DE2440166C2 - Vorrichtung zur Dickenregelung von Walzband - Google Patents

Description

ΦΛ, · <P>h '

ein Exzentrizitäts-Rechenglied (25) zum Bestimmen der Walzenexzentrizität (e) aus dieser Kohärenzfunktion (γ²), und Rechenglieder (41, 42) zum Berechnen der Phase der Walzenexzentrizität relativ zur Drehbewegung der Walzen (2, 2', 3) aus der Korrelation zwischen einem Bezugssignal des Antriebssystems der Walzen (2, 2', 3) und dem modifizierten Walzkraftsignal; und daß eine Einrichtung zur Rückkopplung der eingangsseitigen Dikkenkomponente des diese eingangsseitige Dickenkomponente und eine Walzenexzentrizitätskomponente enthaltenden modifizierten Walzkraftsignals zum Steuerorgan die folgenden Bauteile enthält:
einen Filter (29) für das modifizierte Walzkraftsignal, welches lediglich mit einer Walzenexzentrizitäts-Frequenz (fe) abgestimmte Ausgangssignale durchläßt,

ein Koeffizienten-Multiplizierer (30), welcher aus dem gefilterten Signal durch Multiplizieren mit einem Koeffizienten β = 1 — γ² die Walzenexzentrizitätskomponente bestimmt, und
Glieder (32,35), welche die Abweichungen zwischen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Dicke von Walzband für ein Walzgerüst mit einer hydraulischen Anstelleinrichtung und einem zugehörigen Steuerorgan der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Die herstellungsbedingten oder durch Strukturänderungen sowie durch Temperaturänderungen des Walzenballens hervorgerufenen Walzenexzentrizitäten führen zu zyklischen Änderungen der Dicke des Walzbandes und damit zu dessen Qualitätsminderung. Herkömmliche Regelungsvorrichtungen zur Erzielung engster Banddickentoleranzen, bestehend aus einem Banddickenmesser, einem Sollwertgeber, einem Regler und einer hydraulischen Abteileinrichtung, sind aufgrund ihrer Ansprechträgheit zur Kompensation von Walzenexzentrizitäten insbesondere bei schnellaufenden Bandstraßen nicht geeignet Auch neuere Regelungsvorrichtungen mit indirekter Banddickenmessung im Walzspalt mit Hilfe von Kraftmeßdosen oder direkter Banddikkenmessung im Walzspalt führten nicht zu dem angestrebten Ziel einer möglichst vollständigen Kompensation der durch die Walzenexzentrizitäten verursachten Banddickenänderungen.

Aus der DE-OS 18 09 639 ist bereits eine Vorrichtung zur Dickenregelung von Walzband der angegebenen Gattung bekannt, bei welcher Walzkraftänderungen und Dickenänderungen des in den Walzspalt einlaufenden Bandes durch gesonderte Fühler gemessen und in elektrische Signale umgewandelt werden. Aus beiden Signalen wird durch Vergleich ein Verhältnissignal erzeugt, das zusammen mit dem die Walzgutdicke kennzeichnenden Signal durch Vi'jltiplizieren in ein modifiziertes Signa! umgewandelt wird. Aus diesem modifizierten Signal und dein ersten, d. h. dem Walzkraft-Signal wird durch Subtraktion ein Steuersignal erhalten, welches vorwiegend diejenigen Änderungen der Ausgangsdicke des Walzgutes kennzeichnet, die durch Walzenexzentrizität hervorgerufen worden sind. Dieses Steuersignal wird dem Steuerorgan der Anstellvorrichtung zugeführt. Aufgrund nur einfacher Umrechnurgsvorgänge entsprechen jedoch diese Steuersignale nicht genau den jeweiligen Walzenexzentrizitäten und die Verstellung der Anstellvorrichtungen erfolgt mit einer zeitlichen Verzögerung, wodurch nur ein unvollständiger Ausgleich der durch Walzenexzentrizitäten hervorgerufenen zyklischen Banddickenänderungen erreicht werden kann.

Aufgabe der Erfindung Ut es, die Walzenexzentrizitäts-Komponente mit einfachen Mitteln genau zu bestimmen und ihren nachteiligen Einfluß auf die Dickenregelung des Walzbandes praktisch verzögerungsfrei zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Gemäß der Erfindung wird zum Erfassen der Walzenexzentrizität eine statistische Technik angewendet, um diese Störgröße aus dem Dickenregelkreis zu entfernen. Das Prinzip der erfindungsgemäßen Regelung wird im folgenden erläutert.

Im allgemeinen kommen zyklische eingangsseitige

Dickenänderungen des Walzbandes selten vor und können als statistische Zufallswerte betrachtet werden. Im Gegensatz hierzu bewirkt die Walzenexzentrizität zyklische Dickenänderungen. Andererseits sind die ausgangsseitigen Dickenänderungen eine Funktion der eingangsseitigen Dickenänderungen und der Walzenexzentrizitätsänderung und stellen ebenfalls Zufallswerte dar. Da somit die meßbaren Werte, d. h. die eingangsseitige Dicke bzw, eine fiktive ausgangsseitige Dicke des Walzbandes 1 Zufallswerte sind, ist es notwendig, die Daten als statistische Werte zu verarbeiten, um die Walzenexzentrizität e zu erhalten. Zur Datenverarbeitung gemäß der Erfindung werden zunächst die Autokorrelationsfunktionen und die Kreuzkorrelationsfunktion der eingangsseitigen Walzbanddicke Ai und einer fiktiven Walzbanddicke A₂ in einem Korrelator erhalten. Anschließend wird über die Korrelationsfunktionen das Fourier-Integral gebildet, um die entsprechenden Leistungsspektren zu bestimmen, aus denen anschließend die Kohärenz berechnet wird, um die eingangsseitige Dicke Ai und die Walzenexzentrizität e voneinander zu trennen.

Die Autokorrelationsfunktion ist für die eingangsseitige Dicke Aiftjfolgendermaßen definiert:

AA₁ = lim 4:

(D

Entsprechend ist die Autokorrelationsfunktion Rhi für die fiktive Dicke Λ^ζ/definiert.

Weiter ist die Kreuzkorrelationsfunktion ΛΛ1Λ2 für die eingangsseitige Dicke h\(t)und die fiktive Dicke hi(t) folgendermaßen definiert:

ΛΛι A₂ = lim —

AOh₂(I+τ) dl.

(2)

Die genannte Korrelationsfunktion gibt primär das statistische Merkmal eines Signals wieder. Dieses Merkmal wird jedoch noch deutlicher durch das Ermitteln eines Leistungsspektrums. Dieses Leistungsspektrum entspricht dem Quadrat der Fourier-Komponente, die sich als Fourier-Transformation der Korrelationsfunktion ergibt. Demzufolge e^rgeben sich die Auto-Leistungsspektren ΦΛ| und ΦΙη für die eingangsseitige Dicke h\(t)\ma die fiktive Dicke hi(t)z\i:

1 = j ÄÄ,

2 = \ Rh₁

exp (- jlnft) dr,

(3)

exp (-j

dr.

während sich das Kreuz-Leistungsspektrum Φ H_xIi₁ für /),(/) und I)₂(I) ergibt zu:

= j

exp (-j2n/r) dr. (4)

Die Autokorrelationsfunktion ist symmetrisch zu r = 0, während die Kreuzkorrelationsfunktion zu T = O unsymmetrisch ist. Demzufolge enthalten die Auto-Leistungsspektren ΦΛι und Φ/;? der eingangsseitigen Dicke h\(t) und der fiktiven Dicke h(t) nur reelle Zahlen, während das Kreuz-Leistungsspektrurn Φ Ai A₂ einen Realteil und einen Imaginärteil aufweist.
Die Kohärenz ist ein Faktor, der die Beziehung zwischen jedem Eingangssignal und dem Ausgangssignal wiedergibt, wenn es mehrere Eingangssignale im Regelkreis gibt Demzufolge kann durch Messen der Kohärenz der eingangsseitigen Dicke Ai und der fiktiven Dicke Aj numerisch bestimmt werden, ob die zyklische Änderung der fiktiven Dicke Aj von der eingangsseitigen Dicke Ai oder von der Walzenexzentrizität e stammt Diese Kohärenz γ¹ ist folgendermaßen definiert:

ΦΑ, ·ΦΛ₂'

wobei das Produkt y²Ai aus der Kohärenz γ⁷ und der eingangsseitigen Dicke A| den Anteil der Änderung der

eingangsseitigen Dicke Ai an der Änderung der fiktiven Dicke A₂ wiedergibt Bei einer Walzen .*.zentrizität e=0 ergibt sich demzufolge y² = i, wodurch die fiktive Dicke Λ2 nur durch die eingangsseitige Dicke Ai bestimmt wird. Wenn andererseits y²<l ist, dann ist (1—y²)Ai die Komponente der Walzenexzentrizität e bei ihrer Frequen? Das heißt gemäß dem erfindungsgemäßen Regler mit Dickenmesser werden zunächst die gesamte Leistung des Walzenexzentrizitätszyklus fe und die Leistung des reinen Walzenexzentrizitätsteils bestimmt,

JO dann ihr Verhältnis JS=I-J"² ermittelt, wonach die Walzenexzentrizitäts-Komponenie als Eingangssignal dem selbsttätigen Dickenregelkreis mit Dickenmesser zugeführt wird, wodurch ihr Einfluß beseitigt wird.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigt

Fig. I einen Dickenregelkreis mit Meßfühlern und Stellgliedern an einem Quarto-Walzgerüst,

Fig.2 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zum Erfassen eines die Walzenexzentrizität kennzeichnenden Steuersignals bei einem Duo-Walzgerüst,

Fig.3 die gemäß Fig.2 erhaltene Kohärenz in Abhängigkeit von der Frequenz,
Fig.4 ein Blockschaltbild der Regelungsvorrichtung, Fig.5 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zum Erfassen einer Phaseninformation auf der Grundlage des Drehwinkels einer Walze.

Das in F i g. 1 schematisch dargestellte Walzgerüst weist Arbeitswalzen 2 und Stützwalzen 3 zum Walzen eines Bandes 1 auf. Die Walzenanstellung erfolgt mittels einer hydraulischen Anstelleinrichtung, die aus einem Hydraulikzylinder 5, einem Anstellglied 6 und aus einem Stellventil 4 zum Einstellen des Walzspaltes über die zu?efü^v:rt5 Ölmenge besteht. Zur Walzband-Dickenregelung während des Walzbetriebes werden die Verschiebungen S del Anstellgliedes 6 durch einen Meßfühler 7 erfaßt und die rückgeführten Meßwerte mit einem Dickensollwert ha verglichen. Gleichzeitig wird die Walzkraft Z⁷ mittels eines Druckfühlers 8 gemessen.

Die Walzkraft-Meß.verte werden in einem Koeffizientenmultiplizierer 9 durch eine Gerüstkonstante km geteilt und zu den Werten des Meßfühlers 7 in ?.inem Summierglied 10 addiert, um negativ zum Vorgleich mit dem Sollwert Ad rückgeführt zu werden. Mit dieser

f>5 Einrichtung wird die Beziehung

h_d=(S+P/km)
erfüllt, so daß die Dicke des Walzbandes konstant bleibt.

F i g. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Kohärenzrechners mit den Meßfühlern und weiteren Bauteilen des Regelkreises. Die eingangsseitige Walzbanddicke h\ wird mittels eines als Röntgenstrahl-Dickenmesser 13, 13' ausgebildeten Fühlers gemessen. Der Dickenmesser 13, 13' ist im Abstand /vor dem Walzspalt angeordnet, so daß die momentane eingangsseitige Walzbanddicke h\ durch Vorsehen einer Verzögeriingsschaltung 14 erhalten werden kann, die das Meßsignal um l/v verzögert, wobei ν die Einlaufgeschwindigkeit des Walzbandes 11 ist. Die vom Druckfühler 8 erfaßten Walzkraft-Meßwerte werden einem Koeffizienzmultiplizierer 16 eingegeben und mit l/^rmultipliziert, wobei /erder Gradient der Formänderung des Walzgutes ist. Das Produkt wird von der eingangsseitigen Walzbanddicke h\ in einem Summierglied 17 abgezogen, um die fiktive Walzbanddicke h₂ zu erhalten. Dann werden diese Dickenwerte h\ und /?2 Korrelatoren 18 bis 20 7iigeführt. um die Autokorrelationsfunktionen Rh: und Rh: sowie die Kreuzkorrelationsfunktion Rh\hi zu erhalten, die dann in Leistungsspektrum-Rechengliedern 21 bis 23 Fourier-transformiert werden, um die Leistungsspektren ^rPh\. 'Ph₂. ^<Ph\h₂ zu erhalten. Diese Werte werden einem Kohärenzrechner 24 eingegeben, um die als

' Φ/ΐ; ■ <Ph_:

definierte Kohärenz zu erhalten, aus der die Walzenexzentrizitäts-Komponente e mittels eines Exzentrizitäts-Rechengliedes 25 errechnet werden kann.

Wie beschrieben, gibt die Kohärenz y² die Beziehung zwischen der eingangsseitigen Walzbanddicke h\ und der fiktiven Walzbanddicke /j> wieder. Wenn der die Änderung der fiktiven Walzbanddicke /?2 bestimmende Faktor allein die eingangsseitige Walzbanddicke h\ ist. ergibt sich für die Kohärenz ;·²=Ι. Wenn jedoch die fiktive Walzbanddicke hi noch durch andere Faktoren, wie die Walzenexzentrizität c. beeinflußt wird, wird die Kohärenz /²<1 bei einer Frequenz fe. Wie in F i g. 3 dargestellt, verringert sich die Kohärenz bei verschiedenen Frequenzen gegenüber dem Wert 1, was auf die gegenseitige Beeinflussung der Stützwalzenexzentrizität und Arbeitswalzenexzentrizität zurückzuführen ist. Es sei angenommen, daß /ti und 4j erste und dritte Frequenzen der Stützwalze und /»ι und /»3 erste und dritte Frequenzen der Arbeitswalze sind.

Die Berichtigung der Walzenexzentrizitäts-Komponente kann abhängig von der gewünschten Dickengenauigxeit bestimm werden. Der Bereich, in dem die Walzenexzentrizität die ausgangsseitige Dicke /?₂ beeinflußt, wurde als Kohärenz y²(f) bestimmt, so daß die Zulässigkeitsgrenze (Toleranzgrenze) ya² von y²(f) entsprechend der zu gewährleistenden Dickengenauigkeit eingestellt werden kann. Demzufolge ergibt sich für väⁱ<y¹(f)^\ nur ein geringer Einfluß infolge der "Walzenexzentrizität Gemäß dem in F i g. 3 dargestellten Beispiel muß die dritte Frequenz /».3 der Arbeitswalze nicht korrigiert werden, während lediglich f-_o 1, /»1 und fb 3 korrigiert werden müssen.

Zum Korrigieren müssen die Größe der Exzentrizität (Verstärkungsfaktor) bei der Frequenz fe und auch die Phase bestimmt werden. Die Phaseninformation kann anhand eines Bezugssignals auf der Grundlage des Drehwinkels der Stützwalze oder der Arbeitswalze erhalten werden. Wenn z. B. die Größe der Walzenexzentrizität im Stützwalzensystem bei f=fb\ groß ist und korrigiert werden soll, dann kann die Phase zusammen mit dem Verstärkungsfaktor durch die Korrelation zwischen der Walzkraft und der Stützwalzendrehzahl bestimmt werden. F i g. 5 zeigt ein Blockschaltbild, bei dem diese Phaseninfomation als Ausgangssignal dem

- Dickenregelkreis zugeführt wird. Die Phaseninformation wird durch Berechnen der Korrelation zwischen der vom Druckfühlcr 8 erfaßten Walzkraft und dem von einem Impulsgenei .itor 40 erfaßten Drehwinkel mittels eines Rechners 41 erhalten und als Ausgangssignal einer Schaltung 42 zum Kompensieren der Phasenverzögerung des Dickenregelkreises zugeführt.

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer typischen Ausführung der Dickenregelungsvorrichtung. In der Figur ist eine Übertragungsfunktion C eines Servostellgliedes für den Dickensollwert ha dargestellt. Die Übertragungsfunktion G ist im Niederfrequenzbereich verzögerungsfrei und hat einen Verstärkungsfaktor von Eins. Mit λ ist ein Koeffizient bezeichnet, der im allgemeinen Eins ist. Die Walzenexzentrizität beeinflußt als Störgröße die fiktive ausgangsseitige Dicke h₂. Sie wird als Walzkraft erfaßt und dem Rückkopplungsweg 26 über die bereits genannten Schritte zugeführt. Zu diesem Zweck ist der Rückkopplungsweg 26 in einen Rückkopplungszweig 27 und einen Rückkopplungszweig 28 verzweigt, wodurch das die eingangsseitige Dickenkomponente und die Walzenexzentrizitäts-Komponente enthaltende Signal einerseits einem Verknüpfungsglied 32, andererseits einem Filter 29, dessen Dämpfung nur bei einer Walzenexzentrizitäts-Frequenz fe Null ist und der keine Phasenvenögerung verursacht, und danach einem Koeffizientenmultiplizierer30 mit/? = 1 — y² zugeführt wird. Dadurch gelangt die Walzenex/entrizitäts-Komponente als negatives Ausgangssignal nur bei der Walzenexzentrizitätsfrequenz fe über den Rückkopplungswert 31 zum Verknüpfungsglied 32. Deshalb wird allein die Komponente der eingangsseitigen Dickenänderung konstant negativ einem Rückkopplungsweg 33 zugeführt. Außerdem können die Größe der Walzenexzentrizitäts-Komponente e gemäß dem in F i g. 2 dargestellten Blockschaltbild und die Phase gemäß dem in Fig. 5 dargestellten Blockschaltbild erhalten werden. Da die Übertragungsfunktion C bei einer höheren Frequenz fe verzögert wird, ist eine dieser Zeitverzögerung entsprechende Phasenkompensation der Walzenexzentrizität e notwendig. Einer Additionsstelle 35 wird über den V";g 34 ein Exzentrizitätssignal (-e^in Gegenphase zugeführt, um den Einfluß der Walzenexzentrizität selbsttätig auszugleichen, wodurch ein selbsttätiger Dickenregelkreis mit Dickenmessung gebildet ist.

Wenn jedoch die Exzentrizität des Arbeitswalzensystems groß ist und korrigiert werden soll, wird die Korrelation zwischen dem Drehwinkel der Arbeitswalze und dem Walzdruck erhalten, um die Walzenexzentrizitäts-Komponente in bereits beschriebener Weise zu bestimmen und um sie als Ausgangssignal in den Dickenregelkreis in bereits beschriebener Weise einzuführen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zur Regelung der Dicke von Walzband für ein Walzgerüst mit einer hydraulischen s Anstelleinrichtung und einem zugehörigen Steuerorgan, mit einem Sollwertgeber für das Steuerorgan, mit einem Fühler zum Erfassen von Änderungen des Walzspalts und der Walzkraft und zum Rückkoppeln der erfaßten Werte in das Steuerorgan, mit einem Fühler zum Erfassen der eingangsseitigen Walzgutdicke, mit einem Rechner mit Rechengliedern zum Gewinnen der Korrelationsfunktion aus einem der eingangsseitigen Walzgutdicke proportionalen Signal und einem modifizierten Walzkraftsignal und ι > zum Gewinnen eines nur auf die Walzenexzentrizität zurückgehenden Ausgangssignals, das die Amplitude und die Phase der Walzenexzentrizität hat und dem Steuerorgan als Führungsgröße zugeführt wird, dadurchgekennzeichnet, daß ein Summierglied (17) vorgesehen ist, welches zum Erzeugen einer fiktiven Walzgutdicke [H₂) das modifizierte Walzkraftsignal von der eingangsseitigen Walzgutdicke (Λι) subtrahiert;
   daß im Rechner enthalten sind:

   ein erster Autokorrelator (18) zum Bestimmen der Autokorrelationsfunktion (RJ.'t) der eingangsseitigen Walzgutdicke (Λι),

   ein zweiter Autokorrelator (20) zum Bestimmen der Autokorrelationsfunktion (Rh₂) der fiktiven Walzgutdicke (A₂),

   ein Kreuzi.orrelator (19) zum Bestimmen der Kreuzkorrelationsfunktion (⁰Mh₂) der eingangsseitigen Walzgutdicke (A₁) und der fiktiven Walzgutdikke(A₂), Leistungsspektrum-Rechenglieder (21, 22, 23) zum Erzeugen der einzelnen Leistungsspektren (ΦΛι, Φ/72, ΦΛ1Λ2) aus den Korrelationsfunktionen (Rh\, Rh₂, RfHh₂),

   ein Kohärenz-Rechenglied (24) zum Erzeugen der Kohärenzfunktion (γ²) aus den Leistungsspektren , ΦΛ₂, ΦΛ1Λ2) gemäß

   dem modifizierten Walzkraftsignal und dem Ausgangssignal des Koeffizienten-Multiplizierers (30) erfassen und in Form von Abweichungssignalen dem Steuerorgan zuführen.