DE4138639C1 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zur
Positionierung des Gerüstoberteiles eines Vier-Säulen-
Walzgerüstes, das vier jeweils paarweise gegenüberliegend
seitlich des Walzbandes angeordnete, jeweils mit einem
Positionsmeßgeber zur Messung ihrer Hubstellung versehene
druckbeaufschlagbare Anstellzylinder aufweist, wobei die
Steuereinrichtung in Abhängigkeit von den Meßwerten der
Positionsmeßgeber ein Steuersignal zum Anheben, Absenken
oder Verschwenken des Gerüstoberteils unter
Berücksichtigung eines aus der Differenz der Hubstellung
ermittelten Längendifferenzwertes abgibt.
Bei einem Vier-Säulen-Walzgerüst, wie es beispielsweise
aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 84 03 103 U1 bekannt
ist, wird die Anstellung der vier Stellzylinder mit Hilfe
einer Gleichlaufüberwachung (MPT) oder mit Hilfe von
Gleichlaufreglern überwacht. Ein Problem bei der
Einstellregelung besteht dabei darin, daß es sich bei dem
von vier Zylindern gestützten Oberteil des Walzgerüstes um
ein statisch überbestimmtes System handelt. Um eine Torsion
des Gerüstoberteiles während der Höhenverstellung zu
vermeiden, muß daher der Gleichlauf der
Anstellzylinderkolben sehr genau eingehalten werden.
Genauso muß bei stillstehendem Gerüstoberteil die
Ausrichtung der Kolben sehr genau erfolgen.
Zur Kontrolle des Gleichlaufes und der Ausrichtung der
Zylinderkolben werden in der Praxis Längenmeßwertgeber
eingesetzt. Die von diesen Positionsmeßgebern gelieferten
Meßsignale sind in der Regel fehlerbehaftet, so daß die
tatsächliche Hubstellung der Anstellzylinder von der
gemessenen abweichen kann. Wegen dieser durch Meßfehler
verursachten Abweichung besteht auch bei der Gleichheit
aller von der Positionsgebern ermittelten Längenwerte die
Gefahr einer Verspannung des Gerüstoberteiles.
Um die Meßfehler bei der Bestimmung der Hubstellung der
Anstellzylinder zu vermindern, ist es bekannt, die
Anstellzylinder mit jeweils zwei voneinander unabhängigen
Längenmeßgebersystemen zu versehen. Durch gegenseitiges
Vergleichen der durch diese Meßsysteme ermittelten
Meßergebnisse kann die Größe der Meßfehler reduziert werden.
Der Nachteil dieser Art der Fehlerunterdrückung besteht
jedoch in einem hohen regelungstechnischen Aufwand, der zu
hohen Herstellkosten für solche Meßsysteme führt.
Eine Torsion des Gerüstoberteiles kann auch dadurch
vermieden werden, daß einer der vier Anstellzylinder
druckgeregelt betrieben wird. Als Drucksollwert für diesen
Zylinder kann dabei der gemessene Ist-Druckwert des
benachbarten Zylinders dienen. Der Nachteil dieses Vorgehens
liegt darin, daß der Soll-Wert für den druckgeregelten
Anstellzylinder erst feststeht, nachdem die übrigen drei
Anstellzylinder verstellt worden sind. Dies führt dazu, daß
eine derartige Regelung nur eine verminderte Regeldynamik
aufweist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht dagegen darin, eine
Steuereinrichtung des eingangs genannten Art mit einer guten Regeldynamik zu schaffen,
die ein um die Meßfehler der Längenmessung berichtigtes
Steuersignal zum Anheben, Absenken oder Verschwenken des
Gerüstoberteiles abgibt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
- - daß die Anstellzylinder mindestens eines Anstellzylinderpaares jeweils einen mit der Steuereinrichtung verbundenen Meßwertgeber zum Erfassen der von den Anstellzylindern aufgenommenen Reaktionskraft aufweisen und
- - daß die Steuereinrichtung einen Reaktionskraftdifferenzwert ermittelt, aus dem nach Multiplikation mit einem Verstärkungsfaktor ein Längendifferenzwert der Anstellzylinderpaare errechnet wird, aus dem die Steuereinrichtung für mindestens einen dieser Anstellzylinder das Steuersignal ermittelt.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei einer
Torsion des Gerüstoberteiles der Walze von den
Anstellzylindern unterschiedlich starke Kräfte aufgenommen
werden. Eine ungleiche Hubstellung führt zu einer ungleichen
Belastung der Stellzylinder.
Gemäß der Erfindung werden die Meßfehler der Längenmessung
durch das Ergebnis einer zusätzlichen Kraftmessung erfaßt,
durch die die beispielsweise als Druckwerte meßbaren
Reaktionskräfte in den Anstellzylindern ermittelt werden.
Weichen die Reaktionskräfte der Zylinder eines
Anstellzylinderpaares voneinander ab, so bestimmt die
Steuereinrichtung aus dieser Differenz einen
Korrekturwert, durch den der Fehler der Längenmessung
berichtigt wird. Dazu wird die Kraftdifferenz mit einem
Proportionalitätsfaktor multipliziert, durch den das
Ergebnis der Kraftmessung auf einen Längenwert für die
Hubverstellung übertragen wird. Auf diese Weise ist es
möglich, die Fehler der Längenmessung in kürzester Zeit
auszugleichen und eine Steuereinheit mit guter
Regeldynamik und stabilem Regelverhalten zu schaffen.
Auch bei einem Walzgerüst nach der deutschen
Offenlegungsschrift DE-OS 27 48 033, das in
Kassettenbauweise aufgebaut und mit zwei Spannzylindern
ausgestattet ist, wird eine kraftabhängige Korrektur der
Stellung des Walzgerüstes vorgenommen. Diese Korrektur
dient bei dem bekannten Walzgerüst zum Ausgleich der
unsymmetrischen Belastung der Walze, die durch die
Nachgiebigkeit des Walzgerüstes verursacht wird. Dabei
wird, bezogen auf die Verformung des Walzgerüstes, der
Längenbetrag bestimmt, um den die Walze zur
Aufrechterhaltung der notwendigen Walzkraft und der
Symmetrie des Walzspaltes nachgespannt werden muß. Bei
dem bekannten Walzgerüst wird die Druckbeaufschlagung
der Spannzylinder durch einen Regelkreis geregelt, bei
dem das Maß für die von den Druckgebern registrierten
Spannkräfte in eine Lagebezugsgröße umgewandelt wird.
Anschließend wird diese Lagebezugsgröße mit der von
linearen Weggebern ermittelten tatsächlichen Lage der
Walze verglichen und aus diesem Vergleich ein
Differenzwert bestimmt, der eine Nachregelung des
Druckes der Spannzylinder und damit eine Korrektur der
Lage der Walze bewirkt. Im Gegensatz zu der Erfindung
wird somit bei dem bekannten Walzgerüst von exakt
bestimmten Längenmeßwerten ausgegangen. Meßfehler der
linearen Weggeber werden dabei nicht berücksichtigt.
Ausgehend von der Feststellung, daß solche fehlerfreien
Meßwerte in der Praxis nicht vorliegen, ermöglicht es die
Erfindung, mittels einer kraftabhängigen Korrektur von
Meßfehlern der Längenmessung, daß alle Stellzylinder eines
Vier-Säulen-Walzgerüstes gleichmäßig belastet und folglich
das Gerüstoberteil des Walzgerüstes spannungsfrei gehalten
wird.
Das Regelverhalten der Steuereinrichtung kann zusätzlich
dadurch verbessert werden, daß die Steuereinrichtung
Zahlenspeicher aufweist, in denen die für einen Stellvorgang
ermittelten Kraftdifferenzwerte derart abspeicherbar sind,
daß sie für die Ermittlung der Korrekturwerte des
anschließenden Stellvorgangs abrufbar sind. Diese
Zahlenspeicher ermöglichen es, einen Regelkreis einzusetzen,
durch den die Kraftdifferenzwerte beginnend mit einem
Anfangswert iterativ bestimmbar sind. Ein solcher Regler
weist ein integrierendes Verhalten auf, durch das ein
unerwünschtes sprungförmiges Angleichen der Sollwerte
vermieden wird. Darüber hinaus ist es sinnvoll, wenn die
Steuereinrichtung Zahlenspeicher aufweist, in denen die für
jeden Stellvorgang ermittelten Kraftdifferenzwerte
aufsummierbar sind, und daß die Steuereinrichtung bei
Überschreiten eines Grenzwertes dieser Summe ein Warnsignal
abgibt. Auf diese Weise wird eine unzulässige Schiefstellung
des Gerüstoberteiles sicher vermieden.
Die Funktion der Positionsmeßgeber kann dadurch überwacht
werden, daß die Steuereinrichtung bei Überschreiten eines
Grenzwertes für den Differenzbetrag der von den
Anstellzylindern eines Anstellzylinderpaares aufgenommenen
Reaktionskräfte ein Warnsignal abgibt.
Werden die Reaktionskräfte aller vier Anstellzylinder
erfaßt, ist zusätzlich eine Selbstkontrolle der Kraftmessung
möglich. Eine dazu geeignete Steuervorrichtung ist dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung bei Überschreiten
eines Grenzwertes für eine aus der Addition der für jedes
Anstellzylinderpaar bestimmten Differenz der Reaktionskräfte
gebildeten Summe ein Warnsignal abgibt.
Auf diese Weise werden die jeweils durch die Reaktionskräfte
der Stellzylinder der Anstellzylinderpaare verursachten
Momente um eine Achse verglichen, die quer zur
Förderrichtung des Walzbandes angeordnet ist. Übersteigt die
Summe der sich daraus ergebenden Differenzen einen
höchstzulässigen Maximalwert, so ist die Kraftmessung zu
überprüfen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von ein
Ausführungsbeispiel zeigenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Aufsicht auf ein Vier-Säulen-Walzgerüst,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Regelkreises
zur Positionierung des Gehäuseoberteiles des
Walzgerüstes nach Fig. 1.
Das Vier-Säulen-Walzgerüst weist ein von vier Stellzylindern
1, 2, 3, 4 getragenes Gerüstoberteil 5 auf. Die Anstellzylinder
1, 2, 3, 4 sind als Anstellzylinderpaare A, B einander
gegenüberliegend seitlich von einem durch das Walzgerüst
laufenden Walzband 6 angeordnet. Die Kolben der
Anstellzylinder 1, 2, 3, 4 können durch Druckbeaufschlagung des
Anstellzylinderraumes mit Hydraulikflüssigkeit angehoben und
abgesenkt werden.
Jeder der Anstellzylinder 1, 2, 3, 4 weist Positionsmeßgeber 7,
die die Hubstellung LA1, LA2, LB3, LB4 der Kolben der
Anstellzylinder 1, 2, 3, 4 erfassen, und Kraftmeßgeber 8 auf,
die jeweils ein dem in dem Zylinderraum herrschenden Druck
der Hydraulikflüssigkeit proportionales Signal
FA1, FA2, FB3, FB4 als Maß für die von den Anstellzylindern
jeweils aufgenommene Reaktionskraft liefern. Die
Positionsmeßgeber 7 und Kraftmeßgeber 8 sind über
Signalleitungen 9 mit einer Steuereinrichtung 10 verbunden.
An vier Ausgängen der Steuereinrichtung 10 sind über
Steuerleitungen 11 nicht gezeigte Steuerventile
angeschlossen, durch deren Verstellung der Hydraulikdruck in
den Anstellzylindern 1, 2, 3, 4 in Abhängigkeit von den von der
Steuereinrichtung 10 abgegebenen Steuersignalen SA1, SA2,
SB3, SB4 zum Anheben, Absenken oder Verschwenken des
Gerüstoberteiles 5 veränderbar ist.
Zur Ermittlung der Steuersignale SA1, SA2, SB3, SB4 weist die
Steuereinrichtung 10 einen Regelkreis 12 auf, der in Fig. 2
gezeigt ist. Darin ist mit S der Sollwert der absoluten
Hubstellung jedes Anstellzylinders 1, 2, 3, 4 für die vertikale
Höhenverstellung des Gerüstoberteiles 5 bezeichnet. Er setzt
sich zusammen aus dem arithmetischen Mittelwert
Sm=(LA1+LA2+LB3+LB4)/4
der Hubstellung LA1, LA2, LB3, LB4 der
Anstellzylinder 1, 2, 3, 4 vor der Verstellung und dem Betrag
dS, um den die Kolben der Anstellzylinder 1, 2, 3, 4 relativ zu
dem derzeitigen Mittelwert Sm verstellt werden sollen.
Als weiterer Sollwert geht der Wert T der absoluten, auf die
Längsachse I des Walzgerüstes bezogene Schrägstellung des
Gerüstoberteiles 5 in den Regelkreis 10 ein. Die
Schrägstellung ermöglicht es, bei einem keilförmigen
Walzspalt Walzbänder mit keilförmigem Querschnitt zu walzen.
Ihr Wert ergibt sich bei Berücksichtigung der in Fig. 2
vorgenommenen Vorzeichendefinition zu
T=(LA1+LA2-LB3-LB4)/2+dT,
wobei dT der Wert ist, um den die
Kolben der Anstellzylinder 1, 2, 3, 4 relativ zu der
vorhergehenden Verschwenkstellung anzuheben bzw. abzusenken
sind.
Zu den Sollwerten S und T werden vorzeichenrichtig
Korrekturwerte kA und kB hinzugefügt, die für die
Anstellzylinderpaare A, B einen unterschiedlichen Wert haben
können. Der Korrekturwert kA wird für das
Anstellzylinderpaar A durch die Addition der
Längendifferenzen dLA=LA-LA2 der Hubstellung LA1, LA2 der
Anstellzylinder 1, 2 mit einem Längendifferenzwert CA
gebildet, der sich im n-ten Stellvorgang für das
Zylinderpaar A nach der Gleichung CAn=CAn-1-f* (FA1-FA2)
bestimmt. Darin ist f ein Proportionalitätsfaktor, der einen
Bruchteil der Torsionssteifigkeit des Gerüstoberteiles 5
entspricht. Mit FA1 und FA2 ist die jeweils von den
Anstellzylindern 1, 2 aufgenommene Kraft und mit CAn-1 der
Längendifferenzwert bezeichnet, der für den vorhergehenden
Stellvorgang ermittelt und in einem Zahlenspeicher der
Steuereinrichtung abgelegt worden ist. Als Startwert für die
Berechnung des ersten Kraftdifferenzwertes CA₁ kann dieser
Wert CA₀ im ersten Stellschritt zu Null gesetzt werden.
In gleicher Weise wird der Korrekturwert kB für das
Anstellzylinderpaar B durch die Addition der
Längendifferenzen dLB=LB3-LB4 der Hubstellungen LB3, LB4
der Anstellzylinder 3, 4 mit einem Längendifferenzwert CB
gebildet, der sich für das Zylinderpaar B in n-ten
Stellvorgang zu CBn=CBn-1-f* (FB3-FB4) bestimmt. Darin ist
mit FB3 und FB4 die von den Anstellzylindern 3, 4 jeweils
aufgenommene Kraft und mit CBn-1 der Längendifferenzwert
bezeichnet, der für den vorhergehenden Stellvorgang
ermittelt und in einem Zahlenspeicher der Steuereinrichtung
abgelegt worden ist.
Die vorangehend beschriebene iterative Bestimmung der
Längendifferenzwerte CA, CB hat den Vorteil, daß die
Korrektur der Stellung der Anstellzylinder 1, 2, 3, 4 nicht
sprunghaft in einem Schritt erfolgt, sondern die Position
der Anstellzylinder in mehreren aufeinanderfolgenden
Schritten an die bestmögliche Stellung angeglichen wird.
Somit weist der Regelkreis ein integrierendes Verhalten mit
hoher Stabilität auf. Wird im praktischen Betrieb
festgestellt, daß diese Stabilität oder die Genauigkeit des
Regelkreises nicht ausreicht, so können die
Längendifferenzwerte CA, CB alternativ zu den oben genannten
Gleichungen auch nach den folgenden Gleichungen ermittelt
werden:
CAn:=CAn-1-f* (FA1-FA2)/2
CBn:=CBn-1-f* (FB3-FB4)/2 (1)
CBn:=CBn-1-f* (FB3-FB4)/2 (1)
CAn:=CAn-1-f* (FA1-FA2)/2
CBn:=CBn-1+f* (FA1-FA2)/2 (2)
CBn:=CBn-1+f* (FA1-FA2)/2 (2)
CAn:=CAn-1+f* (FB1-FB2)/2
CBn:=CBn-1-f* (FB3-FB4)/2 (3)
CBn:=CBn-1-f* (FB3-FB4)/2 (3)
CAn:=CAn-1-f* (FA1-FA2-FB3+FB4)/4
CBn:=CBn-1+f* (FA1-FA2-FB3+FB4)/4 (4)
CBn:=CBn-1+f* (FA1-FA2-FB3+FB4)/4 (4)
Überschreitet der Differenzbetrag der Kräfte FA1, FA2 bzw.
FB3, FB4 einen Maximalwert, so kann der Fehler der
Positionsmessung nicht mehr automatisch korrigiert werden.
In diesem Fall gibt die Steuereinrichtung ein Warnsignal für
den Maschinenbediener als Zeichen dafür ab, daß die Funktion
der Positionsmeßwertgeber kontrolliert werden muß. In
gleicher Weise gibt die Steuereinrichtung ein Warnsignal als
Zeichen für die Gefahr einer unzulässigen, auf die Querachse
II des Walzgerüstes bezogene Schrägstellung des
Gerüstoberteiles 5 ab, wenn die ebenfalls in einem
Zahlenspeicher gespeicherten Summen der Korrekturwerte
CA, CB aller Stellvorgänge einen Maximalwert übersteigt.
Ein drittes Warnsignal wird von der Steuereinrichtung
abgegeben, wenn die Summe der für jedes Anstellzylinderpaar
A, B bestimmten Differenz der Reaktionskräfte FA1, FA2 bzw.
FB3, FB4 gemäß der Gleichung ABS (FA1-FA2+FB1-FB2) einen
höchstzulässigen Grenzwert übersteigt. Dieses Warnsignal ist
ein Zeichen dafür, daß die Funktion der Kraftmeßwertgeber 8
überprüft werden muß.
Claims (6)
1. Steuereinrichtung zur Positionierung des
Gerüstoberteiles (5) eines Vier-Säulen-Walzgerüstes,
das vier jeweils paarweise gegenüberliegend seitlich des
Walzbandes (6) angeordnete, jeweils mit einem
Positionsmeßgeber (7) zur Messung ihrer Hubstellung
(LA1, LA2, LB3, LB4) versehene druckbeaufschlagbare
Anstellzylinder (1, 2, 3, 4) aufweist, wobei die
Steuereinrichtung in Abhängigkeit von den Meßwerten der
Positionsmeßgeber (7) ein Steuersignal (SA1, SA2, SB3, SB4)
zum Anheben, Absenken oder Verschwenken des
Gerüstoberteils (5) unter Berücksichtigung eines aus der
Differenz der Hubstellung ermittelten Längendifferenzwertes
(dLB, dLB) abgibt,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Anstellzylinder (1, 2, 3, 4) mindestens eines Anstellzylinderpaares (A, B) jeweils einen mit der Steuereinrichtung (10) verbundenen Meßwertgeber (8) zum Erfassen der von den Anstellzylindern (1, 2, 3, 4) aufgenommenen Reaktionskraft aufweisen und
- - daß die Steuereinrichtung (10) einen Reaktionskraftdifferenzwert (dFA, dFB) ermittelt, aus dem nach Multiplikation mit einem Verstärkungsfaktor (f), ein Längendifferenzwert (CA, CB) der Anstellzylinderpaare (A, B) errechnet wird, aus dem die Steuereinrichtung (10) für mindestens einen dieser Anstellzylinder (1, 2, 3, 4), das Steuersignal (SA1, SA2, SB3, SB4) ermittelt.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Steuereinrichtung (10) Zahlenspeicher aufweist, in denen
die für einen Stellvorgang ermittelten Längendifferenzwerte
(CA, CB) derart abspeicherbar sind, daß sie für die
Ermittlung der Korrekturwerte des anschließenden
Stellvorgangs abrufbar sind.
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß sie einen
Regelkreis (12) aufweist, durch den die Längendifferenzwerte
(CAn, CBn), beginnend mit einem Anfangswert, iterativ
bestimmbar sind.
4. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Steuereinrichtung (10) Zahlenspeicher aufweist, in denen
die für jeden Stellvorgang ermittelten Längendifferenzwerte
(CA, CB) aufsummierbar sind, und daß die Steuereinrichtung
(10) bei Überschreiten eines Grenzwertes dieser Summe ein
Warnsignal abgibt.
5. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Steuereinrichtung (10) bei Überschreiten eines Grenzwertes
für den Differenzbetrag der von den Anstellzylindern
(1, 2, 3, 4) eines Anstellzylinderpaares (A, B) aufgenommenen
Reaktionskräfte (dFA, dFB) ein Warnsignal abgibt.
6. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Steuereinrichtung (10) bei Überschreiten eines Grenzwertes für
eine Summe, die aus der Addition der für jedes
Anstellzylinderpaar (A, B) bestimmten Differenz der
Reaktionskräfte (dFA, dFB) gebildet ist, ein Warnsignal abgibt.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19914138639 DE4138639C1 (de) | 1991-11-25 | 1991-11-25 | |
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19914138639 DE4138639C1 (de) | 1991-11-25 | 1991-11-25 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE4138639C1 true DE4138639C1 (de) | 1993-02-25 |
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EP (1) | EP0614404B1 (de) |
JP (1) | JPH08500293A (de) |
DE (1) | DE4138639C1 (de) |
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