwendet wird: – eine maximale Kraft in Öffnungsrichtung (34), – eine maximale Kraft in Schließrichtung (35), – eine minimale Kraft in Schließrichtung (36).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionskorrekturwert für die Positionsregelung über eine Kaska denregelung ermittelt wird, wobei der Fehler-Regelkreis einen Kraftbegrenzungs-Regelkreis einschließt und der Kraftbegrenzungs-Regelkreis einen Schräglagen-Regelkreis und der Schräglagen-Regelkreis einen Positions-Regelkreis einschließt.
Vorrichtung zur Regelung und/oder Steuerung eines Anstellsegmentes (1) in einer Stranggießanlage (2), wobei das Anstellsegment (1) einen Unterrahmen (9) und einen Oberrahmen (10) aufweist, die durch vier Verstellelemente (12, 13, 14, 15) in ihrer Position und/oder Schräglage relativ zueinander justierbar sind, wobei ein Strang (3) zwischen einem Eingang (EN) und einem Ausgang (EX) in einer Gießrichtung von dem Unterrahmen (9) und dem Oberrahmen (10) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung und/oder Steuerung der Position und/oder Schräglage in Gießrichtung ein Längs-Regler (L) vorhanden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Längs-Regler (L) zur Erzeugung von zwei Positionskorrekturwerten (W_sen, W_sex), und zwar – einem ersten Positionskorrekturwert (W_sen) für mindestens einen Positionsregler (S1, S2) am Eingang (EN) und – einem zweiten Positionskorrekturwert (W_sex) für mindestens einen Positionsregler (S3, S4) am Ausgang (EX), hergerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Verstellelement (12, 13, 14, 15) einen Positionsgeber aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung und/oder Steuerung der Position und/oder Schräglage quer zur Gießrichtung ein Quer-Regler (Q₁₂) für den Eingang (EN) und ein weiterer Quer-Regler (Q₃₄) für den Ausgang (EX) vorhanden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung eines Schräglagen-Istwertes (X_S1S2, X_S3S4) für den Längs-Regler (L) Mittel zur Differenzbildung und/oder Mittelwertbildung der Positionswerte (X_S1, X_S2, X_S3, X_S4) der Verstellelemente (12,13) am Eingang (EN) und der Verstellelemente (14, 15) am Ausgang (EX) vorhanden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Quer-Regler (Q₁₂, Q₃₄) und/oder der Längs-Regler (L) eine nichtlineare Regel-Charakteristik aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass ein Positionsregler (S1, S2, S3, S4) einen Fehlerregler (24), welcher bei Ausfall eines Positionsgebers als Sollwert einen Kraftistwert (X_F1, X_F2, X_F3, X_F4) des nächstgelegenen Verstellelementes (12, 13, 14, 15) erhält, aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Positionsregler (S1, S2, S3, S4) ein Kraftbegrenzungsregler ( F1, F2, F3, F4) vorhanden ist.