DE2850484C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Vorsteuerung beim Walzen nach der Gattung des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Einrichtung ist aus der Siemens- Zeitschrift 47 (1973), Beiheft "Antriebstechnik und Prozeßautomatisierung in Hütten- und Walzwerken", Seiten 137 bis 145, bekannt.

Dort ist vor und hinter einem Walzgerüst je ein Dickenmeßgerät vorgesehen, wobei jedoch zusätzlich zur Vorsteuerung durch das vordere Dickenmeßgerät eine nachführende Dickenregelung des Walzgerüsts durch das hintere Dickenmeßgerät als obligatorisch für eine Feinkorrektur bezeichnet wird. Auch dabei ist die Genauigkeit, insbesondere auch wegen der Zeitverzögerung unbefriedigend.

In der DE-PS 12 65 101 wird die Dicke des Walzguts mit einem Dickenmeßgerät an einer Stelle zwischen dem ersten und dem zweiten Walzgerüst gemessen und zur Ausregelung der Banddicke am ersten Walzgerüst verwendet. Um die durch die Zeitverzögerung entstandene nicht korrigierte Dickenabweichung auszugleichen, wird auch die Anstellung des zweiten Walzgerüsts verändert; aber nur vorübergehend, da die ständige Einwirkung des Dickenmeßgerätes auf das zweite Walzgerüst als unerwünscht bezeichnet wird. Dabei ist die Genauigkeit der Dickensteuerung unbefriedigend.

Aus der US-PS 32 69 160 und aus der Siemens-Zeitschrift ist es ferner bereits bekannt, die Dickenabweichung anhand der Änderung der Walzkraft eines Walzgerüsts zu erfassen und zur Ausregelung dieses selben Walzgerüsts zu verwenden. Die dabei vorliegenden Verhältnisse sollen im folgenden anhand der Fig. 1 erläutert werden.

Die Dickenregelung im "Greifsystem" erfolgt herkömmlicher­ weise dadurch, daß man eine Dicke ho auf der Auslaßseite beim jeweils aktuellen Durchgang gemäß nachstehender Gleichung errechnet und als vorbestimmte Dicke ho in diesem Durchgang verwendet

ho=so+F/M (1)

Dabei bedeutet:

F: die Walzkraft beim Ergreifen des Vorderendes der Bramme durch die Walzwerkswalzen;
so: den Walzenspalt ohne Last und
M: eine Walzwerkskonstante.

Das herkömmliche "Greifsystem" zeigt eine Reihe von Nachteilen, welche im folgenden anhand des charakteristischen Diagramms der Fig. 1 erläutert werden sollen. Auf der Abszisse ist die Dicke aufgetragen, und auf der Ordinate ist die Walzkraft F aufgetragen. Der Walzvorgang erfolgt von der vorderen Kante zur hinteren Kante der Bramme. Die vorbestimmte Dicke ergibt sich dabei als Dicke ho₁ (auf der Auslaßseite) am Schnittpunkt Po der plastischen Kennlinie (101) der zu walzenden Bramme und der elastischen Kennlinie (102) des Walzwerks beim Greifen im ersten Durchgang.

Es soll nun angenommen werden, daß auf der Einlaßseite eine Dickenfluktuation ΔH₁ vorliegt. Somit ergibt sich auf der Auslaßseite eine Dickenfluktuation Δh₁ und somit eine Dicke des hinteren Endes auf der Auslaßseite von ho₁+Δh₁.

Somit beträgt die vorbestimmte Dicke beim Greifen im nächsten Durchgang (Umkehrwalzwerk) nicht ho₂ gemäß dem Schnittpunkt der plastischen Charakteristik (103) der gewalzten Bramme und der elastischen Charakteristik (104) des Walzwerks, sondern ho₂+Δh₂₁ gemäß dem Schnittpunkt der plastischen Charak­ teristik (105) und der elastischen Charakteristik (104). Unter der Annahme einer zusätzlichen Dickenfluktuation Δh₂ auf der Einlaßseite ergibt sich sogar gemäß dem Schnittpunkt der plastischen Charakteristik (106) und der elastischen Charakteristik (104) eine Dicke ho₂+Δh₂₁+Δh₂₂. Das bekannte Verfahren ist daher hinsichtlich der Genauigkeit der Dicke unbefriedigend. Die Dickenfluktuation (Abweichung) ΔH von der vorbestimmten Dicke am Auslaß beim vorhergehenden Durchgang kann auch aus Gleichung (2) erhalten werden. Bisher wurde jedoch keine Einstellung des Walzenspaltes in Abhängig­ keit von der Dickenfluktuation, und zwar hinsichtlich Zeitpunkt und Betrag der Walzspalteinstellung, vorgenommen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die genann­ ten Nachteile bei einem "Greifsystem" zu überwinden und eine Einrichtung der Gattung gemäß Patentanspruch 1 zu schaffen, welche durch Einstellung des Druckschrauben­ spaltes zur richtigen Zeit die Dicke des Walzgutes steuert.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß die Einrichtung nach Patentanspruch 1 vorgesehen.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird die Druckschraube bei einer Position eingestellt, welche der Position der gewalzten Bramme im vorhergehenden Durchgang entspricht, und zwar je nach dem Stellbetrag. Dabei wird vorteilhafterweise eine Voreilung entsprechend der Zeitverzögerung des Druckschraubenstellsystems (welches die Druckschraube umfaßt) vorgenommen.

Somit kann man bei einem Walzwerk für das wiederholte Walzen einer Bramme, trotz Dickenfluktuation auf der Auslaßseite (Abweichung von der Greifposition), beim nächsten Durchgang die Greifposition unter Kompensation der Fluktuation präzise einstellen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Diagramm der Beziehung zwischen der Dicke und der Walzkraft;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Steuereinrichtung zur Durchführung des erfindungs­ gemäßen Vorwärts-Regelverfahrens zur automatischen Dickensteuerung;

Fig. 3 schematische Darstellungen der Positionen der gewalzten Bramme bei aufeinanderfolgenden Durch­ gängen und

Fig. 4 ein Diagramm der Beziehung zwischen der Dicke und der Walzkraft zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Steuereinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Vorwärts-Regelverfahrens zur automatischen Dickensteuerung einer gewalzten Bramme. In Fig. 2 bedeutet das Bezugszeichen 1 eine Bramme, und das Bezugszeichen 2 bezeichnet Walzwerks­ walzen. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Druckschraube zur Einstellung des Spaltes zwischen den Walzen 2. Ein Druck­ schraubenhöhendetektor 4 ermittelt die Höhe der Druckschraube 3. Eine Druckschraubenantriebseinrichtung 5 dient zum Antrieb der Druckschraube 3. Die Walzlast F wird mit Hilfe einer Lastzelle 6 ermittelt. Zur Feststellung der Dehnung F/M des Walzwerks dient eine arithmetische Einheit 7. Ein Dreh­ winkeldetektor 8 dient zur Erfassung des Drehwinkels (R) der Walzen 2. Das Bezugszeichen 9 bezeichnet einen Speicher (Greifspeicher), welcher eine vorbestimmte Dicke für das Greifen speichert, welche von einer Greifpegelkalibrier­ einrichtung 13 kalibriert wurde, und zwar als Dehnung des entsprechenden Walzwerks bei dem betreffenden Drehwinkel der Walzen 2. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet eine Vergleichs­ schaltung zur Ermittlung einer Differenz ΔF/M zwischen einer Dehnung F₀/M des Walzwerks beim Greifen und einer Deh­ nung F/M des Walzwerks während der Walzarbeit. Das Bezugs­ zeichen 11 bezeichnet eine arithmetische Einheit, welche eine Dickenfluktuation ΔH(R) am hinteren Ende im gegen­ wärtigen oder aktuellen Durchgang ermittelt (und speichert), und zwar bezogen auf das Ausgangssignal des Drehwinkel­ detektors 8 gemäß folgender Gleichung:

Dabei bedeutet:

ΔF(R): die Abweichung zwischen der Walz­ kraft beim Greifen der Walzwerks­ walzen und der Walzkraft beim Drehwinkel R während des Walzens;
M: die Federkonstante des Walzwerks (Walzwerks­ konstante);
ΔS(R): den Verschiebungsabstand zwischen der Position der Druckschraube beim Greifen und der Position der Druckschraube beim Drehwinkel R der Walzen;
ΔH(R): die Fluktuation der Dicke im Vergleich zu einer vorbestimmten Dicke beim Drehwinkel R der Walzen.
(Gewöhnlich wird der Winkel R in bezug auf die Greifkante nicht berücksichtigt.)

Die arithmetische Einheit 11 errechnet somit gemäß Gleichung (2) die Dickenfluktuation beim Drehwinkel (R) der Walzwerkswalzen 2 während des Walzens beim vorliegenden Durchgang sowie an der Greifkante und diese Dickenfluktuation wird von der arithmetischen Einheit 11 gespeichert. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet eine Zeitsteuerschaltung, mit der der Zeitpunkt gesteuert wird, zu dem im aktuellen Durchgang die Daten der Dickenvariation ΔH(R), welche im vorhergehenden Durchgang gespeichert wurden, zum Zwecke der Vorwärtsregelung aus­ gegeben werden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 soll die Arbeitsweise der Zeit­ steuereinrichtung im folgenden erläutert werden. Es wird angenommen, daß der Punkt 301 der gewalzten Bramme im vorher­ gehenden Durchgang dem Punkt 302 im aktuellen derzeitigen Durchgang entspricht. Es besteht sodann zwischen diesen bei­ den Punkten eine Beziehung gemäß den folgenden Gleichungen (3) und (4):

Dabei bedeuten:

R₁: den Drehwinkel der Walzen gemessen von der Greifkante der Bramme bis zum Punkt 301 im vorhergehenden Durchgang;
R_m: den Gesamtdrehwinkel der Walzwerkswalzen von der Greifkante der Bramme bis zur Freigabe der hinteren Kante, und zwar beim vorhergehenden Durchgang;
R₂: den Drehwinkel der Walzen von der Greif­ kante der Bramme bis zum Punkt 302 beim derzeitigen oder aktuellen Durchgang;
K: einen Koeffizienten zur Umwandlung des Ausgabezeitpunktes;
h: eine vorbestimmte Dicke im derzeitigen Durchgang;
H: eine vorbestimmte Dicke im vorhergehenden Durchgang;
f_n-1: den Vorwärtsschlupf im vorhergehenden Durchgang und
f_n: den Vorwärtsschlupf im derzeitigen Durchgang.

Wenn der berechnete Drehwinkel der Walzen 2 den Wert R₂ hat, so wird der Wert ΔH(R₂) entsprechend der Dickenfluktua­ tion ΔH(R₁), welcher im vorhergehenden Durchgang gespeichert wurde, in die Greifpegelkalibriereinrichtung 13 und die Druckschraubenbefehlseinrichtung 15 eingespeichert. Dies gilt für ein Umkehrwalzwerk.

Im folgenden soll der Fall eines Walzwerks vom Tandemtyp er­ läutert werden. Der Drehwinkel der Walzen von der Greifkante bis zum Punkt 301 im vorhergehenden Durchgang wird wiederum mit R₁ bezeichnet, und der Drehwinkel der Walzen von der glei­ chen Greifkante bis zum Punkt 302 wird mit R₂ bezeichnet. Sodann ergibt sich die folgende Gleichung:

R₂=K · R₁ (5)

Die Greifpegelkalibriereinrichtung 13 ermittelt den Wert des nachfolgenden Ausdrucks

und zwar aus dem Wert ΔH(R₂), welcher aus Gleichung (2) erhalten wird. Dieser Ausdruck wird in eine Vergleichs­ schaltung 14 eingegeben. Q bedeutet den Formänderungs­ widerstand der Bramme, und der Drehwinkel (R₂) gilt für die Greif­ position.

Somit arbeitet der Greifspeicher 9 gemäß folgender Gleichung:

Dabei bedeutet die Dehnung des Walzwerks an der Greifkante (R₂) beim derzeitigen Durchgang.

Die Druckschraubenbefehlseinrichtung 15 befiehlt den Verschiebungsabstand ΔS* der Druckschraube je nach ΔF/M und ΔS.

Eine Zeitkonstanten-Kompensationseinrichtung 16 im System zur Steuerung der Position der Druckschraube arbeitet folgendermaßen: Das Ausgangssignal ΔS* der Druckschrauben­ befehlseinrichtung 15 wird der Druckschraubenantriebseinrich­ tung 5 zugeführt, und zwar unter Voreilung gemäß der Zeit­ verzögerung T_D im Druckschraubenstellsystem, welches die Druckschraube 3 und die Druckschraubenantriebseinrichtung 5 umfaßt. Die Zeitkonstanten-Kompensationseinrichtung 16 hat eine Phasenvoreilungskompensationsfunktion mit der Überführungsfunktion

(T_p, R: Zeitkonstanten des Druckschraubeneinstellsystems) zur Kompensation der Zeitverzögerung des Druckschrauben­ stellsystems.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 4 soll die Arbeits­ weise des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung im folgenden erläutert werden. Wenn die Dickenfluktuation ΔH′ auf der Eingabeseite (Vorderkante des derzeitigen Durchgangs oder Endkante des vorherigen Durchgangs) vorliegt, so ergibt sich die Dickenfluktuation ΔH auf der Ausgangsseite gemäß Fig. 4.

Die Dickenfluktuation ΔH(R) auf der Ausgangsseite ergibt sich aus Gleichung (2).

Wenn die Dickenfluktuation ΔH auf der Eingabeseite an der Vorderkante der Bramme vorliegt, so ergibt sich die Dicken­ fluktuation Δh auf der Ausgangsseite gemäß folgenden Ausdruck:

Somit wird im derzeitigen Durchgang die Dehnung F₀/M des Walzwerks aufgrund der Walzkraft F gemäß der Gleichung (6) kalibriert, und zwar durch die Greifpegel-Kalibriereinrichtung 13, und der Wert F₀/M wird im Greifspeicher 9 gespeichert. Wie oben erwähnt, ist es nicht erforderlich, die Drehwinkel R₁, R₂ beim Greifen der Walzen an der Greif­ kante zu berücksichtigen. Es wird die Differenz ΔF/M zwischen dem kalibrierten Greifwert F₀/M und dem Wert F/M, welcher im derzeiten Durchgang ermittelt wurde, gebildet. Diese Diffe­ renz wird der arithmetischen Einheit 11 zugeführt. In dieser wird die Dickenfluktuation ΔH(R₂) gespeichert, und zwar in bezug auf den Drehwinkel R₂ der Walzen 2 gemäß Gleichung (2). Ferner wird die Dickenfluktuation ΔH(R₁) des vorher­ gehenden Durchgangs, welche in der arithmetischen Einheit 11 gespeichert wurde, ausgelesen und der Druckschrauben-Befehls­ einrichtung 15 zugeführt und hier gemäß Gleichung (8) verarbeitet. Dabei erhält man das Befehlssignal ΔS* für den Druckschrauben-Verschiebungsabstand, welcher über die Zeitkonstanten-Kompensationseinrichtung 16 der Druckschrauben- Antriebseinrichtung 5 zugeführt wird, und zwar gemäß der Zeitsteuereinrichtung 12 bei der Position des Drehwinkels R₂ welcher dem Drehwinkel R₁ entspricht.

Dabei bedeutet:

F: die Walzlastfunktion, errechnet durch Planrechnung unter Variation der Dicke h oder der Temperatur H der Stahlbramme;
∂F/∂ho: den Differentialkoeffizienten der Walzlast­ funktion nach der Dicke ho auf der Aus­ gangsseite des derzeitigen Durchgangs.

Die Zeitkonstantenkompensationseinrichtung 16 kompensiert die Zeitverzögerung des Druckschrauben-Stellsystems und gibt danach das Ausgangssignal an die Druckschrauben- Antriebseinrichtung 5 weiter. Die Druckschrauben-Antriebs­ einrichtung 5 treibt die Druckschrauben 3 an, und zwar je nach dem Stellbetrag, welcher gemäß Gleichung (7) erhalten wurde, und zwar für die jeweilige Position des Drehwinkels R₂ der Walzen 2 im derzeitigen Durchgang. Die Steuerung im nachfolgenden Durchgang erfolgt in gleicher Weise.

Claims (2)

1. Einrichtung zur Vorsteuerung beim Walzen von Walzgut auf konstante Dicke durch laufende Erfassung der Dicke des Walzguts an einer Stelle, welche in Bewegungsrichtung des Walzguts vor einem Walzgerüst liegt und durch ent­ sprechende Nachstellung des Walzgerüsts mit einer Ver­ zögerung, welche der Zeitspanne der Bewegung des Walzguts von der Stelle der Dickenerfassung zum Walzgerüst ent­ spricht, gekennzeichnet durch
einen Detektor (4) zur Mes­ sung der Druckschraubenhöhe,
eine Einrichtung (6, 7, 10) zur fortlaufenden Ermittlung der Abweichung (ΔF/M) der Walzwerkdehnung (F/M) von einem Referenz­ wert (F₀/M),
eine arithmetische Einrichtung (11) zur fortlaufenden Ermitt­ lung der Abweichung der Brammendicke aus der Differenz der Abweichungen der Walzwerkdehnung und der Druckschraubenhöhe und zur fortlaufenden Speicherung der­ selben als Funktion des mit einem Winkeldetektor (8) gemesse­ nen Walzendrehwinkels (R) für jeden Durchgang und zum Auslesen der Abweichung der Brammendicke des jeweils vorhergehenden Durchgangs,
eine Befehlseinrichtung (15) zur Ermittlung des Stellbe­ trags (ΔS*) für einen Druckschraubenantrieb (5) als Produkt der Abweichung der Brammendicke des vorhergehenden Durchgangs bei dem entsprechenden Walzendrehwinkel und dem Differentialquotien­ ten der Walzwerkdehnung nach der Dicke bei der Nominaldicke im aktuellen Durchgang
und eine Einrichtung (13, 14, 9) zur Ermittlung und Speicherung des Referenzwertes (F₀/M) der Walzwerkdehnung gemäß der Bezie­ hung wobei die Dehnung des Walzwerks im aktuellen Durchgang,
Q den Formänderungswiderstand der Bramme,
M eine Walzwerkkonstante,
ΔH(R₂) die Abweichung der Brammendicke vom vorhergehenden Durchgang und
R₂ den Drehwinkel der Walze, gemessen von der Greifkante im aktuellen Durchgang, welcher R₁ im vorhergehenden Durchgang entspricht, bedeuten.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet durch eine Voreilungseinrichtung (16) zur Kompen­ sation der Zeitverzögerung aufgrund der Zeitkonstanten der Walzenanstelleinrichtung.