DE2816091A1

DE2816091A1 - Einrichtung zum steuern der zwischengeruestspannung eines kontinuierlichen walzwerks

Info

Publication number: DE2816091A1
Application number: DE19782816091
Authority: DE
Inventors: Yoshiharu Anbe
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1977-04-28
Filing date: 1978-04-13
Publication date: 1978-11-09
Also published as: JPS53134757A; DE2816091C2; US4236216A; JPS5717605B2

Description

Firma TOKYO SHIBAURA DENKI KABUSHIKI KAISHA, 72, Horikawa-Cho, Saiwai-Ku, Kawasaki-Shi, Kanagawa-Ken, Japan

Einrichtung zum Steuern der Zwischengerüstspannung eines kontinuierlichen Walzwerks.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Steuern der Zwischengerüstspannung eines kontinuierlichen Walzwerkes, insbesondere eines Walzwerkes mit einer Kantenwalze (Vertikalwalze) und einer Horizontalwalze (im Fall des Walzens von Profilstählen eine Universalwalze), beispielsweise als Grob-Walzengerüst einer Warmbandstraße und eines Formstahl-Walzwerkes.

Die Zwischengerüstspannung einer kontinuierlichen Walzstraße, beispielsweise der Feinwalze einer Warmbandstraße, wird automatisch auf den gewünschten Wert einreguliert, und zwar dadurch, daß die Zwischengerüstspannung etwa durch einen Schleifenregler ermittelt und die ermittelte Zwischengerüstspannung zur Steuerung des Walzenantriebsmotors verwendet wird. Beim Grob-Walzengerüst einer Warmbandstraße oder einer Formstahlstraße ist jedoch die Dicke des Bandes beträchtlich und es bereitet deshalb Schwierigkeiten, eine Schleife zu bilden, so daß eine Verwendung eines Schleifenreglers kaum möglich ist. Aus diesem Grunde geht man dabei so vor, daß eine Bedienungsperson die Zwischengerüstspannung manuell steuert,

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und zwar durch Regeln der Geschwindigkeit der Antriebsmotoren unter Beobachtung des Walzbandes.

Diese manuelle Steuerung ist jedoch unbefriedigend, weil Fehlbedienungen, beispielsweise auch durch Unerfahrenheit, vorkommen können.

Aufgabe der Erfindung ist deshalb die Schaffung einer Einrichtung zum Steuern der Zwischengerüstspannung einer kontinuierlichen Walzstraße, mit deren Hilfe das Einregeln der Zwischengerüstspannung auf einen Optimalwert ohne die erwähnten Probleme möglich ist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Einrichtung gelöst, die gekennzeichnet ist durch einen ersten Detektor zum Ermitteln von Spannung und Strom jedes Antriebsmotors, einen zweiten Detektor zum Ermitteln von Geschwindigkeit und Beschleunigung jedes Antriebsmotors, einen dijrtten Detektor zum Ermitteln der Walzkraft jedes Gerüstes, durch einen Geschwindigkeitsregler zum Regeln der Geschwindigkeit jedes Motors und durch einen Prozessor, welcher die Ausgänge der drei Detektoren aufnimmt, wobei der Prozessor ein erstes Element aufweist, das auf die Ausgänge der drei Detektoren anspricht und das Walzendrehmoment und die Walzkraft des ersten Gerüstes ermittelt, wenn ein zu walzendes Band das zweite Gerüst noch nicht erreicht hat und somit das erste Gerüst nicht unter Spannung steht, ein zweites Element aufweist, das auf die Ausgänge der drei Detektoren anspricht und das Walzen-

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(ρ

drehmoment und die Walzkraft des ersten Gerüstes ermittelt, wenn das Band das zweite Gerüst erreicht hat und damit zwischen erstem und zweitem Gerüst eine Zwischengerüstspannung auftritt, ein drittes Element aufweist, das auf die beiden erstgenannten Elemente des Prozessors anspricht und die Zwischengerüstspannung zwischen erstem und zweitem Gerüst ermittelt, und schließlich ein viertes Element aufweist, das auf den Ausgang des dritten Elements anspricht und den Motorregler des Antriebsmotors des ersten Walzengerüsts ein Geschwindigkeits-Korrektursignal zuleitet.

Auf der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: ein Diag-ramm zur Erläuterung der Grundlage des erfindungsgemäßen Steuersystems, und
Fig. 2: ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform.

Figur 1 zeigt eine kontinuierliche Walzstraße mit drei Walzengerüsten 1,2 und 3. Wird das Walzgutband nur durch das erste Walzengerüst 1 gewalzt, wie dies durch vier angedeutet ist, dann werden die Walzkraft P_1Q und das Walzendrehmoment G₁^ des ersten Walzengerüstes gemessen und in einer Speichereinrichtung gespeichert, wie dies später im einzelnen beschrieben werden wird. Zu diesem Zeitpunkt stellt das Band keine Verbindung zwischen zwei Walzengerüsten dar, so daß die Bandspannung Null ist. Wird dann das Band von zwei Walzengerüsten erfaßt, wie dies bei 5 angedeutet ist, dann entsteht zwischen dem ersten und dem zweiten Walzengerüst eine Spannung. Unter dieser Bedingung werden dann die Walzkraft P₁ und das Walz-

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drehmoment G₁ des ersten Walzengerüstes gemessen,und daraufhin wird die Geschwindigkeit des Antriebsmotors des ersten Walzengerüstes durch den Wert AN₁ gesteuert, welcher durch die nachfolgende Formel (1) ausgedrückt werden kann. Damit soll die Bandspannung zwischen dem ersten und dem zweiten Walzengerüst auf einem Sollwert oder einem kleinen Konstantwert gehalten werden.

^AN1 = *1 · ⁽p^- · ^P1 - ^G1 -

wobei g₁ Proportional -, Integral und Differentialoperationen representiert und G₁ das der Sollspannung entsprechende Drehmoment des ersten Walzengerüstes ist. G-_t = 0 bedeutet, daß die Sollspannung Null ist.

Diese Steuerung beruht auf dem Ergebnis von Versuchen, die gezeigt haben, daß das Verhältnis G_1Q/P₁₀ unabhängig von der Temperatur und der Dimension des Bandes konstant ist. Daraufhin werden dann unter der Zugbedingung die Walzkraft P₂₀ und das Walzendrehmoment G2Q des zweiten Walzengerüstes gemessen also in der Situation 5 von Fig. 1. Zu diesem Zeitpunkt besteht zwischen dem ersten und dem zweiten Walzengerüst eine Spannung (bzw. eine Kompression), und es werden die Walzkraft und das Walzdrehmoment des ersten Walzengerüsts sowie die Geschwindigkeit der Antriebsmotoren des ersten und des zweiten Walzengerüstes gemessen. Zu diesem Zeitpunkt werden auch die Walzkraft P₂ und das Walzendrehmoment G₂ des zweiten Walzengerüstes gemessen, um so P₃₀ und G₂Q zu erhalten.

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Das Walzendrehmoment G„_o des zweiten Walzengerüstes beträgt unter der gegebenen Spannung:

^G20 = ^G2 --Γ * Γ

^N2 ^P10

wobei N₁ und N„ die Geschwindigkeiten der Antriebsmotoren des ersten und zweiten Walzengerüstes darstellen. Die Walzkraft des zweiten Walzengerüsts kann bei der gegebenen Spannung durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

^P20 * ^P2

Theoretisch ist P„_n die Differenz zwischen P„ und der Belastung, welche von der Spannung herrührt; wenn jedoch die sich durch die Spannung ergebende Belastungsänderung klein ist, dann gilt die Formel (3) annäherungsweise.

Wird das Band, wie in Fig. 1 durch 6 angedeutet, von vier nacheinanderfolgenden Gerüsten erfaßt, dann ergeben sich zwischen benachbarten Gerüsten Zwischengerüstspannungen.

Die Spannung dem ersten und dem zweiten Gerüst wird dazu ausgenutzt, die Sollspannung zu erreichen, welche durch Gleichung (1) gegeben ist, wohingegen die Spannung zwischen dem zweiten und dem dritten Gerüst die Geschwindigkeit des zweiten Antriebsmotors regeln soll, und zwar durch ÄN„, und zwar gemäß folgender Gleichung

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(4)

wobei g~ einen sich aus Proportional-, Integral- und Differentialoperationen ergebenden Faktors darstellt und G₂. das der Sollspannung zwischen zweitem und dritten Gerüst entsprechende Drehmoment des zweiten Gerüsts ist. Um zu verhindern, daß sich durch die Korrektur nach AN₂ der Geschwindigkeit des zweiten Gerüstmotors Änderungen in der Zwischengerüstspannung zwischen erstem und zweitem Gerüst ergeben₍wird der erste Gerüstantriebsmotor durch folgende Gleichung korrigiert:

^N1
AN' = — * AN (5)

^N2

Fig. 2 zeigt das Steuersystem nach der Erfindung in Anwendung auf die Grobwalzengerüste einer kontinuierlichen Warmbandstraße mit drei Gerüsten wie in Fig. 1. Dabei sind vertikale Walzen 101,201 und 301 zum Walzen der Seitenkanten und horizontale Walzen 102, 203 und 303 zur Verminderung der Wanddicke vorgesehen. Die Walzen werden durch Antriebsmotoren 105,205, 305, 108,208 und 308 angetrieben und es sind Steuer- bzw. Impulsgeneratoren 104, 107,204,207, 304 und 307 sowie Geschwindigkeitsregulierer 106, 109,206,209,306 und 309 den Antriebsmotoren zugeordnet. So wird

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ic

beispielsweise die Geschwindigkeit des Antriebsmotors 108 des ersten Walzengerüsts 102 vom Generator 107 ermittelt und durch den Geschwindigkeitsregulierer 109 gesteuert.

Die Vertikalwalzen 101,201 und 301 der entsprechenden Walzengerüste sind mit Zugkompensatoren 110 versehen, welche die Geschwindigkeiten der Vertikalwalzen um einen Betrag vermindern, welcher der Reduktion durch die Horizontalwalzen entspricht. Die Horizontalwalzen 102,202 und 302 der entsprechenden Gerüste sind mit Elementen 103, 203 und 303 versehen, beispielsweise Belastungszellen, welche die Walzenkraft feststellen. Die Spannung V und der Strom I der Motoren 108 und 208, die von den Generatoren 107 und 207 festgestellte Geschwindigkeit N und Beschleunigung rr sowie die Detektorsignale der Belastungszellen 103 und 203 werden auf einen Prozessor 401 eines Rechners gegeben. Der Prozessor 401 ist mit einer Eingabeeinrichtung 404 zum Eingeben der Dicke, der Breite und der Geschwindigkeit des Bandes sowie eines Sollwertes der Zwischengerüstspannung versehen und Spannungsmesser 402 und 403 zeigen die berechneten Werte der Zwischengerüstspannung an, womit dann verschiedene arithmetische Operationen möglich sind, wie später im einzelnen beschrieben werden wird.

Geschwindigkeits-Regelsignale REF. - REF- werden den Antriebsmotoren 108,208 und 308 über Addierer 111,211 und 311 zugeführt, und Geschwindigkeitsregelsignale AN. und AN„ werden den Addierern 111 und 211 direkt oder über einen Operator 112 zugeleitet. Das dritte Walzengerüst stellt das Leitgerüst dar₍ und seine Geschwindigkeit wird nicht verändert, so daß es auch nicht erforderlich

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ist, dieses Gerüst mit dem Prozessor 401 zu verbinden.

Es soll nun angenommen werden, daß die entsprechenden Walzen unter Beding-ungen arbeiten, die sich aus den Geschwindigkeitsbefehlen REF₁, REF- und REF₃ ergeben. Unter dieser Bedingung sind die Geschwindigkeits-Änderungsgrößen AN₁ und AN₂ des ersten und zweiten Gerüstes Null. Wird das Band durch den ersten Stand 101,102 gewalzt, dann werden die Spannung V und der Strom E des Motors 108 zum Antrieb der Walze 102 über eine Signalleitung 113 auf den Prozessor 401 gegeben. Zum gleichen Zeitpunkt werden die Geschwindigkeit N und der Beschleunigungswert -±r des Motors 108 über eine Signalleitung 114 auf den Prozessor 401 gegeben, während die Walzkraft den Prozessor 401 über eine Signalleitung 105 von der Belastungszelle 103 zugeführt wird. Das Walzei drehmoment G ergibt sich dann durch die folgende, vom Prozessor 401 ausgeführte Gleichung;

G = k₁ . ^^ . I - k₂ . ff - (k₃N+k₄) (6)

wobei R den Eigenwiderstand des Antriebsmotors darstellt und k₁, k₂, k-, und k. Konstante sind. Zu diesem Zeitpunkt, zu dem also das Band vom ersten Gerüst allein gewalzt wird, stellt das durch Gleichung (6) errechnete Walzendrehmoment das zuglose Drehmoment G₁₀ des ersten Gerüstes dar und die Walzenkraft ist die zuglose Walzenkraft P_1Q. Diese Werte G₁₀ und P₁₀ werden in einem nicht ge zeichneten Speicher des Prozessors 401 gespeichert.

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-η-

Das Spannungs-Solldrehmoment G... zwischen erstem und zweitem Gerüst ergibt sich aus folgender Gleichung;

* ^A1 · ^V1

wobei N₁ die gemessene Geschwindigkeit des Antriebsmotors der ersten Walze ist und A- , V₁ und t... die Querschnittsfläche des Bandes an der Ausgangsseite des ersten Gerüsts, die Bandgeschwindigkeit und die Soll-Spannungsbelastung sind, welche in die Einrichtung 404 eingegeben sind. Mit k... ist eine Konstante bezeichnet.

Wenn das Führungsende des Bandes in das zweite Gerüst eintritt, dann werden das Walzendrehmoment G₁ und die Walzkraft P₁ des ersten Gerüstes mittels der Gleichung (1) in derselben Weise errechnet,, wie oben beschrieben worden ist. Die Geschwindigkeits-Korrekturgröße AN₁ des ersten Gerüstes wird durch den Prozessor 401 errechnet. Die so errechnete Geschwindigkeit-Korrekturgröße AN₁ wird dem ersten Antriebsmotor 108 über den Addierer 101 zugegeben. Zugleich wird die Zwxschengerustspannung t.. zwischen erstem und zweitem Gerüst durch den Prozessor 401 errechnet, und zwar durch die folgende Gleichung (8), und dann am Spannungsmesser 401 angezeigt.

1f^A1^>V1 ^P10

· ^P1 "

-IA-

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-μ-

Wenn ein Spanmings-Solldrehmoment (ausgedrückt durch Gleichung 7), das die Zwischengerüst spannung t.. auf den gewünschten Wert bringen soll, durch den Prozessor 404 ermittelt worden ist_/ ergibt sich das gewünschte Korrektursignal AN₁.

Bevor das Führungsende des Bandes das dritte Gerüst erreicht werden das Walzendrehmoment und die Walzkraft des zweiten Gerüstes gemessen und das spannungslose Drehmoment G_2Q und die spannungslose Walzkraft P_2n des zweiten Gerüstes errechnet, und zwar gemäß den Gleichung»2 und 3. Diese Werte werden dann im Speicher festgehalten.

Wenn dann das Führungsende des Bandes das dritte Gerüst erreicht werden das Drehmoment G„ und die Walzkraft P₂ des zweiten Gerüstes in den Prozessor 401 gegeben, der dann die Korrekturgröße des ersten Gerüstes und die Geschwindigkeits-Korrekturgröße des zweiten Gerüstes errechnet, und zwar gemäß den Gleichungen 1 und 4. Diese Korrekturgrößen werden den Addierern 111 und 211 zugeführt. Gleichzeitig wird die Folgegröße von Gleichung 5 durch den nachfolgenden Operator 112 berechnet und die sich ergebende Folgegröße mittels des Addierers 111 den Antriebsmotoren 105 und 108 des ersten Gerüstes zugeleitet.

Die Größe G₂. von Gleichung 4 kann durch die folgende Gleichung (9) ausgedrückt werden, welche ähnlich der Gleichung 7 ist,

^G2t ⁼ Nf · ^A2 * ^V2 ·

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wobei A„, V_ und t-. den Querschnitt des Bandes auf der Ausgangsseite des zweiten Gerüsts sowie die eingegebene Geschwindigkeit und die eingegebene Spannungsbelastung darstellen. Mit k„. ist eine Konstante bezeichnet.

Diese Zwischengerüstspannung t„ zwischen zweitem und drittem Gerüst wird wie folgt berechnet:

^Nl ^Glil

Die errechnete Zwischengerüstspannung wird dann am Spannungsmesser 403 angezeigt.

jedoch die
Besteht Straße aus mehr als drei Gerüsten, dann werden ähnliche Berechnungen durchgeführt, um die eingangs gestellte Aufgabe zu lösen.

Bei dem bestehenden Ausführungsbeispiel wird die Geschwindigkeit des Antriebsmotors des ersten Gerüstes gesteuert, es ist jedoch auch möglich, das erste Gerüst als Leitgerüst zu verwenden und dessen Geschwindigkeit konstant zu halten, wobei dann die Geschwindigkeiten der nächstfolgenden Gerüste geregelt werden.

Weil die Vertikalwalze bezüglich der damit verbundenen Horizontalwalze eine Zugkompensation aufweist ist es möglich, eine ähnliche

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Spannungssteuerung dadurch durchzuführen, daß der Vertikalwalze zur Messung ihres Walzendrehmoments eine Belastungszelle hinzugefügt wird. In diesem Fall wird dann die Vertikalwalze so behandelt, als wäre sie ein unabhängiges Walzengerüst.

Wenn die Charge oder die Dicke des Fertigprodukts geändert werden, dann wird für das erste Band der neuen Charge eine Spannungssteuerung durchgeführt und die Geschwindigkeitsverhältnisse der Gerüste zur Abrufung beim nächsten Band in dem Speicher gespeichert. Das Verfahren wird für das zweite und die nachfolgenden Bänder solange wiederholt, bis die ursprüngliche Geschwindigkeitseinstellung zu einer stabilen Sollspannung führt.

Die Berechnung der Geschwindigkeits-Korrekturgrößen wird bei jedem, sich möglicherweise ändernden Prüfabstand wiederholt. Darüberhinaus kann der Spannungsmesser die Gesamtspannung anzeigen.

Mit der Erfindung wird somit eine verbesserte Walzensteuerung geschaffen, mit deren Hilfe es möglich ist, die Zwischengerüstspannung eines kontinuerilichen Walzwerkes derart automatisch zu steuern, daß stets ein Optimalwert eingehalten und damit eine hohe Walzgüte erreicht wird.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

(Einrichtung zum Steuern der Zwischengerüstspannung eines kontinuierlichen Walzwerks, das aus einer Vielzahl von Walzgerüsten besteht, deren Walzen durch Motoren angetrieben werden, gekennzeichnet durch einen ersten Detektor zum Ermitteln von Spannung und Strom jedes Antriebsmotors, durch einen zweiten Detektor zum Ermitteln von Geschwindigkeit und Beschleunigung jedes Antriebsmotors, durch einen dritten Detektor zum Ermitteln der Walzkraft jedes Walzengerüstes, durch eine Geschwindigkeit-Einstellvorrichtung zum Einstellen der Geschwindigkeit jedes Motors und durch einen die Ausgänge der drei Detektoren aufnehmenden Prozessor, wobei der Prozessor ein erstes Element aufweist, welches auf die Ausgänge der drei Detektoren anspricht und das Walzendrehmoment und die Walzkraft eines ersten Walzengerüstes ermittelt, welches sich dann, wenn das zu walzende Band das zweite Gerüst noch nicht erreicht hat, sich im ungespannten Zustand befindet, ein zweites Element aufweist, das auf die Ausgänge der drei Detektoren anspricht und das Walzendrehmoment und die WaIz-

Bankhaus Marck, FInck & Co.. München (BLZ 7OO3040O) Komo-Nr. 254649

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Bankhaus H. Aufhauser, München (BLZ 70O 306 0O) Konto-Nr. 261300

Telegrammadresse: Patentsenior

Postscheck: München

(BLZ 70010080) Konto-Nr. 20904-8OO

kraft des ersten Gerüstes dann feststellt, wenn das zu walzende Band das zweite Gerüst erreicht hat und damit die beiden Gerüste einer Zwischengerüstspannung unterworfen sind, ein drittes Element aufweist, das auf die Ausgänge des ersten und zweiten Elements des Prozessors anspricht und die Zwischengerüstspannung zwischen dem ersten und dem zweiten Walzengerüst ermittelt, und schließlich ein viertes Element aufweist, das auf den Ausgang des dritten Elements anspricht und der Geschwindigkeits-Einstellvorrichtung des Motors zum Antrieb des ersten Gerüstes ein Geschwindigkeits-Korrektur signal zuleitet.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei jedes Walzengerüst eine Horizontalwalze, einen Elektromotor zum Antrieb der Horizontalwalze und einen Geschwindigkeitsregler aufweist, gekennzeichnet durch eine Addiereinrichtung, die mit dem Geschwindigkeitsregler verbunden ist und diesem ein Signal zuleitet, das die Summe aus einem Bezugs-Geschwindigkeitssignal und dem Geschwindigkeits-Korrektur signal des Prozessors darstellt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor ein Einstellelement zum Einstellen der Dicke der Breite und der Geschwindigkeit des zu walzenden Bandes und eines Sollwertes für die Zwischengerüstspannung sowie einen Spannungsmesser zur Anzeige der errechneten Werte der Zwischengerüstspannung aufweist.

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4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Addierwerk und Prozessor ein Operator eingeschaltet ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei jedes Walzengerüst eine durch einen ersten Motor angetriebene Kantenwalze (Vertikalwalze), eine durch einen zweiten Motor angetriebene Horizontalwalze sowie einen ersten und einen zweiten Geschwindigkeitsregulierer für die beiden Motoren aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten und dem zweiten Geschwindigkeitsregulierer jeweils ein Addierwerk zugeordnet ist, das den Regulierer mit einem Signal speist, welches die Summe aus einem Bezugs-Geschwindigkeitssignal und dem Geschwindigkeits-Korrektursignal des Prozessors ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen zwischen dem ersten Geschwindigkeitsregulierer und dem Addierwerk eingesetzten Zugkompensator.

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