DE1957595A1 - Walzgutdickenregeleinrichtung - Google Patents
WalzgutdickenregeleinrichtungInfo
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- Mechanical Engineering (AREA)
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Description
Patentanwälte
Dr.-Ing. Wilhelm Reichel
Dipl-Ing. Wolf gang Reichel
Dipl-Ing. Wolf gang Reichel
6 Frankfurt a. M. 1 6106
Paiksiraße 13
BETHLEHEM STEEL CORPORATION, Bethlehem, Pennsylvania, VStA
Walzgutdickenregeleinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Regeln der Dicke oder des Stichmaßes des Walzgutes für ein Walzgerüst eines■
Tandem-Walzwerks mit einer die Walzgutzugspannung regelnden Tänzerwalzen-Regeleinrichtung, einer Walzdruckkraftmeßeinrichtung,
die ein erstes Signal abgibt, das der Walzdruckkraft proportional ist, mit einer ein zweites Signal abgebenden Vorrichtung,
das dem Walzspalt proportional ist, mit einer den Walzspaltsollwert in Form eines dritten Signals abgebenden
Vorrichtung, mit einer das erste Signal in ein viertes Signal umformenden Vorrichtung, das der Walzspaltzunahme proportional
ist, die dadurch hervorgerufen wird, daß sich das Walzgerüst und die Walzen unter dem Einfluß der Walzdruckkraft elastisch
verformen, mit einer das zweite Signal und das vierte Signal überlagernden und mit dem dritten Signal vergleichenden Vorrichtung,
die in fünftes Signal abgibt, das der Abweichung der Walzen-Istlage von der Walzen-Sollage proportional ist, und
mit einer die Anstellvorrichtung des Walzgerüstes in Abhängigkeit vom fünften Signal betätigenden Vorrichtung.
Eine derartige Regeleinrichtung ist in der USA-Patentschrift 2 680 978 beschrieben. Die Wirkung dieser bekannten Dicken
regeleinrichtungen wird immer schlechter, je dünner und breiter
das Walzgut, wird. Wenn das Walzgut dünner wird, werden die von
den Druckmeßdosen abgegebenen Signale, die zur Berechnung des
Walzensprungs verwendet werden, den Schraubenlagesignalen immer
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ähnlicher, die zur Kompensation des Walzensprungs bis zu sehr
dünnem Walzgut erforderlich sind, insbesondere bei dünnem und breitem Walzgut, wobei sich das Druckmeßdosensignal nahezu um"
genau den gleichen Betrag ändert, um den sich die Walzenanstellung ändert, wenn sich das Schraubenlagesignal ändert.
Wenn dieser etwas mehrdeutige Zustand erreicht ist, können plötzliche Sprünge oder Stöße in der Rückführung, die beispielsweise
auftreten, wenn große Korrekturen der Dicke (bzw,· des Stichmaßes oder der Anstellung) versucht werden, zusammen
mit kleinen Fehlern bei der Einstellung der relativen Größe der Walzdruckkraft und der Schraubenlagesignale bewirken, daß
die Walzenanstellung "durchgeht", und zwar entweder nach oben oder nach unten. Um das Bestreben eines Walzgerüsts mit Stichmaßregelung
zum Durchgehen zu verringern, wenn die Dicke eines dünnen und breiten Walzgutes genau geregelt werden soll, hat
es sich als zweckmäßig erwiesen, das Verhältnis von Walzdruckkraft und Schraubenlagesignalen so einzustellen, daß die Anstellschraube
oder Anstellspindel etwas weniger verstellt wird, als es zur Walzensprungkompensation erforderlich ist. Dabei
wird jedoch hinsichtlich der Dickenregelung ein Kompromiß ge- ψ schlossen, weil die Dicke des Walzgutes bei Verwendung eines
Dickenmessers oder Stichmaßes, der bzw. das beispielsweise auf diese Weise kompensiert ist, stets etwas stärker ist als es
erforderlich ist, wenn eine Abwärts Schraubenbewegung bzw. Anstellung erforderlich ist. Außerdem muß selbst bei dieser Kompensationsverringerung
bei vielen Warmwalzwerken die Dickenmeßregeleinrichtung bei dem letzten oder den beiden letzten
Gerüsten.bei geringen Dicken oder. Stichmaßen abgeschaltet werden,
um Stauchungen und Brüche zu vermeiden.
Es hat sich herausgestellt, daß die Ursache für die Instabilität bekannter Stichmaß- bzw. Dickenregeleinrichtungen im wesentlichen
in der verhältnismäßig langsamen Reaktion der zugehörigen Tänzerwalzen-Regeleinrichtungen zu sehen ist. Da eine
Tänzerwalzen-Regeleinrichtung verhältnismäßig massive mechanische Bauteile aufweist, ist sie nicht in der Lage, die vonihr
geregelte Zugspannung des Walzgutes augenblicklich und un-
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verzögert nachzuregeln. Bei einer herkömmlichen Stichmaß-Regeleinrichtung
erfolgt die Anstellung bzw. das "Herunterschrauben" des Walzgerüstes bei Störungen, wie örtlich abgekühlten
oder anderen harten Stellen im Walzgut. Wenn sich bei einem Tandem-Walzwerk die Schrauben nach unten bewegen, d.h. also
der Walzspalt verringert wird, wird die eingangsseitige Zugspannung kurzzeitig verringert. Dies hat eine sofortige Erhöhung
der Walzdruckkraft zur Folge, und zwar aus zwei Gründen: 1) wegen der erhöhten Verringerung und 2) wegen der Verringerung
der Walzgutzugspannung, weil die Zugspannungskraft im Walzspalt das Gerüst nicht mehr bei der Verringerung der
Walzgutdicke unterstützt. Das aus dem zweiten Grunde bewirkte Inkrement der Erhöhung der Walzdruckkraft erhöht die Druckschraubenbewegung
über den von der Stichmaß- bzw. 'Dickenregeleinrichtung zur Beseitigung des Übermaßes geforderten Betrag
hinaus. Diese inkrementelle Zunahme der Walzdruckkraft dauert' jedoch nur kurze Zeit, und zwar so lange, bis die Tänzer-Walzen-Regeleinrichtung
eingreift und die richtige Walzgutzugspannung wiedereingestellt hat. Inzwischen kann jedoch die
zusätzliche Druckschraubenbewegung und Walzdruckkraft, die durch die Verzögerung der Tänzerwalzen-Regeleinrichtung hervorgerufen
wird, die Einrichtung in einen unstabilen Zustand gebracht oder bewirkt haben, daß die Anstellung "durchgeht"
oder überschwingt oder, wenn die Erhöhung nicht ausreichte, ein Überschwingen der Anstellung auszulösen, daß eine Überkorrektur
der Anstellung erfolgt ist, so daß die Regeleinrichtung Dauerschwingungen ausführt. Wie bereits erwähnt, läßt
sich dieses Bestreben der Einrichtung, instabil zu werden und Dauerschwingungen auszuführen, dadurch beseitigen, daß das
Verhältnis der Anstellbewegung zur angezeigten Stichmaß- bzw. Dickenabweichung so eingestellt wird, daß die Druckschraubenverstellung
gerade ausreicht, nur einen Teil, z.B. 95%, des
V/alzgut-Übermaßes zu beseitigen. Dies ist jedoch unerwünscht, weil dies praktisch bedeutet, daß viel abmaßiges Walzgut erzeugt
wird.
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Nach der Erfindung werden diese Nachteile dadurch beseitigt,
daß die Regeleinrichtung eine Verzögerungsvorrichtung enthält, die den vollen Einfluß des ersten Signals vor dem Erreichen
■der die Signale überlagernden Vorrichtung etwa um diejenige
Zeit verzögert, die die Tänzerwalzen-Regeleinrichtung, die an dieses Walzgerüst angeschlossen ist, benötigt, um anzusprechen
und die aufgrund der Änderung der Anstellung durch die auf das fünfte Signal ansprechende Vorrichtung hervorgerufene
Änderung der Zugspannung des Walzgutes zwischen diesem Walzgerüst und einem benachbarten Walzgerüst wieder auszuregeln.
Im Prinzip läuft dies darauf hinaus, daß eine Verzögerungsschaltung verwendet wird, die einen Teil der Walzdruckkraftsignaländerung
um eine Zeitspanne verzögert, die es gestattet, die Walzgutzugspannung währenddessen wieder weitgehend auf den
Sollwert einzuregeln, nachdem eine Änderung der Anstellung durch die Dickenmeßeinrichtung ausgelöst wurde.
Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden im folgenden an Hand von Zeichnungen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher beschrieben.
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Stichmaß- bzw. Walzgutdickenregeleinrichtung
für das letzte Gerüst eines •Tandem-Walzwerks nach der Erfindung
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild einer geeigneten Verzögerungsschaltung" für die Stichmaß-Regeleinrichtung nach
Fig. 1.
In Fig. 1 ist dargestellt, wie das streifenförmige Walzgut 11
durch die letzten beiden Walzgerüste 13 und 15 eines Tandem-Walzwerks läuft. Beide Walzgerüste enthalten eine obere Arbeitswalze
17 und eine untere Arbeitswalze 19· Jedes Gerüst
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ist mit einem Anstellmechanismus 21 versehen, der die oberen
Walzen 17 verstellt, um den Walzspalt zwischen den Walzen 17 und 19 zu bestimmen. Zwischen den Walzgerüsten 13 und 15 ist
eine Tänzerwalze 23 angeordnet, die den Durchhang des Walzgutes 11 erfaßt und ein Tänzerwalzenlagesignal als Istwert
der zu regelnden Zugspannung einem Drehzahlregler 25 über ein Summierglied 27 zuführt, bei dem es sich um einen Rechenverstärker
handeln kann. Ein den Sollwert der Lage der Tänzerwalzen darstellendes Sollwertsignal wird ebenfalls dem Summierglied
27 von einem Sollwertsignalgeber 26 zugeführt, um es mit dem Lageistwertsignal zu vergleichen. Der Drehzahlregler
25 regelt die Drehzahl des Hauptantriebsmotors 29 der Walzen des Walzgerüsts 15. Die Tänzerwalzen-Regeleinrichtung
bewirkt eine Erhöhung der Drehzahl der Walzen 17 und 19 des Gerüsts 15, wenn die Tänzerwalze 23 einen zu großen Durchhang
zwischen den Gerüsten 13 und 15 feststellt, und verringert die Drehzahl, wenn die Tänzerwalze 23 einen zu geringen Durchhang
und mithin eine größere Zugspannung feststellt, als zwischen den Gerüsten 13 und 15 vorhanden sein soll.
. Eine Stichmaß-Regeleinrichtung 31, auch Walzgutdickenregeleinrichtung
genannt, ist für das Gerüst 15 vorgesehen und umfaßt eine Druckmeßdose 33» die unter der unteren Arbeitswalze 19
angeordnet ist und gibt ein der Trennkraft zwischen den Walzen proportionales Signal an ein Einfunktionssteuerelement 35 ab,
in dem es an Hand der auf dem Hook'sehen Gesetz basierenden
Walzensprungformel in ein Walzensprungsignal umgeformt wird. Das Walzensprungsignal wird dann in ein ■Verzögerungszeit-Steuerelement
37 geleitet, in dem ein Teil des Signals eine vorbestimmte Zeitlang verzögert wird, die der Tänzerwalzen-Regeleinrichtung
gestattet, währenddessen die richtige Zugspannung einzustellen, bevor das Signal als ein kompensiertes Walzensprungsignal
an ein Summierglied 39 weitergeleitet wird, in dem es algebraisch zu einem Druckschraubenlagesignal addiert wird, das
ein Druckschraubenlagefühler und -Signalgeber erzeugt, der mit dem Anstellmechanismus 21 des Gerüsts 15 verbunden ist. Die
einander überlagerten Signale werden auch im Summierglied 39
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mit einem Sollwertsignal verglichen, das ein SollwertSignalgeber
40 abgibt und das die gewünschte Dicke des das Walzwerk verlassenden Walzgutes darstellt. Das Summierglied 39 kann
irgendein geeignetes Rechenelement enthalten, das die drei Signale algebraisch oder auf andere Weise überlagern kann, um
ein Dickenregelabweichungssignal, auch Dickenfehlersignal genannt, zu erzeugen, das die Abweichung des Walzspaltes und
mithin der Dicke des durch die Walzen laufenden Walzgutes von dem Dickensollwert, d.h. der gewünschten Dicke, des Walzgutes
darstellt, wenn es aus dem Gerüst austritt. Das Dickenfehlersignal v/ird dann dem Druckschraubenstellmotor und -regler 41
zugeführt, der den Anstellmechanismus 41 so steuert, daß der
Walzspalt zwischen den Walzen 17 und 19 des Gerüsts 15 korrigiert
und mithin die Dickenregelabweichung Null wird.
Das von dem Einfunktions-Steuerelement 35 abgegebene Walzensprungsignal
wird, bevor es das Verzögerungszeit-Steuerelement 37 erreicht, außerdem einem Summierglied 43 zugeführt, in dem
es einem Teil des Druckschraubenlagesignals überlagert wird, das der Anstellmechanismus 21 erzeugt, um ein Signal zu erzeugen,
das dem wahren Walzspalt zwischen den Walzen 17 und proportional ist. Dieses Signal kann irgendeinem geeigneten
Meßgerät zugeführt werden, um den wahren Walzspalt und mithin den Istwert der Walzgutdicke jederzeit anzuzeigen.
Eine geeignete Ausführungsform eines Verzögerungszeit-Steuerelements
37 ist in Fig. 2 dargestellt. Das vom Einfunktions-Steuerelement 35 abgegebene Walzensprungsignal v/ird einem
Potentiometer 45 zum Ändern der prozentualen Kompensation zugeführt, das so eingestellt ist, daß es ein Signal erzeugt,
das hinsichtlich des Betrags der Walzenbewegung kompensiert ist, die in Abhängigkeit von einem Druckmeßdos ens ignal eines
vorbestimmten Betrags ausgeführt wird. Die Bewegung oder Verstellung der Walzen läßt sich auf diese Weise so regeln, daß
sich irgendein gewünschter Prozentsatz der Gesamtbewegung oder Verstellung ergibt, die normalerweise durch irgendein vorbestimmtes
Druckmeßdosensignal verlangt wird. Dieses Signal wird
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dann auf zwei veränderbare Signalverteilungspotentiometer 47 und 49 aufgeteilt, die jeweils in einem von zwei Zweigen 51
und 53 der Verzögerungsschaltung liegen. Zwischen dem einen Zweig 53 und Masse 57 liegt ein veränderbarer Kondensator 55.
Beide Zweige der Schaltung führen zu einem Summierverstärker 59, in dem die über die Zweige 51 und 53 geleiteten Signale
überlagert, verstärkt und aus dem Verzögerungszeitsteuerelement 37 dem in Fig. 1 dargestellten Summierglied 39 zugeführt
werden.
Wenn das Verzögerungselement 37 aus dem Einfunktions-Rechenelement
35 ein Walzensprungsignal erhält, wird dieses Signal durch vorheriges Einstellen des veränderbaren Potentiometers
45 auf die gewünschte Stärke gebracht und dann auf die Zweige 51 und 53 der Verzögerungsschaltung aufgeteilt. Der durch
jeden Zweig geleitete Anteil des Signals wird durch die Einstellung der Aufteilungspotentiometer 47 und 49 bestimmt. Die
Signale werden dann dem Summierverstärker 59 zugeführt, wo sie wieder zusammengesetzt und als ein einziges verstärktes und
kompensiertes Walzensprungsignal dem Summierglied 39 zugeführt werden. Der über den Zweig 51 geleitete Anteil des Walzensprungsignals
wird in seinem -zeitlichen Verlauf unverändert übertragen, während der über den Zweig 53 geleitete Anteil
des Walzensprungsignals zum Teil in den veränderbaren Kondensator 55 geleitet wird, und zwar so lange, bis der Kondensator
55 vollständig aufgeladen ist. Die Zeit, die erforderlich ist, um den Kondensator 55 ollständig aufzuladen, läßt sich
durch Verändern der Kapazität einstellen und wird etwa gleich der Zeit gewählt, die die Tänzerwalzen-Regeleinrichtung benötigt,
um die volle Zugspannung wiederherzustellen, nachdem die Anstellung geändert wurde. Da sich der Kondensator ^3 nur
allmählich auflädt, steigt das über den Zweig 53 geleitete Signal nur allmählich an. Die Summe der über die beiden Zweige
geleiteten Signale erreicht daher sehr schnell einen Anfangswert, weil.die eine Komponente unverzögert über den Zweig 51
geleitet wird, und erreicht dann·allmählich einen Endwert auf einer abnehmenden Kurve, während der andere Teil des Signals
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über den Zweig 53 geleitet wird und den Kondensator 55 auflädt. Vorzugsweise werden die Potentiometer so eingestellt,
daß der Anteil der Signale, der über die beiden Zweige der Verzögerungsschaltung geleitet wird, proportional dem Betrag
des gesamten Walzensprungsignals, der von der ursprünglichen Walzgutdickenregelabweichung herrührt, und dem Betrag des
gesamten Walzensprungsignals ist, der von der kurzzeitigen Erhöhung der Walzdruckkraft aufgrund einer kurzzeitigen Verringerung
der Walzgut-Zugspannung vor dem Eingreifen der Tänzerwalzen-Regeleinrichtung herrührt. Obwohl ein derartiges
Verhältnis der Signale die günstigsten Ergebnisse bewirkt, erhält man auch ausgezeichnete Ergebnisse, wenn das gesamte Walzensprungsignal
teilweise verzögert wird. Dies läßt sich mit Hilfe der gleichen einfachen Verzögerungsschaltung verwirklichen,
wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, indem man einfach das Potentiometer 4? so einstellt, daß es kein oder nahezu kein
Signal durchläßt. Dadurch ergibt sich praktisch eine einzige und keine zweiteilige Verzögerungsschaltung, so daß das gesamte
Walzensprungsignal über den Zweig 53 der Verzögerungsschaltung geleitet und nahezu das gesamte Signal durch den
Kondensator 55 verzögert wird. Dadurch ergibt sich ein einziges ständig ansteigendes kompensiertes Walzensprungsignal,
das so lange mit abnehmender Geschwindigkeit, exponentiell ansteigt,
bis der Kondensator 55 vollständig aufgeladen ist. Diese vereinfachte Schaltung kann für spezielle Zwecke wünschenswert
sein. Es sind auch andere Verzögerungsschaltungen und andere Stellen möglich, an denen die Verzögerung im Dikkenregelkreis
vorgenommen werden kann, doch hat sich die dargestellte Anordnung als die günstigste erwiesen.
Die Erfindung wurde in Anwendung auf das letzte Walzgerüst einer Tandemstraße beschrieben und hat sich bei den letzten
beiden Walzgerüsten von Tandemstraßen als am günstigsten erwiesen, weil dies normalerweise die instabilsten Gerüste sind,
und zwar wegen des dünneren Walzgutes. Die Erfindung läßt sich ■jedoch auch mit Vorteil auf die anderen Gerüste einer Tandemstraße
anwenden. Wenn die Erfindung bei einem der Gerüste des
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Walzwerks angewandt wird, bei dem eine Tänzerwalze zu beiden Seiten des Gerüsts und nicht bei dem letzten Gerüst angeordnet
ist, wird durch eine Verzögerung eines Teils des Walzensprungsignals nicht nur der Einfluß der Tänzerwalzen-Regeleinrichtung
unmittelbar vor dem Walzgerüst, sondern auch der Einfluß der Tänzerwalzen-Regeleinrichtung hinter dem Walzgerüst
kompensiert, und die Verzögerungszeit wird so eingestellt, daß die Verzögerung beider Tänzerwalzen-Regeleinrichtungen
kompensiert wird. Normalerweise ist diese Verzögerung bei beiden Tänzerwalzen-Regeleinrichtungen gleich, und sie tritt
auch gleichzeitig auf. Normalerweise hat die Tänzerwalzen-Regeleinrichtung vor dem Walzgerüst den größten Einfluß auf die
Dicke des das Gerüst durchlaufenden Walzgutes, weil das Walzgut auf dieser Seite des Gerüsts direkt auf den Walzspalt zuläuft.
Obwohl die Wirkungsweise der Erfindung an Hand der Abwärtsbewegung
der Druckschrauben eines Walzgerüsts beschrieben wurde, weil dies der kritischste Vorgang ist, ist sie auch bei der
Aufwärtsbewegung der Druckschrauben oder Spindeln wirksam, um •die Abnahme des Walzdruckkraftsignals so lange zu verzögern,
bis die Tänzerwalzen-Regeleinrichtung eingegriffen und die zu hohe Zugspannung zwischen den Walzgerüsten, die sich bei einer
Zunahme der Walzgutdicke bzw. des Stichmaßes ergibt, verringert hat. Eine zu starke Zunahme der Zugspannung zwischen den Walzgerüsten
kann ein Einschnüren des Walzgutes bei einem Warmwalzwerk oder ein Einreißen des Walzgutes bei einem Kaltwalzwerk
zur'Folge haben.
003825/1 3 0.8
Claims (3)
- Patentansprüche(1 J Einrichtlang zum Regeln der Dicke oder des Stichmaßes des •Walzgutes für ein Walzgerüst eines Tandem-Walzwerks mit einer die Walzgutzugspannung regelnden Tänzerwalzen-Regeleinrichtung, einer Walzdruckkraftmeßeinrichtung, die ein erstes Signal abgibt, das der Walzdruckkraft proportional ist, mit einer ein zweites Signal abgebenden Vorrichtung, das dem Walzspalt proportional ist, mit einer den Walzspaltsollwert in Form eines dritten Signals abgebenden Vorrichtung, mit einer das erste Signal in ein viertes Signal umformenden Vorrichtung, das der Walzspaltzunahme proportional ist, die dadurch hervorgerufen wird, daß sich das Walzgerüst und die Walzen unter dem Einfluß der Walzdruckkraft elastisch verformen, mit einer das zweite Signal und das vierte Signal überlagernden und mit dem dritten Signal vergleichenden Vorrichtung, die ein fünftes Signal abgibt, das der Abweichung der Walzen-Istlage von der Walzen-Sollage proportional ist, und mit einer die Anstellvorrichtung des Walzgerüstes in Abhängigkeit vom fünften Signal betätigenden Vorrichtung,dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung eine Verzögerungsvorrichtung (37) enthält, die den vollen Einfluß des ersten Signals vor dem Erreichen der die Signale überlagernden Vorrichtung (39) etwa um diejenige Zeit verzögert, die die Tänzerwalzen-Regeleinrichtung (23-29), die an dieses Walzgerüst (15) angeschlossen ist, benötigt, um anzusprechen und die aufgrund der Änderung der Anstellung durch die auf das fünfte Signal ansprechende Vorrichtung (41) hervorgerufene Änderung der Zugspannung des Walzgutes zwischen diesem Walzgerüst (15) und einem benachbarten Walzgerüst (13) wieder auszuregeln.
- 2. Walzgutdickenregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfluß des ersten Signals durch eine Verzögerung des vierten Signals in einer Verzögerungsschaltungsanordnung (37) verzögert wird.0 0 9 8 2 5/1308'
- 3. Walzgutdickenregeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsschaltungsanordnung (37) zwei Zweige (51, 53) enthält, auf die das vierte Signal aufgeteilt wird, daß der eine Zweig so ausgelegt ist, daß er einen Teil des vierten Signals, der etwa demjenigen Anteil des .vierten Signals proportional ist, der von einem ursprünglichen Regelabweichungssignal herrührt, unvefzögert überträgt, und daß der zweite Zweig (53) so ausgelegt ist, daß er einen Teil des vierten Signals, der demjenigen Anteil des vierten Signals proportional ist, der von einer Dickenänderung herrührt, die sich bei einer Änderung der Zugspannung des Walzgutes zwischen den Walzgerüsten (13, 15) ergibt, wenn die Anstellvorrichtung (21) betätigt wird, um die ursprüngliche Regelabweichung zu beseitigen, zumindest teilweise verzögert überträgt.00 9825/1308Leerseite
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