WO2006136484A1

WO2006136484A1 - VERFAHREN ZUR REGELUNG UND/ODER STEUERUNG EINES ANSTELLSEGMENTES IN EINER STRANGGIEßANLAGE UND VORRICHTUNG HIERFÜR

Info

Publication number: WO2006136484A1
Application number: PCT/EP2006/062374
Authority: WO
Inventors: Bernhard Weisshaar
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2005-06-20
Filing date: 2006-05-17
Publication date: 2006-12-28
Also published as: DE102005028703A1; CN101247908A; EP1893367B1; EP1893367B2; ATE549111T1; EP1893367A1; 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 10 und/oder Steuerung einer Schräglage zwischen einem Eingang (EN) und einem Ausgang (EX) mittels eines Längs-Reglers (L) ein Positionskorrekturwert (Wsen,Wsex) ermittelt wird.

Description

Beschreibung

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

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 ih^¬ rer 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 O- berrahmen 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 beispiels^¬ weise 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 Ein^¬ gang 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 vorzugs^¬ weise unter 0,1 mm liegen. Des Weiteren hat das Anstellseg^¬ ment 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 Anlagenbe^¬ trieb 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 Ausgangs^¬ maulweite 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 ermit^¬ telt 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 ei^¬ nem 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, bei^¬ spielsweise des Oberrahmens, quer zur Gießrichtung kontrol^¬ liert 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 Posi^¬ tionsregler auf der Eingangsseite und ein zweiter Positions^¬ korrekturwert für die Positionsregler auf der Ausgangsseite ermittelt. Die Schräglage zwischen dem Eingang und dem Aus^¬ gang 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 Po^¬ sition gehalten werden.

Eine vorteilhafte Variante der Erfindung ist, dass ein Schräglagen-Istwert durch eine Differenzbildung von Positi^¬ onswerten von Verstellelementen am Eingang und/oder am Ausgang ermittelt wird. Da die einzelnen Positionsregler vorzugsweise bereits einzelne Positionsgeber aufweisen, ist die^¬ se Vorgehensweise vorteilhaft. Zweckmäßigerweise wird für die Differenzbildung ein Mittel^¬ wert der Positionswerte am Eingang und/oder Ausgang bereitge^¬ stellt. Da der Eingang und der Ausgang jeweils eine Schrägla^¬ ge in Querrichtung aufweisen können, ist für die Ermittlung des Schräglagen-Istwertes eine Mittelwertbildung der einzel^¬ nen Positionswerte der Verstellelemente am Eingang und/oder der Verstellelemente am Ausgang vorteilhaft .

Eine weitere Steigerung der Regelgenauigkeit wird dadurch er^¬ reicht, 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, abge^¬ löst wird. Mit großem Vorteil wird bei Ausfall eines Positi^¬ onsgebers der Positionsregler beispielsweise von einem pro^¬ portionalen 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 auf^¬ gesetzt werden. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass bei Ausfall oder bei Nichterreichen eines Positionssollwertes eines Positionsreg^¬ lers 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 hinzu^¬ addiert 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 Schließ^¬ richtung, 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 wer^¬ den .

Vorteilhaft ist, dass der Positionskorrekturwert für die Po^¬ sitionsregelung über eine Kaskadenregelung ermittelt wird, wobei ein Fehlerregelkreis einen Kraftbegrenzungs-Regelkreis einschließt und der Kraftbegrenzungs-Regelkreis einen Schräg^¬ lagen-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 Schräglagenbe^¬ grenzungsregler, die Kraftbegrenzungsregler bis zu den Fehlerreglern vorgenommen werden. Die vorrichtungsbezogene Aufgabe wird bezogen auf die ein^¬ gangs 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 An^¬ stellsegmentes 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 be^¬ grenzt 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 Ver^¬ stellelemente am Ausgang vorhanden sind. Durch die Möglichkeit mit Mittelwerten von zwei oder mehr verschiedenen Positionswerten zu arbeiten erhöht sich die Genauigkeit der Rege^¬ lung .

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 Verstellele^¬ mentes erhält, auf.

Vorzugsweise ist für jeden Positionsregler ein Kraftbegrenzungsregler vorhanden.

Ein bevorzugtes, jedoch keinesfalls einschränkendes Ausfüh^¬ rungsbeispiel der Erfindung wird nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Zur Verdeutlichung ist die Zeichnung nicht maßstäblich ausgeführt, und gewisse Merkmale sind nur schema^¬ tisiert dargestellt.

Im Einzelnen zeigt:

FIG 1 schematisch einen Ausschnitt einer Stranggießanlage mit Anstellsegmenten, FIG 2 schematisch ein Anstellsegment mit Rollen in einer

Seitenansicht,

FIG 3 schematisch das Anstellsegment in einer Draufsicht, FIG 4 schematisch das Anstellsegment in einer Seitenansicht mit Anstellvorrichtungen, FIG 5 ein Blockschaltbild einer Regelvorrichtung,

FIG 6 einen Positionsregler im Detail,

FIG 7 einen Kraftbegrenzungsregler im Detail,

FIG 8 einen Quer-Regler im Detail und

FIG 9 einen Längs-Regler im Detail.

Figur 1 zeigt ausschnittsweise eine Prinzipdarstellung einer Stranggießanlage 2. Die Stranggießanlage 2 ist mit Anstell^¬ segmenten 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, wel^¬ ches 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 ge^¬ führt. Nach Austritt des Stranges 3 aus einem letzten An^¬ stellsegment wird der Strang 3 auf einem Rollentisch 4 für einen nächsten Bearbeitungsschritt in der Stranggießanlage 2 geführt .

Figur 2 zeigt ein Anstellsegment 1 in einer Seitenansicht. Das Anstellsegment 1 weist einen Unterrahmen 9 und einen 0- berrahmen 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 be^¬ liebige Dicken eines Stranges 3 eingestellt werden. Exempla^¬ risch 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 Riehtsegment mit abnehmender Krümmung bezeichnet.

Figur 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 Anstell^¬ vorrichtung 15 auf. Mittels der vier Anstellvorrichtungen 12, 13, 14, 15 kann der Oberrahmen 10 des Anstellsegmentes 1 ge^¬ genüber 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 gewis^¬ ser Grenzen positioniert oder justiert werden.

Figur 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 Schrägla^¬ ge des Oberrahmens 10 wird eine Dickenreduktion des Stranges 3 erzielt.

Figur 5 zeigt eine Vorrichtung zur Regelung und/oder Steuerung des Anstellsegmentes 1 ausschnittsweise in einem Block^¬ schaltbild. Die Regelvorrichtung ist mit je einem Positions^¬ regler S1,S2,S3 und S4 für die vier Anstellsegmente 12,13,14, 15 hergerichtet. Am Ausgang der Positionsregler Sl bis S4 wird die jeweilige Stellgröße yl bis y4, welche als Servoven- tilstromwert oder als Positionswert ausgegeben wird, bereit^¬ gestellt. Jedem Positionsregler Sl bis S4 ist je ein Kraftbe^¬ grenzungsregler Fl bis F4 zugeordnet. Des Weiteren ist den Positionsreglern Sl und S2 ein Quer-Regler Qi₂ zum Begrenzen einer Schräglage quer zu einer Transport- oder Gießrichtung zugeordnet. Analog zu den Positionsreglern Sl 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 Sl bis S4 mit den jeweiligen Positionsistwerten Xsi,xs2,xs3 und x_S4 versorgt, welche über Positi^¬ onsgeber (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 Sl bis S4 jeweils Positionssollwerte W_Si, W₃₂, W_S3, W_S4 und Positionskor^¬ rekturwerte, die mittels der überlagerten Teilregler ermit^¬ telt werden.

Die Quer-Regler Qi₂ und Q34 sind zur Bereitstellung von Posi^¬ tionskorrekturwerten W₃₁₁₂, W₃₂₁₂, W_S334 und W_S434 hergerichtet. Auch die Kraftbegrenzungsregler Fl bis F4 sind zur Erzeugung von Positionskorrekturwerten W_SFI 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 Sl bis S4 weisen eine lineare proportionale Charak^¬ teristik (P-Regler) auf. Bei Ausfall eines Positionsgebers eines Anstellsegmentes 12 bis 15 wird der jeweilige Positi^¬ onsregler Sl bis S4 (26 in Figur 6) "ruckfrei" von einem proportionalen Fehlerregler 24 (siehe Figur 6) abgelöst. Jedem Positionsregler 26 (Sl bis S4) W_F ist also je ein Fehlerreg^¬ ler 24 zugeordnet. Als Sollwert erhalten diese Fehlerregler 24 einen Kraftistwert x_Fi bis x_F4 der jeweiligen Nachbar- Anstellvorrichtung. Der Fehlerregler 24 ist ein Kraftregler und kein Begrenzungsregler, der Fehlerregler 24 hat mit den Kraftbegrenzungsreglern Fl bis F4 keine Gemeinsamkeiten und wird nur bei Ausfall eines jeweiligen Positionsgebers aktiv. Bei Übernahme eines Fehlerreglers 24 werden die momentanen Positionskorrekturwerte W_Sn₂, W₃₂₁₂, W₃₃₃₄, W_S434 der Quer-Regler Q_i2 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 Fl bis F4 besteht aus drei Teilkraftreglern 30, 31, 32 (siehe Figur 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 Mindestan- drückkraft 36, wenn der zugehörige Positionssollwert, bei^¬ spielsweise Wsi, nicht zum Kontakt mit dem Strang 3 führt. Dabei ist das Vorzeichen der Kraft X_F für die Schließrichtung als positiv vereinbart. Alle Kraftbegrenzungsregler Fl bis F4 erzeugen Positionskorrektursollwerte W_Sfi bis W_Sf4, die zu den Positionssollwerten W_Si 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 Öff^¬ nungsrichtung 34 und größer Null. Während eines normalen Betriebes, d.h. der Kraft-Istwert x_F ist kleiner Null aber grö^¬ ßer 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 Regelab^¬ weichung 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 posi^¬ tiv. Der Ausgang des Teilkraftreglers 31 liefert daher einen positiven Korrektursollwert W_SF für den zugehörigen Positi^¬ onsregler. 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 Schließ^¬ richtung 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 W₃F 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 selbst^¬ tätig zurückgefahren. Für die Quer-Regler Q_i2 und Q₃₄ (siehe Figur 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 Teilkraft^¬ regler Fl 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 Positi^¬ on auf der niedrigen Seite anhebt und das zudem sehr dyna^¬ misch .

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 Rege^¬ lungsfunktion 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 Qi₂ eine Kipplage des O- berrahmens 10 an den Hydraulikzylindern der Anstellvorrichtungen 12 und 13 zu überwachen. Der Quer-Regler Qi₂ wird nur aktiv, wenn eine maximal zulässige Positionsdifferenz ASi₂ oder Schräglage überschritten wird. Sind die beiden Anstell^¬ vorrichtungen 12 und 13 in der Lage sich in die geforderte Richtung zu bewegen, wird die Schräglage von beiden Anstell^¬ vorrichtungen 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 Qi₂ 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 Qi₂ 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 Differenzbil^¬ dung der gemittelten Positions-Istwerte auf der Eingangsseite und auf der Ausgangsseite des Anstellsegmentes 1 gebildet (siehe Figur 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 wei^¬ tere Bewegung verhindert, weil die maximale Kraft in Schließ^¬ richtung 35 erreicht ist, wird nur das andere Anstellvorrich^¬ tungs-Paar 14 und 15 durch Anheben der Position des Oberrahmens 10 die Schräglage vermindern. Bei Überschreitung einer maximal zulässigen Schräglage wird deshalb immer die niedri^¬ gere Position der höheren Position nachgeführt.

Die Quer-Regler Q_i2 und Q₃₄ sowie der Längs-Regler L zeichnen sich dadurch aus, dass sie der Positionsregelung überlagert sind und einen Positions-Korrekturwert erzeugen. Der Integ^¬ ralanteil liefert dabei den stationären Korrektursollwert. Dieser wird selbst auch wieder begrenzt, um ein zu starkes "Aufladen" des I-Anteils zu unterbinden. Figur 6 zeigt einen der Positionsregler Sl 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 Fehler^¬ signal 22 zu eins und somit der Freigabeeingang 23 des Posi^¬ tionsreglers 26 mittels des Invertierers 25 gesperrt und sei^¬ ne 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 "ruck^¬ frei" von dem Fehlerregler 24 abgelöst. Der Fehlerregler 24 erhält als Sollwert den Kraft-Istwert der jeweiligen Nachbar- Anstellvorrichtung. Weiterhin weist ein Positionsregler Sl bis S4 einen Offset-Integrator 20 zum Ausgleich eines Servo- ventil-Leckstroms und zur Überwindung von Haftkräften im Hydraulikzylinder der Anstellvorrichtungen auf.

Figur 8 zeigt im Detail einen der Quer-Regler Q_i2 oder Q₃₄. Ein solcher Quer-Regler weist zwei PI-Regler mit Begrenzung 40, 41 auf. Über eine erste Differenzbildungsstelle werden die Positions-Istwerte x_Si und x_S2 an je zwei weitere Diffe^¬ renzbildungsstellen, auf die der Maximalwert ASi₂ aufgeschal^¬ tet ist, geführt.

Figur 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_Si bis x_S4 hergerichtet. Aus den Positions-Istwerten x_Si und x_S2 wird mittels einer ersten Mul^¬ tiplikationsstelle 44 der Mittelwert gebildet. Auch die Posi- tions-Istwerte x_S3 und x_S4 werden über eine zweite Multiplika^¬ tionsstelle 45 gemittelt .

Eine konsequent additive Verschaltung der Positionsregler Sl bis S4, der Kraftbegrenzungsregler Fl bis F4, der Quer-Regler Qi2,Q34 und des Längs-Reglers L über Positionskorrekturwerte lässt eine vereinfachte Inbetriebnahme einer Regelvorrichtung für eine Stranggießanlage 2 zu. Die Parametrierung der Regel^¬ kreise kann systematisch von innen nach außen, beginnend mit den Positionsreglern Sl bis S4 über die Schräglagen-Begrenzungsregler Q₁₂, Q34 und L, die Kraftbegrenzungsregler Fl bis F4 bis zu den Fehler-Reglern 24 vorgenommen werden. Darüber hinaus hat jeder Teilregler eine klar abgrenzbare Aufgabe oh^¬ ne 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

Patentansprüche

1. Verfahren zur Regelung und/oder Steuerung eines Anstellsegmentes (1) in einer Stranggießanlage (2), wobei das An^¬ stellsegment (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 je^¬ dem Verstellelement (12,13,14,15) je ein Positionsregler

(Sl, S2, S3, S4) zugeordnet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zur Rege^¬ lung und/oder Steuerung einer Schräglage in Gießrichtung mittels eines Längs-Reglers (L) ein Positionskorrekturwert

(Wsen^Wsex) ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zumindest auf der Eingangsseite je zwei der Positionsregler (Sl, S2, S3, S4) mit einem Quer-Regler (0.12,0.34) 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.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass jedem Posi^¬ tionsregler (Sl, S2, S3, S4) ein Kraftbegrenzungsregler (F1,F2,F3,F4) zugeordnet ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass durch den Längs-Regler (L)

- ein erster Positionskorrekturwert (W_sen) für die Positions^¬ regler (Sl, S2) auf der Eingangsseite und - ein zweiter Positionskorrekturwert (W_sex) für die Positi^¬ onsregler (S3,S4) auf der Ausgangsseite ermittelt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Schräg^¬ lagen-Istwert (Xsis2, Xsis∑) durch eine Differenzbildung von Po^¬ sitionswerten (Xsi, Xs2, Xs3, Xs4) von Verstellelementen (12,13,14,15) am Eingang (EN) und/oder am Ausgang (EX) ermittelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass für die Dif^¬ ferenzbildung ein Mittelwert (X_sen?Xsex) der Positionswerte am Eingang (EN) und/oder Ausgang (EX) bereitgestellt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Quer- Regler (Q) und/oder der Längs-Regler (L) eine nichtlineare Charakteristik aufweisen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Quer- Regler (Q) und/oder der Längs-Regler (L) derart nichtlinear sind, dass eine Schräglage durch Erhöhen der jeweils niedri^¬ geren Seite abgebaut wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Quer- Regler (Q) und/oder der Längs-Regler (L) nicht auf negative Regelabweichungen reagieren.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass bei Ausfall eines Positionsgebers der zugehörige Positionsregler

(Sl, S2, S3, S4) durch einen Fehlerregler (24), welcher als Sollwert einen Kraftistwert (X_Fi, XF2, XF3, XF4) des nächstgelege^¬ nen Verstellelementes (12,13,14,15) erhält, abgelöst wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass bei Ausfall eines Positionsgebers der Positionskorrekturwert (W_Sn₂, Ws₂i_2fW_sen,W_Seχ) des Quer-Reglers (Q) und/oder der des Längs- Reglers (L) für die Dauer des Ausfalls auf seinem letzten Wert gehalten wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass bei Ausfall oder bei Nichterreichen eines Positionssollwertes eines Posi^¬ tionsreglers (Sl, 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.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Kraftbe^¬ grenzungsregler (Fl, F2 , F3, F4 ) bei Überschreiten einer Kraftgrenze (34,35,36) einen Positionskorrekturwert

(Ws_fi,W_Sf2,W_Sf3,W_Sf4) erzeugt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass einer der Kraftbegrenzungsregler (Fl, F2, F3, F4) mindestens drei Teilkraftregler (30,31,32) umfasst.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass für jedes Verstellelement (12,13,14,15) mindestens eine (r) der folgen^¬ den 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) .

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Positi^¬ onskorrekturwert für die Positionsregelung über eine Kaska- denregelung ermittelt wird, wobei der Fehler-Regelkreis einen Kraftbegrenzungs-Regelkreis einschließt und der Kraftbegren- zungs-Regelkreis einen Schräglagen-Regelkreis und der Schräg^¬ lagen-Regelkreis einen Positions-Regelkreis einschließt.

17. 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, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zur Rege^¬ lung und/oder Steuerung der Position und/oder Schräglage in Gießrichtung ein Längs-Regler (L) vorhanden ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, 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 (Sl, S2) am Eingang (EN) und

- einem zweiten Positionskorrekturwert (W_sex) für mindestens einen Positionsregler (S3,S4) am Ausgang (EX), hergerichtet ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 oder 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass jedes Ver^¬ stellelement (12,13,14,15) einen Positionsgeber aufweist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zur Rege^¬ lung 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.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zur Bildung eines Schräglagen-Istwertes (Xsis2, Xs3s4) für den Längs-Regler

(L) Mittel zur Differenzbildung und/oder Mittelwertbildung der Positionswerte (X_Si, Xs2, Xs3, Xs4) der Verstellelemente

(12,13) am Eingang (EN) und der Verstellelemente (14,15) am Ausgang (EX) vorhanden sind.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Quer- Regler (Qi2,Q34) und/oder der Längs-Regler (L) eine nichtline^¬ are Regel-Charakteristik aufweist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Positi^¬ onsregler (Sl, S2, S3, S4) einen Fehlerregler (24), welcher bei Ausfall eines Positionsgebers als Sollwert einen Kraftistwert

(XFI, XF2, XF3, XF4) des nächstgelegenen Verstellelementes (12,13,14,15) erhält, aufweist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 23, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass für jeden Positionsregler (Sl, S2, S3, S4) ein Kraftbegrenzungsregler

(F1,F2,F3,F4) vorhanden ist.