DE3314466C2 - - Google Patents
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Control Of Metal Rolling (AREA)
- Control Of Multiple Motors (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer
Zwischengerüstspannung einer kontinuierlichen Walzstraße mit einer
Auslenkvorrichtung zwischen einem Paar aufeinanderfolgender
Walzgerüste und mit einem Auslenkvorrichtungs-Antriebsmotor,
wobei der Arbeitswinkel der Auslenkvorrichtung gemessen wird
und wobei in Abhängigkeit von dem gemessenen Winkel der Auslenk
vorrichtungs-Antrieb und der Walzenantrieb eines der beiden
Gerüste beeinflußt werden.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines üblichen Spannungs-Steuersystems.
Ein zu walzendes Werstück 1 durchsetzt ein Walzgerüst 2 mit
einem Paar Arbeitswalzen 2 a und 2 b, kommt in Eingriff mit einer
Auslenkvorrichtung 4 und durchsetzt dann ein weiteres Walzgerüst
3 mit einem Paar 3 a und 3 b. Die Auslenkvorrichtung 4 ist
von einer Art, bei welcher das durch einen Auslenkvorrichtung-
Antriebsmotor 8 vorgegebene Auslenkvorrichtungs-Drehmoment sich
im Gleichgewicht befindet mit der Spannung auf dem Werkstück 1.
Der Arbeitswinkel R, d. h. der Winkel zwischen der Achse des
Armes 4 a der Auslenkvorrichtung 4 und einer gedachten horizontalen
Linie 4 b wird durch einen Auslenk-Winkelfühler 5 gemessen.
Der gemessene Winkel R wird einer Arbeitseinheit 6 zugeführt,
die in Abhängigkeit von dem gemessenen Winkel R das Drehmoment
berechnet, durch das die Spannung auf einem gewünschten Wert
gehalten wird. Im einzelnen wird der gemessene Winkel R für die
Berechnung durch die Auslenkvorrichtungs-Operationseinheit 6
verwendet, um den Sollwert des elektrischen Stromes desAuslenkvorrichtungs-
Antriebsmotors 8 zu bestimmen, und es wird der Sollwert
der Strom-Steuereinrichtung 7 zugeführt, welche den
Auslenkvorrichtungs-Antriebsmotor 8 antreibt.
Das Ausgangssignal vom Auslenkwinkel-Fühler 5 wird auch einer
Operationseinheit 9 zugeführt, welche einen Sollwert der Ge
schwindigkeit eines Walzenantriebsmotors 11 berechnet, um den
Winkel R auf einen gewünschten Wert zurückzuführen. Der Geschwindig
keits-Sollwert wird einer Geschwindigkeits-Steuervorrichtung 10
zugeführt, welche die Geschwindigkeit des Walzenantriebsmotors
11 steuert.
Das oben beschriebene Steuersystem hat aber folgende Nachteile:
Erstens, da eine Strom-Steuervorrichtung 7 verwendet wird, um
den Auslenkvorrichtungs-Antriebsmotor 8 zu steuern, ist eine
Schaltung zur Kompensation für die Stabilisierung erforderlich,
und es ist erforderlich, den anfänglichen Strom-Sollwert zu
berechnen.
Zweitens, die Änderung der Geschwindigkeit des Walzenantriebs
motors 11 führt zu einer Änderung der Länge des Werkstückes 1
zwischen den aufeinanderfolgenden Walzgerüsten 1 und 2. Durch
die Änderung der Bandlänge zwischen den Walzgerüsten treten
vergleichsweise große Änderungen in der Bandspannung auf, was
zu einer Unstabilität der Regelung führt.
Drittens, wenn man die Auslenkwinkel-Steuerung zur Verringerung
der Änderung in der Bandspannung verwendet, muß die Steuer
empfindlichkeit herabgesetzt werden, um eine stabile Regelung
zu erhalten. Hierdurch wird aber die Regelgeschwindigkeit
herabgesetzt.
Es ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt (Siemens
Z. 40 (1966) S. 795-799), bei welchem die Winkelstellung der
Auslenkvorrichtung (Schlingenheber) als Meßgröße für die Strom
regelung des Auslenkvorrichtungs- (Schlingenheber)-Antriebs
motors verwendet wird. Der Arbeitswinkel der Auslenkvorrichtung
(Schlingenheber) ändert sich, und es wird der gewünschte
Bandzug durch Stromregelung des Auslenkvorrichtungs-(Schlingen
heber-)Antriebsmotors erreicht, wodurch das Drehmoment der
Auslenkvorrichtung konstant gehalten wird. Das bedeutet, daß
eine Änderung des Arbeitswinkels der Auslenkvorrichtung
(Schlingenheber) erforderlich ist, um eine konstante Band
spannung zu erreichen.
Grundsätzlich ist bei kontinuierlichen Walzanlagen die Messung
der Bandspannung und deren Korrektur über die Drehzahlregelung
der Walzen-Antriebsmotore bekannt (DE-Z: "Stahl und Eisen" 99
(1979) Nr. 24, S. 1631-1371, insbesondere Bild 6b und zugehöriger
Text auf Seite 1368).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der
eingangs genannten Art zu schaffen, das eine empfindliche und
damit schnelle Regelung der Zwischengerüst-Bandspannung
ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst.
Durch die Erfindung wird der Arbeitswinkel der Auslenkvorrichtung
im wesentlichen konstant gehalten, während die Bandspannung
grundsätzlich durch Steuerung der Walzenantriebsgeschwindigkeit
konstant gehalten wird.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild, welches eine Steuervorrichtung
bekannter Art zeigt, das in einem kontinuierlichen
Walzwerk verwendet wird, und
Fig. 2 ein Blockschaltbild, das ein Ausführungsbeispiel einer
Steuervorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.
Fig. 2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Auslenk
vorrichtung nach der Erfindung, bei welcher gleiche Bezugszeichen
wie in Fig. 1 gleiche Elemente bezeichnen. Anstelle der Operations
einheiten 6 und 9 in Fig. 1 sind eine Motorgeschwindigkeits-
Steuereinheit 10 und Operationseinheiten 14 und 15 und
eine interferenzfreie Operationseinheit 16 vorgesehen. Zusätzlich
ist ein Spannungsfühler 13 vorgesehen, um die Zwischengerüst
spannung zu messen, d. h. die Spannung auf dem Werkstück 1
zwischen aufeinanderfolgenden Walzgerüsten 2 und 3.
Ein Komparator 15 A bestimmt die Abweichung der gemessenen Spannung
T vom Spannungsfühler 13 in bezug auf einen Spannungs-Sollwert
T₀. Die Abweichung wird der Operationseinheit 15 zugeführt,
die eine P-(proportional) und I-(integral) Steuerungsoperation
ausführt, um eine Geschwindigkeitskompension ΔV R * zu bestimmen.
Ein Komparator 14 A bestimmt die Abweichung des gemessenen Winkels
R in bezug auf einen Winkel-Sollwert R₀. Die Abweichung wird
einer Operationseinheit 14 zugeführt, die ebenfalls eine PI-
Steueroperation ausführt, um eine Geschwindigkeitskompensation
ΔV Q * zu bestimmen.
Die interferenzfreie Operationseinheit 16 enthält Operationsein
heiten 17, 18, 19 und 20 sowie Addierer 21 und 22. Die Geschwindig
keitskompensation ΔV R * wird den Operationseinheiten 17 und 18
zugeführt, während die Geschwindigkeitskompensation ΔV R * den
Operationseinheiten 19 und 20 zugeführt wird. Der Addierer 21
bestimmt die Summe der Ausgangssignale von den Operationseinheiten
17 und 19, während der Addierer 22 die Summe der Ausgangssignale
von den Operationseinheiten 18 und 20 bestimmt. Das Ausgangssignal
ΔV R vom Addierer wird als Geschwindigkeitskorrektur über
einen Addierer 10 A der Geschwindigkeit-Steuervorrichtung 10
zugeführt, während das Ausgangssignal ΔV R als Geschwindigkeits
korrektur über einen Addierer 12 A der Geschwindigkeits-Steuervor
richtung 12 zugeführt wird.
Der Zweck der interferenzfreien Operationseinheit 16 ist folgender:
Die Beziehung zwischen einerseits der Geschwindigkeitskorrektur
ΔV R , die der Geschwindigkeits-Steuereinrichtung 10 für den
Walzen-Antriebsmotor 11 tatsächlich zugeführt wird, und die
Geschwindigkeitskorrektur ΔV R , die der Geschwindigkeits-Steuervor
richtung 12 für den Auslenkvorrichtungs-Antriebsmotor 8 tatsächlich
zugeführt wird, und andererseits die Änderung Δ T in der Spannung
und die Änderung ΔR im Auslenkwinkel können durch die folgende
Übertragungsfunktions-Matrix ausgedrückt werden:
wobei s die Laplace′sche Transformationsvariable ist.
Die Gleichung (1) zeigt, daß die Geschwindigkeitskorrektur ΔV R ,
die für die Korrektur der Spannungsänderung Δ T bestimmt ist,
auch die Winkeländerung ΔR der Auslenkvorrichtung beeinflußt,
während die Geschwindigkeitskorrektur ΔV R , die für die Korrektur
der Winkeländerung ΔR bestimmt ist, auch die Spannungsänder
ungen Δ T beeinflußt.
Es folgt, daß, wenn die interferenzfreie Operationseinheit 16
nicht vorgesehen wäre, und wenn die Geschwindigkeitskompensation
ΔV R * als Signal ΔV R verwendet würde und der Steuervorrichtung
12 zugeführt würde, und wenn die Geschwindigkeitskompensation ΔV R *
als das Signal ΔV R verwendet würde, das der Steuereinrichtung
10 zugeführt wird, eine gegenseitige Interferenz auftreten
würde. Dies ist der Grund, warum die Erfindung die inter
ferenzfreie Operationseinheit 16 vorsieht, welche die Geschwindig
keitskompensation ΔV R * und ΔV R * erhält und die Geschwindig
keitskorrekturen ΔV R und ΔV R erzeugt, um die Interferenz zu
vermeiden.
Die Operationseinheiten 17 bis 20 sind so ausgebildet, daß sie
Übertragungsfunktionen mit folgenden Beziehungen zueinander haben.
Die Operationseinheit 19 hat eine solche Übertragungsfunktion,
die ein Ausgangssignal eines Wertes erzeugt, der zu einer
Geschwindigkeitsänderung des Walzenantriebsmotors 11 beiträgt
und die Zwischengerüstspannungs-Änderung aufgrund der Auslenk
vorrichtungs-Winkeländerung aufgrund des Ausgangssignals der
Operationseinheit 20 auslöscht. Mit anderen Worten, das Ausgangs
signal der Operationseinheit 19 ist bestimmt, um der
begleitenden Wirkung auf die Zwischengerüstspannung des Ausgangs
signals der Operationseinheit 20 entgegenzuwirken. Die Operations
einheit 18 hat eine solche Übertragungsfunktion, daß sie
ein Ausgangssignal mit einem Wert erzeugt, der einer Geschwindig
keitsänderung des Auslenkvorrichtungs-Antriebsmotors 8 entgegen
wirkt, um die Auslenkwinkel-Änderung aufgrund der Zwischen
gerüstspannungsänderung aufgrund des Ausgangssignals der Operations
einheit 17 auszulöschen. Mit anderen Worten, das Ausgangssignal
der Operationseinheit 18 ist dazu bestimmt, der begleitenden
Wirkung auf den Auslenkwinkel des Ausgangssignals der
Operationseinheit 17 entgegenzuwirken.
Die Übertragungsfunktionen, welche die obengenannten Forderungen
erfüllen, können bestimmt werden aufgrund der folgenden
Betrachtung. Angenommen, daß die Übertragungsfunktionen der
Operationseinheiten 17 und 20 durch G₁₁ (s), G₁₂ (s), G₂₁ (s)
und G₂₂ (2) bezeichnet werden, dann ergeben sich folgende Beziehungen:
Wenn die Übertragungsfunktionen die folgenden Beziehungen haben:
dann können die Gleichungen (1), (2) und (3) folgendermaßen
geschrieben werden:
Gleichung 4 zeigt eine Situation, in welcher die Kompensation
ΔV R * nur die Spannungsänderung Δ T beeinflußt, während die Kom
pensation ΔV R * nur die Auslenkwinkeländerung ΔR beeinflußt.
Mit anderen Worten, wenn die Übertragungsfunktionen der Einheiten
17 bis 20 den Beziehungen genügen, die durch die Gleichung
(3) gegeben sind, kann die oben beschriebene gegenseitige
Interferenz ausgeschaltet werden.
Um zu verhindern, daß die jeweiligen Übertragungsfunktionen
der Haupt-Rückführschleifen (zur Steuerung des Auslenkvorrichtungs-
Antriebsmotors 8 in Abhängigkeit von dem gemessenen Auslenk
winkel R und zur Steuerung des Walzenantriebsmotors 10 in
Abhängigkeit von der gemessenen Spannung) kompliziert werden,
ist es vorzuziehen, daß G₁₁ und G₂₂ einfache Konstanten sind,
z. B.
G₁₁ = -1
G₂₂ = +1
G₂₂ = +1
Die Geschwindigkeitskorrektur ΔV R , die das Ausgangssignal
der interferenzfreien Operationseinheit 16 ist, wird in einem
Addierer 10 A mit einem anfänglich eingestellten Geschwindig
keitswert ΔV R 0 addiert, und es wird die Summe der Geschwin
digkeits-Steuervorrichtung 10 zugeführt, und sie wird verwendet,
um die Geschwindigkeit des Walzenantriebsmotors 11 zu korrigieren.
Die Geschwindigkeitskorrektur ΔV R , die ein anderes Ausgangs
signal der interferenzfreien Operationseinheit 16 ist, wird der
Geschwindigkeits-Steuervorrichtung 12 zugeführt, und sie wird
verwendet, um die Geschwindigkeit des Auslenkvorrichtungs-
Antriebsmotors 8 zu korrigieren.
Wenn die gegenseitige Interferenz in der oben beschriebenen
Weise ausgeschaltet ist, können die Änderungen in der Zwischen
gerüstspannung im wesentlichen verringert werden. Zusätzlich
wird ein schnelles Ansprechen in der Steuerung erreicht.
Wenn es schwierig ist, Operationseinheiten zu bilden, die der
Gleichung (3) exakt genügen, d. h. wenn es schwierig ist,
Operationseinheiten mit den Übertragungsfunktionen G₁₁ (s),
G₁₂ (s), G₂₁ (s) und G₂₂ (s), welche der Gleichung (3)
genügen zu bilden, kann die Anordnung wahlweise so sein, daß die
Beziehungen der Gleichung (3) mit einem begrenzten Frequenzbereich
angenähert werden. Eine solche Anordnung kann ähnliche
Wirkungen erreichen.
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel führen die Einheiten
14 und 15 eine PI-Steueroperation aus. Sie können jedoch
so sein, daß sie eine P-, eineI- oder eine D-(Differential-)
Steueroperation ausführen. In dem beschriebenen Ausführungs
beispiel wird der Walzenantriebsmotor 11 für das Gerüst 2,
das in Bewegungsrichtung vor der Auslenkvorrichtung angeordnet
ist, gesteuert, jedoch kann die Anordnung wahlweise so sein,
daß der Walzenantriebsmotor für das Gerüst 3, das in Bewegungs
richtung hinter der Auslenkvorrichtung liegt, gesteuert wird.
Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel, in welchem nicht nur
der Auslenkvorrichtungs-Antriebsmotor sondern auch der Walzen
antriebsmotor gesteuert wird, hat den zusätzlichen Vorteil,
daß die gegenseitige Interferenz ausgeschaltet wird. Es soll
aber bemerkt werden, daß die Steuerung des Walzenantriebsmotors,
wie sie erläutert ist, nicht ein wesentliches Element
ist. Die Verwendung der Spannungsabweichung für die Auslenk
vorrichtungs-Antriebsmotor-Steuerung ist ebenfalls kein wesentliches
Element. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt in erster Linie
eine Geschwindigkeitsregelung des Antriebes der Auslenkvorrichtung,
um diese Auslenkvorrichtung in einer konstanten Winkelstellung zu halten.
Wenn die Strom-Steuervorrichtung 7 verwendet wird, wie es in
Fig. 1 gezeigt ist, um den Auslenk-Vorrichtungs-Antriebsmotor
8 zu steuern, ergeben sich Nachteile insofern, als eine
Kompensations-Schaltung zur Stabilisierung des Steuersystems
erforderlich ist, und daß eine Berechnung eines anfänglich ein
gestellten Stromwertes erforderlich ist. Im Gegensatz dazu führt
die Erfindung die Geschwindigkeitssteuerung der Auslenkvorrichtung
1 ein, wodurch sie frei von diesen Nachteilen ist. Da zusätzlich
die Geschwindigkeit des Auslenkvorrichtungs-Antriebsmotors 8
null ist, wenn die Auslenkvorrichtung 4 angehalten
ist, kann der anfänglich eingestellte Geschwindigkeitswert mit
"Null" bestimmt werden.
Claims (3)
1. Verfahren zur Steuerung einer Zwischengerüstspannung
einer kontinuierlichen Walzstraße mit einer Auslenkvorrichtung
zwischen einem Paar aufeinanderfolgender Walzgerüste
und mit einem Auslenkvorrichtungs-Antriebsmotor, wobei der
Arbeitswinkel der Auslenkvorrichtung gemessen wird und
wobei in Abhängigkeit von dem gemessenen Winkel der Auslenk
vorrichtungs-Antrieb und der Walzenantrieb eines der
beiden Gerüste beeinflußt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß in Abhängigkeit von der Abweichung des gemessenen
Arbeitswinkels der Auslenkvorrichtung von einem Winkel-
Sollwert eine Korrektur des Geschwindigkeits-Sollwerts für
den Auslenkvorrichtungs-Antriebsmotor bestimmt wird und daß
der Auslenkvorrichtungs-Antriebsmotor entsprechend dem
Geschwindigkeits-Sollwert gesteuert wird, so daß der Arbeits
winkel der Auslenkvorrichtung im wesentlichen konstant
gehalten wird, und daß in Abhängigkeit von der Winkelab
weichung und der Abweichung der gemessenen Bandspannung
von einem Spannungs-Sollwert eine Korrektur zu einem
Geschwindigkeits-Sollwert für einen eines der Walzgerüste,
zwischen denen die Auslenkvorrichtung vorgesehen ist, antreibenden
Walzen-Antriebsmotor bestimmt wird, so daß die Zwischen
gerüstspannung konstant gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Korrektur des Geschwindigkeits-Sollwerts für den Auslenk
vorrichtungs-Antriebsmotor in Abhängigkeit von der Abweichung
der gemessenen Spannung von dem Spannungs-Sollwert
bestimmt wird und daß zur Korrektur in Abhängigkeit vom Arbeits
winkel diese Korrektur addiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß
- a) die Korrektur des Geschwindigkeits-Sollwerts für den Walzenantriebsmotor zu einem Wert bestimmt wird, der zu einer Änderung in der Geschwindigkeit des Walzen- Antriebsmotors beiträgt und die Änderung in der Spannung aufgrund der Änderung im Winkel aufgrund der Abweichung des gemessenen Winkels aufhebt, und
- b) die Korrektur der Abweichung der gemessenen Spannung zu einem Wert bestimmt wird, der zu einer Änderung in der Geschwindigkeit des Auslenkvorrichtungs-Antriebsmotors beiträgt und die Änderung im Winkel aufgrund der Änderung in der Spannung aufgrund der Korrektur zur Abweichung der gemessenen Spannung aufhebt.
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