DE2643686B2 - Anordnung zur Regelung der Walzgutdicke in einem Walzgerüst - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regelung der Walzgutdicke in einem Walzgerüst mit hydraulischer Anstellvorrichtung mittels eines Lastwalzspaltreglers und einer diesem unterlagerten, die Anstellposition regelnden Einrichtung, mit einem für die durch Walzenexzentrizitäten hervorgerufenen Walzkraftschwankungen einen Unempfindlichkeitsbereich vorgebenden, einen Zusatzsoilwert liefernden Begrenzer.

Eine derartige Anordnung ist aus den BBC-Nachrichten 1976, Heft 1, Seiten 38 bis 44, bekannt. Der dem Positionsregler zugeführte Zusatzsollwert ist das Ausgangssignal eines Begrenzers, dessen Unempfind-

¹^ lichkeitsbereich auf die Maximalamplitude der durch Walzenexzentrizitäten hervorgerufenen Walzkraftschwankungen eingestellt und dessen Eingangsgröße die als Produkt aus der Walzkraft und der Federkonstanten des Walzgerüstes gebildete Gerüstdehnung ist.

ίο Dadurch wird zwar vermieden, daß die Regelung auf Gerüstdehnungsschwankungen, die von Walzenexzentrizitäten ausgehen, im falschen Regelsinn reagiert, jedoch werden Schwankungen, deren Amplituden die festgelegten Grenzwerte des Unempfindlichkeitsbereiches nicht erreichen und eine Vergrößerung des Walzspaltes verursachen, nicht berücksichtigt.

Aus der deutschen Patentschrift 20 36 965 ist zur betriebsmäßigen Erfassung und Auswertung von durch Walzenexzentrizitäten verursachten Walzkraftschwan-

^s" kungen eine Anordnung bekannt, die an Stelle der Vorgabe gleichbleibender Schwellwerte eine laufende automatische Anpassung der Schwellwerte an die jeweiligen Walzkraftschwankungen ermöglicht. Hierzu ist dem Eingangsverstärker eines die gemessene

" Walzkraft erfassenden Analog-Digitalwandlers ein veränderbarer Widerstand parallel geschaltet, dessen Widerstandswert in Abhängigkeit von der jeweiligen Amplitude der Walzkraftschwankungen durch an den Ausgang des Verstärkers angeschlossene, paarweise auf unterschiedliche Ansprechwerte eingestellte · Grenzwertmelder über eine diesen nachgeschaltete Auswertelogik geändert wird. Infolgedessen werden nur die vom Walzgut ausgehenden Walzkraftänderungen, die die jeweilige Amplitude der Walzkraftschwankungen über-

·>■> schreiten, an eine Einrichtung zur Regelung der Walzgutdicke weitergeleitet.

Ausgehend von dem eingangs dargelegten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, nicht

nur falsche Regelbefehle der Lastwalzspaltregelung zu vermeiden, sondern auch Schwankungen der Gerüstauffederung unter Berücksichtigung der jeweiligen Amplitude der auf Walzenexzentrizitäten zurückzuführenden Schwankungen auszuregeln.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Unempfindlichkeitsbereich des Begrenzers, der einem weiteren, die Walzkraft- oder Auffederungsschwankungen ausregelnden Regler nachgeschaltet ki, durch eine diese Walzkraftschwankungen während des Walzvorganges laufend erfassende Schwellwerteinrichtung selbsttätig an die jeweilige Amplitude der Walzkraftschwankungen angepaßt ist Durch das Zusammenwirken des weiteren Reglers und des Begrenzers, dessen Unempfindlichkeitsbereich von der Schwellwerteinrichtung abhängig ist, werden unnötige Verstellungen des Kolbens der Anstellvorrichtung vermieden.

An Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieten wird die Erfindung im folgenden näher erläutert

Entsprechend F i g. 1 ist einem Lastwalzspaltregler 1 ein Psoitionsregler 3 unterlagen. Aus der Leerposition So und der Ausgangsgröße AS! des Lastwalzspaltreglers wird an einer zwischengeschalteten Additionsstelle der Positionssollwert S* gebildet. Die Istwerte der Position und der Walzkraft werden an dem Kolben 10 einer hydraulischen Anstellvorrichtung gemessen. Ein weiterer Regler 2 arbeitet zum Zwecke einer einfachen Sollwertbildung nicht als Walzkraftregler sondern als Auffederungsregler. Der Sollwert c · F* wird aus der Differenz von Lastwalzspaltistwert h (oder Lastwalzspaltsollwert h*)vmd dem in einer Einrichtung 8 um die Eigenzeit der Positionsregelung verzögerten Positionssollwert St gebildet Der Auffederungsistwert wird in einem die Gerüstkennlinie berücksichtigenden Anpaßverstärker 7 gebildet. Der Regler 2 wirkt ebenfalls auf den Eingang des Positionsreglers 3. Dadurch erhält der Positionsregler einen Zusatzsollwert ASt, der die Position im entgegengestellten Sinne so verstellt, daß die durch die Walzenexzentrizität verursachten periodischen Schwankungen der Walzkraft F bzw. der Auf federung c ■ Fund damit die Last walzspaltsch wankungen ausgeregelt werden.

Durch diese Anordnung allein wird zunächst noch keine Verbesserung der Dynamik erreicht Da der Auffederungsregler 2 jedoch nicht dem Lastwalzspaltregler unterlagert ist, ist es zulässig, seinen Reglerausgang und damit den Posotionszusatzsollwert AS{ mittels eines Begrenzers 4 auf den für das Ausregeln der periodischen Schwankungen erforderlichen Wert zu begrenzen. Dadurch ist es möglich, unnötige Verstellungen der Kolbenposition zu vermeiden. Die Begrenzung für AS{ wird durch eine Schwellwerteinrichtung 6 vorgegeben und über eine Anpaßstufe 5 eingestellt.

Die Schwellwerteinrichtung hat die Aufgabe, die periodischen Schwankungen des Lastwalzspalt-Istwertes vom Lastwalzspaltregler fernzuhalten. Die Istwertschwankungen bestehen aus den Schwankungen der Position 5 und Restschwankungen der Auffederungsgröße c ■ F. Die Positionsschwankungen entstehen auf Grund der Wirkung des Auffederungsreglers und kompensieren die von den Walzen verursachten Walzspaltschwankungen.

Die Schwellwerteinrichtung ist so ausgeführt, daß die sich auf die Höhe der periodischen Istwert-Schwankungen selbsttätig einstellt. Die Ausgangsgröße E der Schwclhverteinrichtung muß dem Mittelwert des Eingangswertes entsprechen. Als Schwellwerteinrichtung kann z. B. die aus der DE-PS 20 36 965 bekannte Anordnung verwendet werdea Wegen der unterlagerten Positionsregelung haben sowohl die Schwellengrö-

Ben E, als auch der Zusatzsollwert AS} die gleiche Dimension, nämlich die eines Weges. Die Begrenzung von ASikann daher einfach aus ^abgeleitet werden. Zur Berücksichtigung der Restwelligkeit des Auffederungsistwertes wird Em der Anpaßstufe 5 auf E' korrigiert

ίο Die Korrektur wird in einfacher Weise durch einen einstellbaren Korrekturfaktor erzielt Die Größe des Korrekturfaktors ist vom Verstärkungsgrad des Auffederungsreglers 2 abhängig.

Die um die Restwelligkeit verminderte Schwellengrö-

ße E' bestimmt die Größe der Begrenzung. Der Auffederungsregler erhält somit einen Arbeitsbereich, in dem nur die zum Ausregeln der periodischen Lastwalzspaltschwankungen auf Grund des eigenen Regelverhaltens auftretenden Positionsänderungen aus geführt werden.

Die Regleranordnung nach F i g. 1 arbeitet wie folgt: Tritt außer den periodischen Walzkraftschwankungen, verursacht durch Walzenexzentrizitäten oder Walzenunrundheiten eine zusätzliche Walzkraftände rung durch Änderung des Materialwiderstandes oder der Materialdicke ein, so gerät zunächst der Zusatzsollwert AS} an die Grenzwerte des Begrenzers 4 und die Position 5, die der Summe 5'— ASi entspricht wird nicht weiter verändert Dafür ändert sich der Auffede rungsistwert c ■ Fund der Walzspaltistwert h.

Der Lastwalzspaltregler greift dadurch ein, ohne uaß sich zuvor der Positionsistwert unnötig in die falsche Richtung verstellen mußte. Die Bildung des Sollwertes c · F* für den Auffederungsregler mit Hilfe des Positionssollwertes S* bewirkt, daß der Auffederungsregler nach Eingreifen des Lastwalzspaltreglers schnellstmöglich von der Begrenzung gelöst wird.

Der zur c · F*-Bildung verwendete Positions-Sollwert S* ist in der Verzögerungseinrichtung 8 um die Eigenzeit der Positionsregelung auf S? verzögert Er entspricht daher auch dynamisch dem Mittelwert des Positions-Istwertes. Dadurch erübrigt sich eine zusätzliche Mittelwertbildung für den Positionsistwert. Die beschriebene Regelanordnung bietet eine exakte

Trennung der Arbeitsbereiche von Lastwalzspalt- und Walzkraft- bzw. Auffederungsregelung. Darüber hinaus bietet die Anordnung noch folgende Vorteile:

— Eine Positionsregelung kann schrittweise durch eine Lastwalzspaltregelung und eine Auffederungsrege-

lung ergänzt werden.

— Die Regelanordnung kann ebenfalls schrittweise in Betrieb gesetzt werden. Die der Positionsregelung übergeordneten Regelungen können durch Freigabe beim laufenden Betrieb einfach erprobt werden.

— Die Leerposition wird einfach bei gesperrter Lastwalzspalt- und Auffederungsregelung eingestellt Eine Umschaltung von Reglerfunktionen und eine Nachführung von Reglern sind nicht erforder-

ao ^lich·

In F i g. 2 ist eine Regelanordnung dargestellt bei der die Soll-Istwertvergleichspunkte von Lastwalzspalt- und Auffederungsregler in einem Punkt vereinigt sind. Verglichen wird Λ "mit h, wobei Λ = c ■ F + Sf gebildet

wird. Da außerdem Λ* = c ■ F* + S* sein muß, gilt dieser Vergleich auch für c ■ F* mit c ■ F, wenn S* = St ist. Diese Bedingung ist innerhalb des Regelbereiches der Auffederungsregelung erfüllt, da sich hierbei der

Ausgang des Lastwalzspaltreglers 1 nicht ändert und somit die Verzögerung ohne Bedeutung ist.

Der Auffederungsregler 2 ist als proportional wirkender Regler ausgeführt. Der Lastwalzspaltregler 1 ist als integral wirkender Regler ausgeführt und gemäß der vorgeschlagenen Anordnung dem Auffederungsregler 2 nachgeschaltet.

Die Schwellwerteinrichtung 6, deren Ausgangsgröße automatisch an die periodischen Schwankungen angepaßt ist, dient nur noch zur Erfassung der Exzentrizität. Sie stellt die Höhe der Begrenzung ein. Der sich in der Schwellwerteinrichtung abbildende Mittelwert des Istwertes der Dicke h ist eine reine Hilfsgröße, die für die Regelung selbst nicht benötigt wird.

Der Begrenzer 9 hat unterhalb des Begrenzungswertes den Verstärkungsfaktor 1 und invertiert das Vorzeichen.

Wirkungsweise

Solange die Grenzwerte im Begrenzer nicht erreicht sind, addieren sich die einander inversen Regelsignale am Eingang des Reglers 1 zu Null und es ist nur ASi wirksam (= Auffederungsregelung). Wird der Grenzwert erreicht, so erhält der Regler 1 durch Überwiegen des direkten Ausganges des Reglers 2 ein Eingangssignal und er verstellt durch /15f die Position 5 so lange, bis über die Rückmeldung S* am Eingang des Reglers 2 wieder Gleichgewicht herrscht. Damit ist die Mittelwertabweichung ausgeregelt (= Lastwalzspaltregelung).

Die vorgeschlagene Schaltung vermeidet Nullpunktfehler durch mehrere Vergleichspunkte und ermöglicht einen einfachen Aufbau. Durch Verzicht auf die Verwendung eines Ist-Mittelwertes der Dicke wird eine gute Dynamik erzielt

Nebenbedingungen, wie Zuordnung der Regelanordnung zu den zwei Kolben der hydraulischen Anstellvorrichtung eines Walzgerüstes mit entsprechender Parallelführung, gegebenenfalls zusätzliche Unl.erlagerung einer Geschwindigkeitsregelung, sämtliche Freigabebedingungen, Korrekturen, Anzeigen usw. sind nicht dargestellt.

Die in der DE-PS 20 36 965 vorgeschlagene Anordnung zur automatischen Erfassung der Exzentrizität ist im Prinzip für die vorgeschlagenen Regelartordnungen geeignet. Entsprechend Fig.3 wird jedoch dem Eingangsverstärker 12 des Analog-Digitalwandlers 11 an Stelle der Auf federung c ■ F der Momentanwert des Lastwalzspaltes S + c ■ F eingespeist Dem Eingangsverstärker nachgeschaltete Grenzwertmelder 15, 16 überprüfen den Momentanwert auf Zu- bzw. Abnahme und steuern eine Logikschaltung 17 an, die das jeweils anstehende Eingangssignal in eine dem Zähler 13 zugeführte Impulsfolge umformt Der Zählerstand des Zählers wird über einen Digital-Analog-Umsetzer auf den Eingangsverstärker zurückgeführt Dem Eingangsverstärker 12 unmittelbar bzw. über einen Verstärker 18 nachgeschaltete Grenzwertmelder 19 bis 24, deren Ansprechwerte paarweise gestaffelt sind, wobei die Grenzwertmelder 23,24 auf den niedrigsten Ansprechwert eingestellt sind, rühren ihre Ausgangsgrößen direkt bzw. über Zeitstufen 25, 26 einer Auswertelogik 27 zu, deren Ausgangsgröße E einen dem Eingangsverstärker 12 parallelgeschalteten veränderbaren Widerstand 28, beispielsweise einen Digital-Analog-Umsetzer steuert.

Der Mittelwert des Lastwalzspaltes wird demnach im Zähler 13 des Analog-Digitalwandlers abgebildet. Die Exzentrizität £ steht am Ausgang der Auswertelogik 27 zur Verfugung.

Nachteilig an dieser Schaltung ist, daß durch die Wirkung des Digital-Analog-Umsetzers 28 und die damit verbundene Verstärkungsänderung des Verstärkers 12 die Empfindlichkeit der Grenzwertmelder 15,16 und 19 bis 24 für die Höhe des Über- oder Unterschreitens des erfaßten Exzentrizitätsbandes von der Höhe der Exzentrizität selbst abhängig ist.

Daher werden in vorteilhafter Weise nach F i g. 4 für den Verstärker 12 eine feste Verstärkung und vor den Grenzwertmeldern 15,16 und 19 bis 22 Vergleichspunkte vorgesehen, an denen die zu erfassende Spannung mit dem Ausgang des Digital-Analog-Wandlers 28 verglichen wird. Der feste Einstellwert der Grenzwertmelder entspricht nur noch der Abweichung vom momentan erfaßten Exzentrizitätsband. Die Ansprechrichtung der Grenzwertstufen liegt fest, ob ein Über- oder Unterschreiten des Bandes vorliegt Zum Zwecke des Vergleiches werden den Grenzwertstufen 15,16 und 19 bis 22 die Verstärker 29 und 30 vorgeschaltet. Die Vergleichsspannung wird durch einen Verstärker 31 vorgegeben.

Am Ausgang der Verstärker 29 und 30 erscheint eine Spannung, die der Abweichung vom Exzentrizitätsband entspricht Zur Definition des Ansprechpunktes wird zweckmäßigerweise an die Grenzwertstufen außerdem eine feste Vergleichsspannung angelegt Der Ansprech-

punkt kann durch Ändern dieser Spannung oder der Verstärkungsfaktoren der Verstärker 29 und 30 festgelegt werden. Sofern Grenzwertmelder verwendet werden, die auf einen Vergleich der Eingangsspannungen ansprechen, kann durch die Polarität der festen Vergleichsspannung definiert werden, ob die Grenzwertmelder oberhalb oder unterhalb des Exzentrizitätsbandes ansprechen sollen.

Zur weiteren Vereinfachung gemäß Fig.5 wird an Stelle des Analog-Digitalwandlers eine analog arbeitende Mittelwertbildung 11 mit Hilfe eines Integrators 32 vorgesehen. Das erfaßte Exzentrizitätsband steuert für beide Signalrichtungen die Begrenzung des Begrenzers 33 über die Verstärker 34 und 35. An einem dem Integrator vorgeschalteten Verstärker 36 liegt direkt und invers das Ausgangssignal des Verstärkers 12 an.

Solange der Wert am Ausgang des Verstärkers 12 eine Größe hat, die nicht zum Wirksamwerden des Begrenzers 33 des Verstärkers 36 führt, kompensieren sich die Signale am Eingang des Verstärkers_36 und der

Integrator 32 ändert seinen Ausgang nicht Ändert sich der Eingangswert von 12 um mehr als die Amplitude des erfaßten Schwankungsbandes, so wird der Begrenzer 33 wirksam und durch Überwiegen des direkten Einganges des Verstärkers 36 wird der Integrator 32 so lange gespeist, bis der neue Mittelwert gespeichert ist

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Regelung der Walzgutdicke in einem Walzgerüst mit hydraulischer Anstellvorrichtung mittels eines Lastwalzspaltreglers und einer diesem unterlagerten, die Anstellposition regelnden Einrichtung, mit einem für die durch Walzenexzentrizitäten hervorgerufenen Walzkraftschwankungen einen Unempfindlichkeitsbereich vorgebenden, einen Zusatzsollwert liefernden Begrenzer, dadurch gekennzeichnet, daß der Unempfindlichkeitsbereich des Begrenzers (4), der einem weiteren, die Walzkraft- oder Auffederungsschwankungen ausregelnden Regler (2) nachgeschaltet ist, durch eine diese Walzkraftschwankungen während des Walzvorganges laufend erfassende Schwellwerteinrichtung (6) selbsttätig an die jeweilige Amplitude der Walzkraftschwankungen angepaßt ist

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgröße der Schwellwerteinrichtung (6) über eine Anpaßstufe (5), deren Korrekturfaktor einstellbar ist, dem Begrenzer (4) zugeführt ist

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert für den weiteren Regler (2) aus dem Ist- oder Sollwert für den Lastwalzspaltregler (1) und dem um die Eigenzeit des Positionsreglers (3) verzögerten Positionssollwert gebildet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Regler (2) und der integral arbeitende Lastwalzspaltregler (1) in Reihe geschaltet sind, daß der Sollwert für den weiteren Regler (2) aus dem Sollwert für den Lastwalzspalt, dem verzögerten Positionssollwert und dem Istwert der Gerüstauffederung gebildet ist und daß die Ausgangsgröße des weiteren Reglers einerseits unmittelbar und andererseits als inverses und über den Begrenzer (9) geführtes Signal dem Lastwalzspaltregler zugeführt ist (F i g. 2).

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwerteinrichtung (6) die Summe aus dem Istwert der Anstellposition und dem aus der Walzkraft abgeleiteten Istwert der Auffederung als Eingangsgröße zugeführt ist.

6. Anordnung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwerteinrichtung (6) aus einem Analog-Digitalwandler (U) paarweise auf unterschiedliche Ansprechwerte eingestellte, richtungsempfindliche Grenzwertmelder (19 bis 24), einer diesem nachgeschalteten Auswertelogik (27) und einem von dieser gesteuerten veränderbaren Widerstand (28) besteht, der über einen Verstärker (31) an der Anpaßstufe (5) und an den einen Eingang je eines einem Teil der Grenzwertmelder (19 bis 22) und der im Analog-Digitalwandler enthaltenen Grenzwertstufen (15, 16) vorgeschalteten Vergleichsgliedes (29, 30) angeschlossen ist, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des Eingangsverstärkers (12) des Analog-Digitalwandlers verbunden ist, und daß an diese Grenzwertmelder (19 bis 22) und an die Grenzwertstufen (15,16) eine Vergleichsspannung vorgegebener Größe angelegt ist.

7. Anordnung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwerteinrichtung (6) aus einem analog arbeitenden Mittelwertbildner (11), der einen Eingangsverstärker (12) und einen Integrator (32) umfaßt, aus paarweise auf unterschiedliche Ansprechwerte eingestellten, richtungsempfindlichen Grenzwertmeldern (19 bis 24), aus einer dieser nachgeschalteten Auswertelogik (27) und einem von dieser gesteuerten veränderbaren Widerstand (28) besteht, der über einen Verstärker (31) an die Anpaßstufe (5) und an den einen Eingang je eines einem Teil der Grenzwertmelder (19 bis 22) vorgeschalteten Vergleichers (29,30) angeschlossen

ίο und mit einer den Begrenzer (33) steuernden Reihenschaltung aus zwei Verstärkern (34, 35) verbunden ist, und daß die Ausgangsgröße des Eingangsverstärkers (12) des Mittelwertbildners einerseits mit einem Eingang eines dem Integrator

(32) vorgeschalteten Umkehrverstärkers (36) unmittelbar andererseits dem anderen Eingang des Umkehrverstärkers über den Begrenzer sowie dem anderen Eingang jedes der Vergleicher zugeführt ist