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EP0638375B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ratterüberwachung bei Zwillingsantrieben von Walzgerüsten - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Ratterüberwachung bei Zwillingsantrieben von Walzgerüsten Download PDF

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Publication number
EP0638375B1
EP0638375B1 EP94105906A EP94105906A EP0638375B1 EP 0638375 B1 EP0638375 B1 EP 0638375B1 EP 94105906 A EP94105906 A EP 94105906A EP 94105906 A EP94105906 A EP 94105906A EP 0638375 B1 EP0638375 B1 EP 0638375B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
oscillations
drive
exceeding
amplitude
frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP94105906A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0638375A1 (de
Inventor
Werner Dipl.-Ing. Schnalzger
Johann Dipl.-Ing. Wokusch
Bernhard Dipl.-Ing. Weisshaar
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to EP94105906A priority Critical patent/EP0638375B1/de
Priority to US08/272,491 priority patent/US5515731A/en
Publication of EP0638375A1 publication Critical patent/EP0638375A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0638375B1 publication Critical patent/EP0638375B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/007—Control for preventing or reducing vibration, chatter or chatter marks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B38/00—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product
    • B21B38/008—Monitoring or detecting vibration, chatter or chatter marks

Definitions

  • the upper roll and the lower roll of the roll stand are driven separately by an upper and a lower motor.
  • the coupling of each motor via a more or less torsionally rigid shaft to the associated roller results in a structure capable of torsional vibrations. Strong changes in the friction values in the roll gap can start a self-excitation process, the rotational energy supplied to the rolls being converted into torsional vibration energy.
  • the mechanical torsional vibration behavior of the twin drive is damped in such a way that the speed control for the motors can no longer stabilize sufficiently. If the adhesion between the two rollers is lost, slipping processes and, as a result, the so-called rattling start.
  • the invention is therefore based on the object of enabling a quick and reliable differentiation between operational tapping vibrations and chatter vibrations.
  • the object is achieved by a method for chatter monitoring in twin drives of rolling stands, in which vibrations of the upper drive and vibrations of the lower drive are detected, the detected vibrations are monitored for exceeding a predetermined amplitude, in the event of an amplitude exceeding a chatter detection signal is generated and at furthermore, the frequencies of the vibrations of the upper drive and the lower drive are monitored for equality and, in the event of a frequency equality, the chatter detection signal is suppressed.
  • the object is achieved by a device for chatter monitoring in twin drives of rolling stands with a device for detecting vibrations of the upper drive, with a device for detecting vibrations of the lower drive, with a device for monitoring the detected vibrations for exceeding a predetermined amplitude and for generating a chatter detection signal when the amplitude is exceeded and with a device for monitoring the frequencies of the detected vibrations for equality and for suppressing the chatter detection signal in the event of frequency equality.
  • the invention takes advantage of the phenomenon that operational tapping vibrations and chatter vibrations differ in their natural frequencies.
  • the upper and lower rollers adhere to one another so that both rollers vibrate at a common natural frequency due to the mechanical coupling. If, on the other hand, slipping occurs and liability is lost, the upper and lower rollers and the associated drives vibrate with their own natural frequencies, the natural frequencies of the upper drive and lower drive being different because of the generally unequal length of the drive shafts.
  • the amplitude and frequency monitoring of the detected vibrations takes place in an advantageous manner in that vibration-influenced measured variables, such as. B. the drive speed or the drive torque of the upper drive and vibration-influenced measured variables of the lower drive each an arrangement of bandpass filters with staggered center frequencies in the natural frequency range of the drives that the output signals of the bandpass filter are monitored for exceeding the predetermined amplitude and that to monitor the vibrations of the upper drive and of the sub-drive for frequency equality, the output signals of all bandpass filter pairs with bandpass filters for the top drive and the bottom drive and corresponding center frequency are compared.
  • vibration-influenced measured variables such as. B. the drive speed or the drive torque of the upper drive and vibration-influenced measured variables of the lower drive each an arrangement of bandpass filters with staggered center frequencies in the natural frequency range of the drives that the output signals of the bandpass filter are monitored for exceeding the predetermined amplitude and that to monitor the vibrations of the upper drive and of the sub-drive for frequency equality
  • the subdivision of the natural frequency ranges of the two drives by means of the bandpass filter into a grid of frequency intervals enables a very fast frequency comparison of the vibrations of the two drives without great circuitry or computational effort.
  • the output signals of each pair of bandpass filters are preferably monitored for the joint exceeding of a limit value.
  • the output signals of each pair of bandpass filters can be subtracted from one another, the difference signal thus obtained being monitored for a limit value being exceeded.
  • an evaluation is carried out, preferably an AND operation of all limit value violations detected in the bandpass filter pairs.
  • the limit value can also be evaluated characterized in that with a predetermined number of bandpass filter pairs with center frequencies in a predetermined relation to each other, for. B. immediately adjacent center frequencies, a limit violation must be detected in order to derive a frequency equality of the considered vibrations.
  • the output signal of each bandpass filter is rectified and differentiated in parallel, rectified, multiplied by the reciprocal of the center frequency of the bandpass filter and then added to the rectified output signal.
  • the amplitude monitoring of the detected vibrations is carried out in the simplest manner in that the output signal with the greatest amplitude is selected from the output signals of the bandpass filter and used to monitor whether the predetermined amplitude has been exceeded.
  • the rolling speed is reduced when the chatter detection signal occurs until the slipping stops and the lost adhesion between the top and bottom rollers is restored.
  • the detected vibrations of the upper drive and the lower drive are monitored for exceeding different amplitudes, that when the lower amplitude is exceeded there is a ramp-like reduction in the rolling speed and when the higher amplitude is exceeded there is a sudden reduction in the rolling speed .
  • FIG. 1 shows a roll stand 1 with two work rolls, namely an upper roll 2 and a lower roll 3, and associated supporting rolls 4 and 5.
  • the upper roll 2 and the lower roll 3 are driven by a twin drive, in which two separate motors 6 and 7 via drive shafts 8 and 9 and universal joints 10 are connected to the upper roller 2 and the lower roller 3. Since the universal joints 10 can only compensate for a limited angle, the center distance in the two motors 6 and 7 must be kept small in order to limit the length of the drive shafts 8 and 9. The size of the two motors 6 and 7 therefore requires an offset arrangement of the two motors 6 and 7.
  • the circuit shown in FIG. 2 for the detection of chatter vibrations is fed at a point 11 with a measurable variable M o which can be influenced by vibrations of the upper drive and at a point 12 with a vibrated measured variable M u of the lower drive.
  • the measured variables M o and M u can be, for example, the speed, the torque or the drive current act in engines 6 and 7.
  • the measured variable M o of the top drive is fed to a plurality of bandpass filters 13 with different center frequencies staggered between the minimum and maximum natural frequency of the twin drive. Each of the bandpass filters 13 is followed by a link 14 for forming the amount of the bandpass filter signals and a link 15 for signal smoothing.
  • the measured variable M u of the lower drive is also fed to a number of bandpass filters 16, the center frequencies of which are staggered in the same way as for the bandpass filters 13.
  • the band filters 16 are also each followed by a link 17 for forming the amount of the bandpass filter signals and a link 18 for signal smoothing.
  • the smoothed amounts of the bandpass filter signals at the outputs of the elements 15 and 18 are fed to a maximum value detector 19, which selects and switches on the maximum of the input signals fed to it.
  • the maximum value detector 19 is followed by two threshold value detectors 20 and 21, each of which generates an output signal when the maximum value supplied to them exceeds a predetermined threshold value.
  • the threshold value detector 20 is set to a lower threshold value and the threshold value detector 21 is set to a higher threshold value.
  • the output signal of the threshold value detector 20 is fed to an AND gate 22 and that of the threshold value detector 21 to a further AND gate 23.
  • vibrations occur within the twin drive, the vibration maximum contained in the frequency spectrum of the vibrations is monitored for exceeding two different amplitudes. If the lower amplitude is exceeded, a chatter detection signal R1 is generated at the output of the AND gate 22 and a further chatter detection signal R2 is generated at the output of the AND gate 23 if the additional condition is met that the current speeds of the twin drive are met exceed a predetermined value and that the vibrations detected are not operational tapping vibrations.
  • the speeds n o and n u of the upper drive and the lower drive are fed to the circuit at points 24 and 25.
  • the speeds n o and n u are monitored after the amount has been formed in amount-forming elements 26 and 27, regardless of the direction of rotation in limit value indicators 28 and 29, for exceeding a limit, for example 5% of the maximum speed.
  • Each of the two limit indicators 28 and 29 is connected at its output to the two AND gates 22 and 23.
  • each of the individual elements 15 and 18 for signal smoothing is followed by a limit value detector 30 or 31, which then generates an output signal when the smoothed amount of the bandpass filter signal has a limit value, for example 5% of the amount of the measured variables M o or M u .
  • the outputs of two limit detectors 30 and 31, one of which is assigned to a bandpass filter 13 for the upper drive and the other to a bandpass filter 16 with the same center frequency for the lower drive, are each followed by an antivalence element (exclusive OR) 32, which then outputs an output signal generated when only one of the two limit detectors 30 and 31 reports that the limit has been exceeded.
  • the outputs of the antivalence gates 32 are fed to an OR gate 33, which is connected on the output side to each of the two AND gates 22 and 23. So if in any of the staggered frequency intervals defined by the bandpass filter pairs 13, 16, the vibrations for the one drive, z. B. the top drive, exceed the limit, while in the same frequency interval for the other drive, z. B. the underdrive, no vibrations exceeding the limit value are detected, this indicates that there is no liability between the upper roller 2 and the lower roller 3, so that the upper and lower drive vibrate independently of one another with different natural frequencies. In this case, the generation of the chatter detection signals R1 and R2 is released.
  • the chatter detection signal R1 which is generated when the chatter vibrations exceed the lower threshold value of the threshold value detector 20, is used to switch an integrator 34 on and off.
  • a direction of rotation signal D is fed to the integrator 34 on the input side, which signal has the value +1 or -1 depending on the rolling direction or direction of rotation of the twin drive.
  • the integrator 34 generates a ramp-shaped output signal with an increasing or decreasing ramp from this direction of rotation signal D, the level of the output signal being limited in a subsequent stage 35. If the detected chatter vibration exceeds the higher threshold value of the threshold value detector 21, a stepped output signal is generated with the help of a controllable switch 36, the value of which jumps from 0 to 1 or from 0 to -1 depending on the rolling direction.
  • the rotational speed for the twin drive is reduced either in the form of a ramp or jump, depending on whether the detected chatter vibrations exceed the lower or the higher threshold value.
  • FIG. 4 shows a circuit variant that differs from the circuit shown in FIG. 2 only in that, instead of the limit indicators 30, 31 and antivalence elements, 32 subtractors 38 with subordinate amount-forming elements 39 and limit indicators 40 are provided.
  • the rectified and smoothed output signals of the bandpasses 13 and 16 assigned to the upper and lower drive with a matching center frequency are subtracted from one another, the difference signal obtained in this way being monitored after its rectification for exceeding a limit value.
  • each bandpass filter 13 or 16 is additionally differentiated in a differentiating element 41, rectified in an amount-forming element 42 and multiplied in a multiplier 43 by the reciprocal of the respective center frequency ⁇ BP of the bandpass filter 13 or 16 before it is added in a summing element 44 is added to the rectified output signal of the bandpass filter 13 or 16.
  • the ripple of the signal at the input of the signal smoothing element 15 or 18 is reduced, so that the smoothing effect and thus the signal delay of the signal smoothing element 15 or 18 can be reduced.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

  • Bei einem Zwillingsantrieb an einem Walzgerüst werden die Oberwalze und die Unterwalze des Walzgerüstes getrennt von einem Ober- und einem Untermotor angetrieben. Die Ankopplung jedes Motors über eine mehr oder weniger drehsteife Welle an die zugehörige Walze ergibt ein drehschwingungsfähiges Gebilde. Durch starke Änderungen der Reibwerte im Walzspalt kann ein Selbsterregungsprozeß in Gang gesetzt werden, wobei die den Walzen zugeführte Rotationsenergie in Torsionsschwingungsenergie umgewandelt wird. Das mechanische Drehschwingungsverhalten des Zwillingsantriebs wird dadurch in einer Weise entdämpft, daß die Drehzahlregelung für die Motoren nicht mehr ausreichend stabilisieren kann. Geht die Haftung zwischen den beiden Walzen verloren, so setzen Rutschvorgänge und als Folge davon das sogenannte Rattern ein.
  • Es ist bekannt, das Rattern dadurch zu detektieren, daß Schwingungen der Antriebe erfaßt und auf Überschreiten einer vorgegebenen Amplitude überwacht werden. Im Falle einer Amplitudenüberschreitung wird ein Ratterdetektionssignal erzeugt, das der Drehzahlregelung im Sinne einer Verringerung der Drehzahl solange aufgegeben wird, bis das Rattern aufhört. Betriebsmäßige Schwingungen, die durch den Anstich im Walzgerüst hervorgerufen werden, dürfen jedoch nicht zu einem Ansprechen der Ratterüberwachung führen. Bisher konnte man die gut gedämpften Anstichschwingungen nur über die Höhe der Amplitudenschwelle von aufklingenden Ratterschwingungen selektieren. Vielfach ist aber dann die verbleibende Zeit für eine Reaktion zu kurz, so daß es zu Antriebsschäden kommen kann.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine schnelle und sichere Unterscheidung von betriebsmäßigen Anstichschwingungen und Ratterschwingungen zu ermöglichen.
  • Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Ratterüberwachung bei Zwillingsantrieben von Walzgerüsten gelöst, bei dem Schwingungen des Oberantriebs und Schwingungen des Unterantriebs erfaßt werden, die erfaßten Schwingungen auf Überschreiten einer vorgegebenen Amplitude überwacht werden, im Falle einer Amplitudenüberschreitung ein Ratterdetektionssignal erzeugt wird und bei dem ferner die Frequenzen der Schwingungen des Oberantriebs und des Unterantriebs auf Gleichheit überwacht werden und im Falle einer Frequenzgleichheit das Ratterdetektionssignal unterdrückt wird.
  • In entsprechender Weise wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Ratterüberwachung bei Zwillingsantrieben von Walzgerüsten mit einer Einrichtung zur Erfassung von Schwingungen des Oberantriebs, mit einer Einrichtung zur Erfassung von Schwingungen des Unterantriebs, mit einer Einrichtung zur Überwachung der erfaßten Schwingungen auf Überschreiten einer vorgegebenen Amplitude und zur Erzeugung eines Ratterdetektionssignals bei Amplitudenüberschreitung und mit einer Einrichtung zur Überwachung der Frequenzen der erfaßten Schwingungen auf Gleichheit und zur Unterdrückung des Ratterdetektionssignals bei Frequenzgleichheit.
  • Die Erfindung nutzt in vorteilhafter Weise die Erscheinung aus, daß sich betriebsmäßige Anstichschwingungen und Ratterschwingungen in ihren Eigenfrequenzen unterscheiden. Bei einem normalen Anstich haften die Ober- und die Unterwalze aufeinander, so daß beide Walzen aufgrund der mechanischen Kopplung mit einer gemeinsamen Eigenfrequenz schwingen. Wenn dagegen Rutschvorgänge einsetzen und die Haftung verlorengeht, schwingen die Ober- und Unterwalze und die zugehörigen Antriebe mit ihren eigenen Eigenfrequenzen, wobei die Eigenfrequenzen von Oberantrieb und Unterantrieb wegen der in der Regel ungleichen Länge der Antriebswellen verschieden sind.
  • Die Amplituden- und Frequenzüberwachung der erfaßten Schwingungen erfolgt in vorteilhafter Weise dadurch, daß schwingungsbeeinflußte Meßgrößen, wie z. B. die Antriebsdrehzahl oder das Antriebsmoment des Oberantriebs und schwingungsbeeinflußte Meßgrößen des Unterantriebs jeweils einer Anordnung von Bandpaßfiltern mit im Eigenfrequenzbereich der Antriebe gestaffelten Mittenfrequenzen zugeführt werden, daß die Ausgangssignale der Bandpaßfilter auf Überschreiten der vorgegebenen Amplitude überwacht werden und daß zur Überwachung der Schwingungen des Oberantriebes und des Unterantriebes auf Frequenzgleichheit die Ausgangssignale aller Bandpaßfilterpaare mit Bandpaßfiltern für den Oberantrieb und den Unterantrieb und übereinstimmender Mittenfrequenz miteinander verglichen werden. Die Unterteilung der Eigenfrequenzbereiche der beiden Antriebe mittels der Bandpaßfilter in ein Raster von Frequenzintervallen ermöglicht ohne großen schaltungstechnischen oder rechnerischen Aufwand einen sehr schnellen Frequenzvergleich der Schwingungen beider Antriebe. Dabei werden vorzugsweise die Ausgangssignale jedes Bandpaßfilterpaares auf das gemeinsame Überschreiten eines Grenzwertes überwacht. Alternativ hierzu können die Ausgangssignale jedes Bandpaßfilterpaares voneinander subtrahiert werden, wobei das so erhaltene Differenzsignal auf Überschreiten eines Grenzwertes überwacht wird.
  • Zur Bestimmung der Frequenzgleichheit der Schwingungen des Oberantriebes und des Unterantriebs erfolgt eine Auswertung, vorzugsweise eine UND-Verknüpfung aller bei den Bandpaßfilterpaaren detektierten Grenzwertüberschreitungen. Alternativ dazu kann die Auswertung der Grenzwertüberschreitungen auch dadurch erfolgen, daß bei einer vorgegebenen Anzahl von Bandpaßfilterpaaren mit Mittenfrequenzen in einer vorgegebenen Relation zueinander, z. B. unmittelbar zueinander benachbarte Mittenfrequenzen, eine Grenzwertüberschreitung detektiert werden muß, um daraus eine Frequenzgleichheit der betrachteten Schwingungen ableiten zu können.
  • Um die Detektionsgeschwindigkeit beim Auftreten von Schwingungen zu erhöhen, ist vorgesehen, daß das Ausgangssignal jedes Bandpaßfilters gleichgerichtet wird und parallel dazu differenziert, gleichgerichtet, mit dem Kehrwert der Mittenfrequenz des Bandpaßfilters multipliziert und anschließend zu dem gleichgerichteten Ausgangssignal hinzuaddiert wird.
  • Die Amplitudenüberwachung der erfaßten Schwingungen erfolgt in einfachster Weise dadurch, daß von den Ausgangssignalen der Bandpaßfilter dasjenige Ausgangssignal mit der größten Amplitude ausgewählt und zur Überwachung auf das Überschreiten der vorgegebenen Amplitude herangezogen wird.
  • Um die Ratterschwingungen zu reduzieren bzw. zu beseitigen, wird beim Auftreten des Ratterdetektionssignals die Walzgeschwindigkeit reduziert, bis die Rutschvorgänge aufhören und die verlorengegangene Haftung zwischen der Ober- und Unterwalze wieder hergestellt ist. In diesem Zusammenhang ist in vorteilhafter Weise vorgesehen, daß die erfaßten Schwingungen des Oberantriebes und des Unterantriebs auf Überschreiten unterschiedlicher Amplituden überwacht werden, daß beim Überschreiten der jeweils niedrigeren Amplitude eine rampenförmige Reduzierung der Walzgeschwindigkeit und beim Überschreiten der jeweils höheren Amplitude eine sprungartige Reduzierung der Walzgeschwindigkeit erfolgt.
  • Zur Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen; im einzelnen zeigen
    • FIG 1
    ein Beispiel für einen Zwillingsantrieb an einem Walzgerüst,
    FIG 2
    ein Ausführungsbeispiel in Form eines Blockschaltbildes für die erfindungsgemäße Erzeugung zweier Ratterdetektionssignale für unterschiedlich starke Ratterschwingungen und
    FIG 3
    ein Ausführungsbeispiel für die Realisierung der Walzgeschwindigkeitsreduzierung in Abhängigkeit von den Ratterdetektionssignalen,
    FIG 4
    eine zu dem in FIG 2 gezeigtes Ausführungsbeispiel alternative Ausführungsform und
    FIG 5
    ein Ausführungsbeispiel für die Erhöhung der Ansprechgeschwindigkeit beim Auftreten von Schwingungen.
  • FIG 1 zeigt ein Walzgerüst 1 mit zwei Arbeitswalzen, nämlich einer Oberwalze 2 und einer Unterwalze 3, und zugehörigen Stützwalzen 4 und 5. Die Oberwalze 2 und die Unterwalze 3 werden durch einen Zwillingsantrieb angetrieben, bei dem zwei separate Motoren 6 und 7 über Antriebswellen 8 und 9 und Kardangelenke 10 mit der Oberwalze 2 und der Unterwalze 3 verbunden sind. Da die Kardangelenke 10 nur einen begrenzten Winkel ausgleichen können, muß der Achsabstand bei den beiden Motoren 6 und 7 zur Begrenzung der Länge der Antriebswellen 8 und 9 kleingehalten werden. Die Baugröße der beiden Motoren 6 und 7 erzwingt daher eine versetzte Anordnung der beiden Motoren 6 und 7.
  • Der in FIG 2 gezeigten Schaltung zur Detektion von Ratterschwingungen werden an einem Punkt 11 eine von Schwingungen des Oberantriebes beeinflußbare Meßgröße Mo und an einem Punkt 12 eine schwingungsbehaftete Meßgröße Mu des Unterantriebs zugeführt. Bei den Meßgrößen Mo und Mu kann es sich beispielsweise um die Drehzahl, das Drehmoment oder den Antriebsstrom in den Motoren 6 und 7 handeln. Die Meßgröße Mo des Oberantriebes wird mehreren Bandpaßfiltern 13 mit unterschiedlichen, zwischen der minimalen und maximalen Eigenfrequenz des Zwillingsantriebes gestaffelten Mittenfrequenzen zugeführt. Jedem der Bandpaßfilter 13 sind jeweils ein Glied 14 zur Bildung des Betrages der Bandpaßfiltersignale und ein Glied 15 zur Signalglättung nachgeordnet. Die Meßgröße Mu des Unterantriebes wird ebenfalls mehreren Bandpaßfiltern 16 zugeführt, deren Mittenfrequenzen in der gleichen Weise wie bei den Bandfiltern 13 gestaffelt sind. Den Bandfiltern 16 sind ebenfalls jeweils ein Glied 17 zur Bildung des Betrags der Bandpaßfiltersignale und ein Glied 18 zur Signalglättung nachgeordnet. Die geglätteten Beträge der Bandpaßfiltersignale an den Ausgängen der Glieder 15 und 18 werden einem Maximalwertdetektor 19 zugeführt, der das maximale der ihm zugeführten Eingangssignale auswählt und weiterschaltet. Dem Maximalwertdetektor 19 sind zwei Schwellenwertdetektoren 20 und 21 nachgeordnet, die jeweils dann ein Ausgangssignal erzeugen, wenn der ihnen zugeführte Maximalwert einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Dabei ist der Schwellenwertdetektor 20 auf einen niedrigeren und der Schwellenwertdetektor 21 auf einen höheren Schwellenwert eingestellt. Das Ausgangssignal des Schwellenwertdetektors 20 ist einem UND-Glied 22 und das des Schwellenwertdetektors 21 einem weiteren UND-Glied 23 zugeführt.
  • Wenn also Schwingungen innerhalb des Zwillingsantriebes auftreten, so wird das in dem Frequenzspektrum der Schwingungen enthaltene Schwingungsmaximum auf Überschreiten zweier unterschiedlicher Amplituden überwacht. Bei Überschreitung der niedrigeren Amplitude werden am Ausgang des UND-Gliedes 22 ein Ratterdetektionssignal R1 und beim Überschreiten der höheren Amplitude am Ausgang des UND-Gliedes 23 ein weiteres Ratterdetektionssignal R2 erzeugt, wenn zusätzlich die Bedingung erfüllt ist, daß die aktuellen Drehzahlen des Zwillingsantriebes einen vorgegebenen Wert überschreiten und daß es sich bei den erfaßten Schwingungen nicht um betriebsmäßige Anstichschwingungen handelt.
  • Dazu werden der Schaltung an den Punkten 24 und 25 die Drehzahlen no und nu des Oberantriebes und des Unterantriebes zugeführt. Die Drehzahlen no und nu werden nach Betragsbildung in betragsbildenden Gliedern 26 und 27 unabhängig von der Drehrichtung in Grenzwertmeldern 28 und 29 auf Überschreiten eines Grenzwertes, beispielsweise 5% der maximalen Drehzahl, überwacht. Jeder der beiden Grenzwertmelder 28 und 29 ist an seinem Ausgang mit den beiden UND-Gliedern 22 und 23 verbunden.
  • Zur Unterscheidung von Ratterschwingungen und betriebsmäßigen Anstichschwingungen ist jedem der einzelnen Glieder 15 und 18 zur Signalglättung jeweils ein Grenzwertmelder 30 bzw. 31 nachgeordnet, der dann ein Ausgangssignal erzeugt, wenn der geglättete Betrag des Bandpaßfiltersignals einen Grenzwert, beispielsweise 5% des Betrages der Meßgrößen Mo bzw. Mu, überschreitet. Den Ausgängen von jeweils zwei Grenzwertmeldern 30 und 31, von denen einer einem Bandpaßfilter 13 für den Oberantrieb und der andere einem Bandpaßfilter 16 mit gleicher Mittenfrequenz für den Unterantrieb zugeordnet ist, ist jeweils ein Antivalenzglied (Exklusiv-ODER) 32 nachgeordnet, das dann ein Ausgangssignal erzeugt, wenn nur einer der beiden Grenzwertmelder 30 und 31 eine Grenzwertüberschreitung meldet. Die Ausgänge der Antivalenzglieder 32 sind einem ODER-Glied 33 zugeführt, das ausgangsseitig an jedem der beiden UND-Glieder 22 und 23 angeschlossen ist. Wenn also in irgendeinem der durch die Bandpaßfilterpaare 13, 16 definierten gestaffelten Frequenzintervalle die Schwingungen für den einen Antrieb, z. B. den Oberantrieb, den Grenzwert überschreiten, während in demselben Frequenzintervall für den anderen Antrieb, z. B. den Unterantrieb, keine grenzwertüberschreitenden Schwingungen detektiert werden, so weist dies darauf hin, daß zwischen der Oberwalze 2 und der Unterwalze 3 keine Haftung vorliegt, so daß der Ober- und Unterantrieb unabhängig voneinander mit unterschiedlichen Eigenfrequenzen schwingen. In diesem Fall wird die Erzeugung der Ratterdetektionssignale R1 und R2 freigegeben. Wenn dagegen in allen Frequenzintervallen sowohl für die Schwingungen des Oberantriebes als auch für die Schwingungen des Unterantriebes Grenzüberschreitungen detektiert werden, so weist dies darauf hin, daß der Ober- und Unterantrieb gemeinsam mit gleicher Eigenfrequenz schwingen. In diesem Fall liegen also betriebsmäßige Anstichschwingungen vor, so daß die Erzeugung der Ratterdetektionssignale R1 und R2 unterdrückt wird.
  • Wie FIG 3 zeigt, wird das Ratterdetektionssignal R1, das erzeugt wird, wenn die Ratterschwingungen den niedrigeren Schwellenwert des Schwellenwertdetektors 20 überschreiten, zum Ein- und Ausschalten eines Integrators 34 herangezogen. Dem Integrator 34 wird eingangsseitig ein Drehrichtungssignal D zugeführt, das je nach Walzrichtung bzw. Drehrichtung des Zwillingsantriebes den Wert +1 oder -1 aufweist. Aus diesem Drehrichtungssignal D erzeugt der Integrator 34 ein rampenförmiges Ausgangssignal mit ansteigender oder abfallender Rampe, wobei die Höhe des Ausgangssignals in einer nachfolgenden Stufe 35 begrenzt wird. Überschreitet die detektierte Ratterschwingung den höheren Schwellenwert des Schwellenwertdetektors 21, so wird mit Hilfe eines steuerbaren Schalters 36 ein sprungförmiges Ausgangssignal erzeugt, dessen Wert je nach Walzrichtung von 0 nach 1 oder von 0 nach -1 springt. Die Ausgangswerte des Integrators 34 und des steuerbaren Schalters 36 werden in einem Summierglied 37 zu einem Drehzahlkorrekturwert Δn addiert, mit dem der Drehzahlsollwert n* für den Zwillingsantrieb in einen korrigierten Drehzahlsollwert n 1 *=n*(1+Δn)
    Figure imgb0001
    umgewandelt wird.
  • Beim Auftreten von Ratterschwingungen wird also die Drehzahl für den Zwillingsantrieb entweder rampenförmig oder sprungförmig verringert, je nachdem ob die erfaßten Ratterschwingungen den niedrigeren oder den höheren Schwellenwert überschreiten.
  • FIG 4 zeigt eine Schaltungsvariante, die sich von der in FIG 2 dargestellten Schaltung lediglich dadurch unterscheidet, daß anstelle der Grenzwertmelder 30, 31 und Antivalenzglieder 32 Subtrahierglieder 38 mit nachgeordneten betragsbildenden Gliedern 39 und Grenzwertmeldern 40 vorgesehen sind. Die gleichgerichteten und geglätteten Ausgangssignale der dem Ober- und Unterantrieb zugeordneten Bandpässe 13 und 16 mit übereinstimmender Mittenfrequenz werden voneinander subtrahiert, wobei das so erhaltene Differenzsignal nach seiner Gleichrichtung auf Überschreiten eines Grenzwertes überwacht wird.
  • FIG 5 zeigt ein Beispiel für die Erhöhung der Ansprechgeschwindigkeit der in FIG 2 und FIG 4 gezeigten Schaltungen in Bezug auf das Auftreten von Schwingungen. Dazu wird das Ausgangssignal jedes Bandpaßfilters 13 bzw. 16 zusätzlich in einem Differenzierglied 41 differenziert, in einem betragsbildenden Glied 42 gleichgerichtet und in einem Multiplizierglied 43 mit dem Kehrwert der jeweiligen Mittenfrequenz ωBP des Bandpaßfilters 13 bzw. 16 multipliziert, bevor es in einem Summierglied 44 zu dem gleichgerichteten Ausgangssignal des Bandpaßfilters 13 bzw. 16 hinzuaddiert wird. Hierdurch wird die Welligkeit des Signals am Eingang des Signalglättungsgliedes 15 bzw. 18 verringert, so daß die Glättungswirkung und damit die Signalverzögerung des Signalglättungsgliedes 15 bzw. 18 herabgesetzt werden kann.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Ratterüberwachung bei Zwillingsantrieben von Walzgerüsten (1), bei dem Schwingungen des Oberantriebes (2, 4, 6, 8) und Schwingungen des Unterantriebes (3, 5, 7, 9) erfaßt werden, die erfaßten Schwingungen auf Überschreiten einer vorgegebenen Amplitude überwacht werden, im Falle einer Amplitudenüberschreitung ein Ratterdetektionssignal (R1, R2) erzeugt wird und bei dem ferner die Frequenzen der Schwingungen des Oberantriebes (2, 4, 6, 8) und des Unterantriebes (3, 5, 7, 9) auf Gleichheit überwacht werden und im Falle einer Frequenzgleichheit das Ratterdetektionssignal (R1, R2) unterdrückt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß schwingungsbeeinflußte Meßgrößen (Mo) des Oberantriebes (2, 4, 6, 8) und schwingungsbeeinflußte Meßgrößen (Mu) des Unterantriebes (3, 5, 7, 9) jeweils einer Anordnung von Bandpaßfiltern (13, 16) mit im Eigenfrequenzbereich der Antriebe gestaffelten Mittenfrequenzen zugeführt werden, daß die Ausgangssignale der Bandpaßfilter (13, 16) auf Überschreiten der vorgegebenen Amplitude überwacht werden und daß zur Überwachung der Schwingungen des Oberantriebes (2, 4, 6, 8) und des Unterantriebes (3, 5, 7, 9) auf Frequenzgleichheit die Ausgangssignale aller Bandpaßfilterpaare mit Bandpaßfiltern (13, 16) für den Oberantrieb (2, 4, 6, 8) und den Unterantrieb (3, 5, 7, 9) und übereinstimmender Mittenfrequenz miteinander verglichen werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zur Überwachung der Schwingungen des Oberantriebs (2,4,6,8) und des Unterantriebs (3,5,7,9) auf Frequenzgleichheit die Ausgangssignale jedes Bandpaßfilterpaares (13, 16) auf das gemeinsame Überschreiten eines Grenzwertes überwacht werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zur Überwachung der Schwingungen des Oberantriebs (2,4,6,8) und des Unterantriebs (3,5,7,9) auf Frequenzgleichheit die Ausgangssignale jedes Bandpaßfilterpaares (13,16) voneinander subtrahiert werden und das so erhaltene Differenzsignal auf Überschreiten eines Grenzwertes überwacht wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zur Bestimmung der Frequenzgleichheit der Schwingungen des Oberantriebes (2, 4, 6, 8) und des Unterantriebes (3, 5, 7, 9) eine Auswertung, insbesondere eine UND-Verknüpfung, aller bei den Bandpaßfilterpaaren (13, 16) detektierten Grenzwertüberschreitungen erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß von den Ausgangssignalen der Bandpaßfilter (13, 16) dasjenige Ausgangssignal mit der größten Amplitude ausgewählt und zur Überwachung auf das Überschreiten der vorgegebenen Amplitude herangezogen wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Ausgangsignal jedes Bandpaßfilters (13,16) gleichgerichtet wird und parallel dazu differenziert, gleichgerichtet, mit dem Kehrwert der Mittenfrequenz (ωBP) des Bandpaßfilters (13,16) multipliziert und anschließend zu dem gleichgerichteten Ausgangssignal hinzuaddiert wird.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß beim Auftreten des Ratterdetektionssignals (R1, R2) die Walzgeschwindigkeit (n) reduziert wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die erfaßten Schwingungen des Oberantriebes (2, 4, 6, 8) und des Unterantriebes (3, 5, 7, 9) auf das Überschreiten unterschiedlicher Amplituden überwacht werden, daß beim Überschreiten der jeweils niedrigeren Amplitude eine rampenförmige Reduzierung der Walzgeschwindigkeit (n) und bei Überschreiten der jeweils höheren Amplitude eine sprungartige Reduzierung der Walzgeschwindigkeit (n) erfolgt.
  10. Vorrichtung zur Ratterüberwachung bei Zwillingsantrieben von Walzgerüsten mit einer Einrichtung zur Erfassung von Schwingungen des Oberantriebes (2, 4, 6, 8), mit einer Einrichtung zur Erfassung von Schwingungen des Unterantriebes (3, 5, 7, 9), mit einer Einrichtung (20, 21) zur Überwachung der erfaßten Schwingungen auf Überschreiten einer vorgegebenen Amplitude und zur Erzeugung eines Ratterdetektionssignals (R1, R2) bei Amplitudenüberschreitung und mit einer Einrichtung (13 bis 18), (30 bis 33) zur Überwachung der Frequenzen der erfaßten Schwingungen auf Gleichheit und zur Unterdrückung des Ratterdetektionssignals (R1, R2) bei Frequenzgleichheit.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Einrichtungen zur Erfassung der Schwingungen jeweils eine Anordnung von Bandpaßfiltern (13, 16) mit gestaffelten Mittenfrequenzen aufweisen.
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