DE2112158A1

DE2112158A1 - Automatisches Regelsystem fuer eine Endenabschereinrichtung

Info

Publication number: DE2112158A1
Application number: DE19712112158
Authority: DE
Inventors: Usher Thomas Eugene
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1970-03-16
Filing date: 1971-03-13
Publication date: 1971-10-07
Also published as: NL7103537A; FR2084688A5; CA918784A; GB1352878A; US3614572A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein automatisches Regelsystem für eine Endenabschereinrichtung des Typs, wie er in einem Warmbandwalzwerk verwendet wird, um die Enden einer durch das Walzwerk laufenden Warmmetallbramme rechtwinklig zu machen.

In einem Warmbandwalzwerk laufen erhitzte Metallbrammen durch eine Reihe von Rollen oder Walzen, die als Vorgerüst bzw. als Vorwalzen bezeichnet werden und die die Brammendicke fortschreitend verkleinern. Dieser Prozeß ruft infolge der Deformation der Enden, auf die kein Gegendruck ausgeübt wird, Un-

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regelmäßigkeiten an den Kopf- und Hinterenden der Bramme hervor. Bevor die Brammen in die Pertiggerüste bzw. Fertigwalzen eintreten, ist es üblich, die unregelmäßigen Brammenenden mit einer drehbaren Schneid- oder Abschermaschine, die auch als Endenabschereinrichtung (crop shear) bezeichnet wird, rechtwinklig zu machen. Diese besteht aus einem Paar massiver Drehzylinder, die mit Schneid- bzw. Scherblättern versehen sind, welche auf gegenüberliegenden Seiten des Brammenweges angeordnet sind. Ihre Anordnung ist so gewählt, daß sie die Bramme an der gewünschten Scherlinie abschneiden, wenn sie durch einen Antriebsmotor in entgegengesetzten Richtungen gedreht ψ werden.

Damit nun ein übermäßiger Abfallverlust verhindert wird, sollten die vorne und hinten abgeschnittenen Enden so kurz wie möglich sein. Dies erfordert eine präzise Synchronisation der sich bewegenden Bramme und der rotierenden Schereinrichtung, so daß die Enden der Bramme an einer vorbestimmten Scherlinie abgeschert werden. Dieser Synchronisationsprozeß ist schwierig, da die Schereinrichtung, die eine massive Vorrichtung mit beträchtlichem Gewicht ist, ein erhebliches Trägheitsmoment aufweist und deshalb nicht augenblicklich auf die Brammengeschwindigkeit beschleunigt werden kann. Ferner muß in ^ einem kontinuierlich arbeitenden VJalzwerk die Geschwindigkeit der sich der Schereinrichtung nähernden Bramme häufig eingestellt werden. Somit wird die sich bewegende Bramme beschleunigt, abgebremst oder läuft mit unterschiedlichen Geschwlh-¹ digkeiten durch die Schereinrichtung hindurch. Weiterhin ist es häufig erwünscht, unterschiedliehe Relativgesehwindigkeiten zwischen den Scherblättern und den Brammenenden für die"^ Vorder- und Hinterendenschnitte zu haben, um eine größere' ^;5^ räumliche Trennung der Blockenden von der abgescherten' Bramme zu erzielen. Dies erleichtert die Ableitung der Blockenden über eine entsprechende Ableitungsrutsche,

Um eine größere Präzision bei der Synchronisierung der Schereinrichtungs- und Brammenbewegungen zu erzielen und dadurch

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den Abfallverlust durch eine genaue Abscherung der Bramme an optimalen Stellen zu verkleinern, sind automatische Regelungen für den Antriebsmotor einer Schereinrichtung entwickelt und verwendet worden. Diese Regelungen sind zwar erfolgreich gewesen, aber sie sind komplex und infolgedessen nur unter hohen Kosten herzustellen und zu warten. Ein Grund für ihre Komplexität und die hohen Kosten lag in der erforderlichen ausgefeilten Rückkopplungseinrichtung. Eine derartige Einrichtung wird dazu verwendet, kontinuierlich die Scherblätter relativ zu der sich nähernden Bramme während des Intervalles zu regulieren und einzustellen, in dem sich die Scherblätter von einer stationären "Park-"Stellung zu einer "Schneid-" Stellung bewegen, in der die Abscherung stattfindet.

Es ist deshalb eine Aufgabe dieser Erfindung, ein verbessertes automatisches Regelsystem für eine Endenabsehereinrichtung zu schaffen, die die gewünschte Synchronisation zwischen den Brammen- und Schereinrichtungsgeschwindigkeiten in einer relativ einfachen Weise erzielt, so daß die Regeleinrichtung weniger kostspielig herzustellen und zu warten ist. Ferner soll das verbesserte automatische Regelsystem keine Stellungs-Rückkopplung erfordern, nachdem die Bewegung der Scherblätter in Gang gesetzt worden ist. Ferner beinhaltet die Erfindung ein automatisches Regelsystem für eine Endenabschereinrichtung, das das Zeitintervall, in dem die Schereinrichtung beschleunigt wird, verkürzt, so daß dadurch die Schneidgenauigkeit verbessert wird. Darüber hinaus soll ein automatisches Regelsystem geschaffen werden, das ein vereinfachtes System zur Berechnung der Stellung bzw. Lage der sich nähernden Bramme verwendet, in der die Schereinrichtung in Gang gesetzt werden muß, um die Bramme an der gewünschten Scherlinie abzuscheren.

Zur Lösung dieser Aufgaben wird erfindungsgemäß ein Computer verwendet, um die Zeit und die Brammenlage zu bestimmen, an der die Bewegung der Schereinrichtung eingeleitet werden muß,

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damit die Bramme an der gewünschten Scherlinie abgeschert wird. Dies wird kontinuierlich mit der Lage der Bramme verglichen, wenn diese sich der Schereinrichtung nähert. Wenn diese zwei Lagen gleich sind, wird die Schereinrichtung in Gang gesetzt. Die Berechnung der Lage der Bramme, an der die Schereinrichtung in Gang gesetzt wird, basiert auf dem Prinzip, daß die Fläche unter dem Geschwindigkeits-Zeitprofil der Schereinrichtung gleich der Entfernung ist, die von den Scherblättern von der Park- zur Schneidstellung zurückgelegt wird. Die Berechnung dieser Fläche durch einen Integrationsprozeß wird durch die Verwendung eines Drehzahlreglers für den Antriebsmotor der Schereinrichtung erleichtert, der die Schereinrichtung unabhängig von der Brammengesehwindigkeit in konstanter und voraussagbarer Weise beschleunigt. Wenn die Schergeschwindigkeit die Brammengeschwindigkeit erreicht, die durch einen Brammengeschwindigkeitssensor gemessen wird, wird der Regler durch ein Brammengeschwindigkeitssignal geregelt, um so die Schergeschwindigkeit'während der übrigen Bewegung der Schereinrichtung zur Schneidstellung mit der Brammengeschwindigkeit zu synchronisieren.

Durch Einstellung der Größe des dem Regler zugeführten Brammengeschwindigkeitssignales kann das Verhältnis der Schergeschwindigkeit zur Brammengeschwindigkeit im Augenblick des " Schnittes verändert werden. Da die Schereinrichtung unabhängig von der Brammengeschwindigkeit immer in konstantem, maximalem Maße beschleunigt wird, ist das Geschwindigkeits-Zeitprofil der Schereinrichtung während der Betriebszyklen der Schereinrichtung durchweg reproduzierbarer und leichter berechenbar, so daß dadurch die Genauigkeit des Regelsystems verbessert und der Computerbetrieb vereinfacht wird. Ferner wird die Genauigkeit des Regelsystems dadurch verbessert, daß die Betriebszeit der Schereinrichtung im Vergleich zu bekannten Systemen verkürzt wird, bei denen die Scherbeschleunigung während jedes Betriebszyklus der Schereinrichtung verändert wurde, um die Geschwindigkeit der sich nähernden Bramme anzu-

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•passen» Schließlich erfordert dieses System auch keine Stelluhgs-RUckkoppltingssteuerUhgj was im folgenden näher erläutert wird.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichhüngen beschrieben.

Fig. 1 zeigt die Art und Weise, in der die unregelmäßigen Enden einer sich bewegenden Bramme entlang der vorderen und hinteren Scherlinien rechtwinklig gemacht oder abgeschert werden, wenn diese durch eine drehbare Endenabs chereinrichtuhg hindurchbewegt werden.

Fig. 2 zeigt einen Teil eines Warmbandwalzwerkes, in dem eine drehbare Endenabsehereinrichtung verwendet wird, um die Enden einer sich durch das Walzwerk bewegenden Warmmetallbramme abzuscheren. Dabei sind auch die Stellungen der zur Regelung der-Sehereinrichtung verwendeten Sensoren dargestellt.

Fig. 3 zeigt ein Regelsystem, das die zur Regelung der Endenabschereinrichtuhg benutzte Erfindung verkörpert.

Fig. 4 ist eine graphische Darstellung des Geschwindigkeits-Zeitprofiles oder -Kurve der Bewegung der Schereinrichtung.

Flg. 5 ist ein geometrisches Diagramm und zeigt gewisse physikalische Abmessungen, die zur Berechnung der Lage bzw. Stellung der Bramme zu dem Zeltpunkt verwendet werden, zu dem die Abschereinrichtung anlaufen muß, um das Brammenende an der gewünschten Scherlinie abzuscheren.

Fig. 6 ist ein Flüßbild und zeigt die durch einen Computer durchgeführten Rechengänge, die zur Berechnung der

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Startstellung der Sehereinrichtung und des Beginns des Sehervargähges benutzt v/erden, wenn die Scherlinie der Bramme die berechnete Scherstartstellung erreicht.

In einem Warmbändwalzwerk werden die zu walzenden Brammen erhitzt und dann durch eine Reihe von Vorgerüsten geleitet, um die Brammendicke herabzusetzen. Während dieses Prozesses werden die Enden infolge des Fehlens eines Gegendruckes verformt und bilden dabei Unregelmäßigkeiten. Diese unregelmäßigen Enden müssen rechtwinklig abgeschnitten oder abgeschert werden, bevor die Bramme in das Fertiggerüst eingeführt wird. Zu diesem Zweck wird eine Schneidmaschine benutzt, die als drehbare Endenäbschereinriehtung (crop shear) bekannt ist. Dieser Schervorgang ist in den Figuren 1, 2 und 5 dargestellt. Nachdem eine erhitzte Metallbramme 10 durch das letzte Vorgerüst

11 gelaufen ist, weist sie deformierte Vorder- und Hinterenden

12 Und 13 auf, die abgeschnitten werden müssen, bevor die Bramme in das erste Fertiggerüst 14 eintritt. Dies wird dadurch bewerkstelligt, daß die Bramme durch eine drehbare Endenäbschereinriehtung 15 geleitet wird, die zu einem richtigen Zeitpunkt betätigt wird, um die Vorder- und Hinterenden i2 und 13 der Bramme an vorbestimmten Abscherlinien 16 und 17 abzuschneiden. Während der FortbHiegung zwischen dem letzten Vorgerüst .11 und der Abschereinrichtung 15 wird die Bramme 10 von Rollen 18 getragen und durch diese angetrieben. Die Rollen 18 werden durch nicht gezeigte Motoren angetrieben, deren Drehzahl einstellbar ist, so daß die Brammengeschwindigkeit geregelt werden kann. Durch Einstellen der Geschwindigkeit bzw. Drehzahl der Rollen 18 kann die Geschwindigkeit der Bramme, mit der sie in das erste Fertiggerüst eintritt, in bekannter Weise je nach den erforderlichen Umständen variiert werden.

Die drehbare Endenäbschereinriehtung 15 weist zwei massive Drehzylinder 19 und 20 auf, deren Längsachsen senkrecht zum Weg der Bramme durch die Schereinrichtung verlaufen, wie es aus der Linie 21 hervorgeht. Die Scherzylinder sind mit

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Schneidblättern 21 und 22 versehen und werden über Zahnräder 23 durch einen Gleichstrom-Antriebsitiotor 24 synchron angetrieben. Die Blätter 21 und 22 greifen an den Ober- und Unterseiten gleichzeitig an der Bramme an und dringen auf diese Weise an der^rScherlinie in die Bramme ein und schneiden sie durch, wenn sich die Blätter in der vertikal fluchtenden Stellung befinden, die in Fig. 5 durch gestrichelte Linien dargestellt ist. Diese Stellung wird im folgenden als die "Schneid"-Stellung bezeichnet. Wenn sich die Schereinrichtung in Ruhe befindet, nehmen die Blätter die Stellung ein, die in Fig. 5 durch ausgezogene Linien dargestellt ist. Diese wird im folgenden als die "Park"-Stellung bezeichnet. Die Parkstellung ist eine exakte Startstellung, in der sich die Blätter außerhalb der Schneidzone befinden, damit die Bramme zwischen den Scherzylindern IQ und 20 hindurchlaufen kann. In einer typischen Parkstellung, die in Fig. 5 gezeigt ist, befinden sich die Blätter 270° vor der Schneidstellung und während des Schneidvorganges drehen sich die Scherzylinder in entgegengesetzter Richtung, wie es durch die Pfeile 25 angegeben ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein neues und verbessertes Regelsystem für den Antriebsmotor 2k der Schereinrichtung 15, das so ausgelegt ist, daß der Motor dann, wenn die Scherlinien 16 und 17 an den Vorder- und Hinterenden der Bramme 10 auf eine Scherstartstellung X (siehe Fig. 5) vorrücken, erregt wird, damit die Bewegung der Schereinrichtung von der Park- zu der Schneidstellung beginnt. Die Stelle X wird für jeden Schnitt durch einen Computer so bestimmt, daß die Scherlinien und die Scherblätter die Schneidstellung der Schereinrichtung zur gleichen Zeit erreichen, um einen Schnitt oder eine Abscherung an der gewünschten Stelle herbeizuführen. Dies umfaßt die Abtastung der Geschwindigkeit sowie Beschleunigung der Bramme und desgleichen die Steuerung der Startzeit, Beschleunigung und Drehzahl des Antriebsmotors in einer Weise, die nun im einzelnen beschrieben wird,

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Die Berechnung der Scherstartstellung X erfordert die Abtastung der Brammengeschwindigkeit, wenn sich die am Kopf und Hinterende befindlichen Scherlinien der Schereinrichtung nähern. Es erfordert weiterhin die Peststellung der Ankunft der vorderen und hinteren Scherlinien an einer Bezugsstelle, die sich in einem vorbestimmten Abstand D vor der Schneidstellung der Schereinrichtung befindet. Ferner macht es die Drehzahlregelung des Antriebsmotors erforderlich, so daß die Scherbewegung einen vorbestimmten und vorhersagbaren Geschwindigkeits-Zeitverlauf aufweist. Die Art und Weise, in der diese Größe abgetastet, festgestellt und geregelt wird, soll zunächst beschrieben werden. Dann wird die Wirkungsweise eines Computers, der zur Berechnung der Startstellung X unter Verwendung dieser Größen als Eingangsgrößen oder Inputs benutzt wird, zusammen mit diesbezüglichen Scherstart- und Regelschaltungen beschrieben.

Wenn sich das Kopfende 12 der Bramme 10 der Schereinrichtung 15 nähert, wird ihre Geschwindigkeit durch einen Kopfgeschwindigkeitssensor 26 gemessen, der durch eine Kopfmeßrolle 27 über ein Zahnrad 28 angetrieben wird. Der Kopfgeschwindigkeitssensor kann beispielsweise ein Tachometer-Generator sein, der ein Spannungs-Ausgangssignal erzeugt, das in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Brammenkopfes variabel ist. Da sich * die Bramme selbst an einer anderen Stelle befindet und sich mit einer unterschiedlichen Geschwindigkeit bewegen kann, wenn sich das Hinterende 13 der Bramme der Schereinrichtung nähert, wird ihre Geschwindigkeit durch einen zweiten Geschwindigkeitssensor 29 gemessen, der dem Sensor 26 ähnlich sein kann und durch eine hintere Meßrolle 30 über ein Zahnrad 31 angetrieben wird. Wie aus der Figur hervorgeht, ist auch die hintere Meßrolle 30 entlang der Wegstrecke 20a der Bramme angeordnet und die Stelle ihrer Anordnung ist mit der geschätzten Länge der abgescherten Bramme koordiniert. Es sei bemerkt, daß die vorderen und hinteren Meßrollen 27 und 30 durch Reibwirkung mit der sich bewegenden Bramme angetrieben werden. Darüber

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■ hinaus können auch andere bekannte Geschwindigkeitssensortypen verwendet werden, wie beispielsweise solche, die Laser- und Mikroweilenstrahlen verwenden.

Die Feststellung der Ankunft der vorderen und hinteren Scherlinien 16 und 17 an einem festen Punkt, der sich im Abstand D vor der Schereinrichtung befindet und der ebenfalls vor dem Scherstartpunkt X angeordnet ist, erfolgt durch einen Schnitt* punktdetektör 32* Der Schnittpunktdetektor kann inrVerbindung mit einem bekannten Taster für die Brammenbreite arbeiten und Signale, die sich auf die Ankunft des Vorder- und Hinterendes beiziehen, aussenden, wenn die gewünschten vorderen und hinteren Seherlinien die Detektorsteile passieren» Die Wirkungsweise eines derartigen Detektors in einem Regelsystem für eine Schereinrichtung ist in der US-Patentschrift 3 386 321 beschrieben, auf die hinsichtlich einer genaueren Beschreibung Bezug genommen werden kann* Darüber hinaus können auch noch andersartige Schnittpunktdetektoren benutzt werden, wie z»B» ein Warmmetalldetektor, der die Ankunft des Brammenendes abtastet» Die Scherlinien können dann an vorbestimmten Abständen vom Ende der.Bramme festgelegt werden»

Ein Drehzahlregler 33 für den Antriebsmotor 2¹I weist einen Eingangskreis 34 auf, der durch eine Hegelspannung V erregt und einen Startschalter S. gesteuert wird. Die Regelspannung V wird entweder durch den vorderen Geschwindigkeitssensor

öder den hinteren Geschwindigkeitssensor 29 zugeführt, was sich durch die selektive Schließung der Schalter S₂ und S, bestimmt. Wenn der Schalter S. geschlossen ist, wird die Regelspannung V an der Eingangsseite eines Summierverstärkers 35 eingespeist, dessen Ausgang mit einem zweiten Summierverstärker 36 verbunden Ist. Die Ausgangsgröße des Verstärkers 36 wird zur Regelung des Stromes verwendet, der dem Antriebsmotor 24- über einen geeigneten Regler, wie z.B. einen spannungsgesteuerten= Gleichrichter 37* zugeführt wird.

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Der» Drehzählregler 33 weist zahlreiche Regelschleifen aüf.₄ von. denen zwei dargestellt sind. Für höchste Genauigkeit ist es erforderlich, däft die Drehzahl des Schermotors einem vorbestimmten und reproduzierbaren Drehzahlbezug folgt« Andererseits ist die der Brammengeschwindigkeit entsprechende Spannung V , so wie sie zunächst angelegt wird, ein sich schrittweise ändernder Geschwindigkeitsbefehl, dem durch ein praktisch ausgeführtes System nicht gefolgt werden kann» Demzufolge ist für den Fachmann verständlich, daß ein nicht gezeigter Rampenfuhktions generator oder andere äquivalente Mittel Innerhalb des Reglers 33 verwendet werden, um ein Regelsignal mit einer Geschwindigkeit-Zeitamplitude zu erzeugen, die mit dem Leistungsvermögen des bestimmten tatsächlichen Systems bezüglich einer Beschleunigung kompatibel ist. Wenn dann die Regelspannüng V dem Regler zugeführt wird, steigt die Dreh-

zahl des Motors 24 in geregeltem Verlauf an. Ein Beispiel hierfür ist in Fig* k dargestellt.

Aus Fig. 4 geht ferner hervor, daß bei einer Schließung -de-." Schalters S. zum Zeitpunkt null die Schereinrichtung konstant beschleunigt wird, wie es durch die Steigung des Abschnittes X der Kurve angegeben ist. Zu einem Zeitpunkt t., wird die Drehzahl-Beschränküngswirküng des Reglers wirksam, was durch die Steigung des Abschnittes Y der Kurve angegeben ist. Der ausgezogene Abschnitt Y der Kurve zeigt einen Fall, wo die Geschwindigkeit der Bramme ansteigt, d»h. wo die Bramme über den Zeitpunkt t>. hinaus beschleunigt wird. Der gestrichelte Abschnitt Y' zeigt den Fall, wo die Brammengeschwindigkeit konstant bleibt, während der gestrichelte Abschnitt Y¹¹ den Fall angibt, wo die Brammengeschwindigkeit absinkt, d.h. wo die Bramme abgebremst wird.

Wie oben bereits erwähnt wurde, stellt der Drehzahlregler 33, der mit den Geschwindigkeitssensoren 26 und 29 zusammenarbeitet, die Drehgeschwindigkeit der Schereinrichtung ein, so daß zur Schnittzeit die Geschwindigkeit der Scherblätter eine feste

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Relation zur Geschwindigkeit der sich nähernden Bramme aufweist. Wünschenswerterweise ist eine Geschwindigkeitseinstellung vorgesehen» so daß im Augenblick des Schnittes die Relativgeschwindigkeit der Scherblätter und der Bramme variiert werden kann. Beispielsweise kann es erwünscht sein, daß im Augenblick des Schnittes des Kopfendes die Geschwindigkeit des Scherblattes größer ist als die Brammengeschwindigkeit, um das vordere Kopfende nach vorne von der Bramme weg und in eine Abfallrutsche zu schieben. Beim Abschneiden des hinteren Blockendes kann es erstrebenswert sein, daß die Geschwindigkeit des Scherblattes kleiner als die Brammengeschwindigkeit ist, so daß das hintere Blockende von der Eramme nach hinten in eine Abfallrutsche geschoben wird. Daneben können auch noch andere Relativgeschwindigkeiten erwünscht sein, um den Schneidverlauf für eine bessere Aufnahme der abgescherten Bramme zu steuern, wenn diese in das erste Fertiggerüst bzw. Pertigwalzwerk eintritt. Um für solche Einstellungen der Relativgeschwindigkeit für die vorderen und hinteren Blockenden zu sorgen, sind einstellbare Potentiometer ¹Jl und ^2 auf entsprechende Weise den Ausgängen der Geschwindigkeitssensoren 26 und 29 parallelgeschaltet. Durch Einstellung dieser Potentiometer kann das Verhältnis, der Sensor-Ausgangsspannung und der Reglerspannung V variiert werden, wodurch eine entsprechende Änderung im Verhältnis der Scherblattgeschwindigkeit zur Brammengeschwindigkeit im Augenblick des Schnittes hervorgerufen werden kann. In der Berechnung der Scherstartzeit, die im folgenden beschrieben wird, ist dieses Verhältnis als der Nachhalte/Voreil-Geschwindigkeitsvervielfacher k bezeichnet, wobei k_Q das Verhältnis zwischen der Dregeschwindigkeit der Schereinrichtung und der Brammengeschwindigkeit im Augenblick des Schnittes ist.

Der Regler 33 weist einen zusätzlichen Eingangskreis kj, auf, der durch einen Parkschalter S₁^ gesteuert wird, durch den der Schermotor 24 gesteuert wird, um so die Scherblätter in die Parkstellung zu bewegen, nachdem ein Schnitt durchgeführt

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worden ist. Der Eingangskreis 43 wird durch einen Summierverstärker 44 gespeist, dessen Eingangsseite eine Bezugsspannung V zugeführt wird. Wenn der Schalter Su geschlossen ist, wird an den Regelgleichrichter 37 über den Kreis 43 und die Verstärker 35 und 36 eine Regelspannung angelegt, um den Motor 24 zu erregen und eine Drehung der Scherblätter hervorzurufen. Ein die Parkstellung abtastendes Potentiometer 45, das durch die Schereinrichtung angetrieben wird, regelt eine Rückkopplungsspannung, die dem Verstärker 44 über einen Rückkopplungszweig 46 derart zugeführt wird, daß die Ausgangsspannung des Verstärkers 44 zu null gemacht und infolgedessen der Motor 24 angehalten wird, wenn die Schereinrichtung die Parkstellung erreicht. Der Regler-Startschalter S₁ , die Schalter S~ und S₇.

die ->

für die/Geschwindigkeit des Kopf- und Hinterendes abtastenden Geschwindigkeitssensoren und der Parkschalter Sl werden durch Relais R., R„ und R, betätigt, die in einem Regler 47 angeordnet sind, der zur Regelung der Endenabschereinrichtung benutzt wird.

Zu Beginn des Betriebes ist ein Relais R₁ im Regler 47 so gestellt, daß der Parkschalter Su geschlossen und der Scherstartschalter S. offen ist, so daß die Scherblätter in die Parkstellung bewegt und dort gehalten werden. Wenn sich nun die Bramme 10 der Schereinrichtung auf den angetriebenen RoI-" len nähert, so wird ein Punkt erreicht, wo die Kopf-Scherlinie 16 in eine vorbestimmte Lage in bezug auf den Schneiddetektor 32 zu liegen kommt, der dann über eine Leitung 48 ein Kopf-Schneidsignal zum Regler 47 sendet. Dieses Signal betätigt ein Relais R-, um den Schalter Sp zu schließen, der den Kopf-Geschwindigkeitssensor 26 mit der Startschaltung 34 für die Schereinrichtung verbindet. Zu diesem Zeitpunkt ist der Startschalter S₁ geöffnet, so daß die Schereinrichtung nicht anläuft. Zur gleichen Zeit wird ein Signal über einen Leiter 50 zu einem Computer 49 geleitet, um eine Rechenoperation zu beginnen. In einer noch zu beschreibenden Weise beginnt der Computer wiederholt zwei Größen zu berechnen und ihre relative

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■Größe zu vergleichen. Die erste Größe DT stellt die Entfernung dar, die die vordere Scherlinie 16 in Richtung auf die Schereinrichtung über den Schnittpunktdetektor 32 hinaus zurückgelegt hat« Die zweite Größe DM gibt den Abstand der Startstelle X für den Anlauf der Schereinrichtung vom Schnittpunktdetektor an. Der Computer vergleicht wiederholt die zwei errechneten Größen DM und DT, Wenn die Bramme in Richtung auf die Schereinrichtung zu einem Punkt vorrückt, wo.die Kopf-Scherlinie den Punkt X erreicht, sind die zwei Größen DM und DT gleich. Wenn dieser Zustand eintritt, schickt der Computer über den Leiter 51 ein Signal zum Regler, um das Relais R. zu betätigen, das den Scherstartschalter S^ schließt und den Parkschalter S^ öffnet. Dadurch wird die Schereinrichtung beschleunigt, bis die Scherblätter eine Geschwindigkeit erreichen, die durch die Ausgangsgröße des Kopf-Geschwindigkeitssensors 26 und die Geschwindigkeitseinstellung des Potentiometers ^l bestimmt ist. Zu einer Zeit t (Pig. 4) nach dem Anlauf der Schereinrichtung haben sich die Blätter 21 und 22 der Schereinrichtung in die Schneidstellung gedreht, die durch die gestrichelten Linien in Fig. 5 dargestellt ist, um die Bramme an der Kopf-Scherlinie 16 abzuscheren, die zu dieser Zeit die Schereinrichtung erreicht hat. An diesem Punkt schließt ein durch die Schereinrichtung betätigter Umschalter S_r und sendet über den Leiter 52 ein Bezugsspannungssignal V _t zum Regler. Dieses Signal führt das Relais R₁ in seine ursprüngliche Stellung zurück, wodurch der Startschalter S^ geöffnet und der Parkschalter Sj, geschlossen wird, so daß die Schereinrichtung in die Parkstellung zurückgeführt wird. Ferner setzt es den Computer auf eine Startstellung zurück, so daß er für den nächsten Rechengang vorbereitet ist.

Wenn die Bramme durch die Schereinrichtung läuft, wird ein Punkt erreicht, wo die hintere Scherlinie 1? in eine vorbestimmte Lage bezüglich des Schnittdetektors 32 zu liegen kommt, der dann ein Schnittsignal Über die Leitung 53 zum Regler leitet. Dieses Signal betätigt die Relais R_? und R.,, um den Schal-

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ter S„ zu öffnen und den Schalter S_, zu schließen, der dann den für das Brammenende vorgesehenen Geschwindigkeitssensor mit der Startschaltung 3^ für die Schereinrichtung verbindet. Gleichzeitig wird ein Signal über den Leiter 50 zum Computer geleitet, um die Rechenoperation zu beginnen. Der Computer berechnet wieder die Größen DM und DT für die Lage der hinteren Scherlinie 17 in bezug auf den Schnittpunktdetektor und die Scherstartstelie X. Wenn diese Größen gleich sind, wird vom Computer ein Signal zum Regler gesendet, woraufhin das Relais R^ den Startschalter S. schließt und den Parkschalter Sj öffnet, so daß die Schereinrichtung gestartet wird. In die-

P sem Falle werden die Scherblätter auf eine Geschwindigkeit beschleunigt, die durch den für das hintere Blockende vorgesehenen Geschwindigkeitssensor und das die Geschwindigkeit einstellende Potentiometer 42 bestimmt ist. Diese Geschwindigkeit kann infolge einer Änderung der Brammengeschwindigkeit und einer unterschiedlichen Einstellung des.Geschwindigkeitspotentiometers 42 im Vergleich zur Einstellung des Potentiometers 4l unterschiedlich sein. Wenn die Abscherung des hinteren Blockendes durchgeführt ist, wird der Umschalter S^ geschlossen und der Regler betätigt das Relais FL, wodurch der Schalter S. geöffnet und der Schalter S^ geschlossen wird, um die Schereinrichtung in die Parkstellung zurückzuführen. Wenn dann der Computer in die Startstellung zurückgebracht ist, ist das System für den nächsten Brammen-Schergang fertig.

Die Berechnung der Startstellung X durch den Computer 49 basiert auf dem Prinzip, daß die Fläche unter dem Geschwindigkeits-Zeitprofil oder -Kurve (Fig. 4), d.h./v dt gleich d_Q ist, wo d der Umfangsabstand ist, den die Scherblätter von der Parkstellung zur Schneldstellunc zurücklegen. Die Gesamtfläche Λ unter den Kurven X und Y ist gleich der algebraischen Summe der Flächen A,, A₀, A., und A₁,. Dabei ist:

A. und Ap = die Flächen zwischen den theoretischen

und tatsächlichen Geschwindigkeits-Zeitkurven. Die tatsächlichen Kurven bzw.

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Profile während transienter Zustände sind durch die gestrichelten Linien und 55 in Fig. 4 dargestellt.

A_ = die Fläche unter dem Abschnitt X der Kurve von t bis t..

Au - die Fläche unter dem Abschnitt Y der Kurve von t., bis X,~.

Somit gilt

(1) d_c =

Da die Kurve X infolge der konstanten Beschleunigungscharakteristlk des Reglers 33 eine gerade Linie ist, ist die Fläche Α.. dreieckförmif und kann deshalb dargestellt werden durch die Gleichung:

(2) A = I t₁ V₁, wobei

t. = die Zeit nach t ist, wenn die Scherblätter einen Geschwindigkeitswert in bezug auf die Brammengeschwindigkeit erreichen, die durch die das Kopf- und Hinterende betreffenden Geschwindigkeitssensoren 26 und 29 und die Einstellungen der Potentiometer ^l und k2 des Nachhalte/ Voreil-Geschwindigkeitsvervielfachers bestimmt ist.

V₁ = Schergeschwindigkeit zur Zeit t₁·

Ferner gilt

(3) V₁ = Ct₁, wobei

C = die Scherbeschleunipung ist, die eine Konstante des Reglers 33 und unabhängig

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von der Brammengeschwindigkeit ist. Weiterhin ist

(4) V₁ = k_o (V_o + a_Q t₁), wobei

k_Q = der Nachhalte/Voreil-Geschwindigkeitsvervielfacher ist, der durch die Einstellungen der Potentiometer kl und 42 bestimmt ist.

a = Brammenbeschleunigung, wie sie vor dem . - Scherbeginn bestimmt wurde.

Aus den vorstehenden Gleichungen folgt:

(5) A

^C - ^ko ^ao

Ck²V.²

3 2 (C - k_o

^ko ^(Vo ⁺ V^{5 dt}

^ko ^Vo ^{dt +} / ^ko V ^dt

Durch Integration ergibt sich

2 _{+ v}

^C ο ο c

_2(c „

Darin ist t_p die Zeit nach dem Scherbeginn, zu der die Scher-

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blätter schneiden.

Durch Einsetzen der Werte von A, und Au aus den Gleichungen von (5) und (6) in Gleichung (i) folgt

k ² V ² C kat² 2k² V_Q ² C

^L k V_ t -■

⁰ 2(G - k_o a₀)^{2 2} ° ° ^c 2(C- k_o a_o)²

k ³ V a ²

Ο⁰⁰

a_o)²

- A

Die Lösung von Gleichung (7) für die Schneidzeit t ergibt

(8) t„ *

²<^de * ^Al *

P Ir a ■ s f Λ _ ν

Die Terme A₁ und A₀ in der vorstehenden Gleichung (8) werden empirisch bestimmt und können so in den Computer gespeichert sein_o Andere bekannte Größen sind die Scherbesohleunigungsrats C und der Abstand d (siehe Fig. 55· Die Variablen in

der Gleichung sind die Brammengeschwindlgkeit V , die Beschleunigung (oder Abbremsung) a und der Voreil/Naehhalte-Geschwin- äl gke it s verfiel fache ν 1c_qS

Die oben e^iSliiiten bekannten Größen werden, vorher in den ComeasIiep eingegeben _s- wälirsod die variablen Größen während Reeliengariges kontinuierlich in den Computer eingespeist

"Sosiit i-rlva w£h'":^:-id eine? Kopfabscherung die BrammengeselTfjißdigEeii; ¥ , iiöei? den Leiter 55 in den Computer eingeg©bQK₅ tJobai öi&se Große dui?ch sine Sjoannung an einem festen Äbseboiftt ctaos MidePstaEides. ^Ia des Potentiometers 41 darge-8fc®iit iJi^tVc ύοί}ΛΘΊ?ΫϊΙΐι wird die Q^ößs k,^_h V , dem Computer

ß r.-olt.yp 5S vom Spaiinungsausgaag dss Potentlometors i?l gefilipfec U3.!i:?:U'ici aiEföi? Aosohsjwig si:^s -hiriteren Blockendes Z'ä ülo iB::c:i';:::K-äi"KG^:SGtejS.näiskid"·; ?^,, äse Ciomputs? übe? den Lei- V g? sa^iift/^ 'jobs! UiQS^ Gpößs dv:rah wiue Spar^ung an

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einem festen Abschnitt des Widerstandes 42a des Potentiometers 42 dargestellt wird. Ferner wird dem Computer die Größe k , ¥ über den Leiter 58 vom Spannungsausgang des Potentiometers 42 zugeleitet. Die Indizes h und t in den oben erwähnten Größen k und V werden lediglich dazu verwendet, um die während der AbscheruEg der Yorder- und Hinterenden auftretenden Scher-. Startbereclißiingen verwendeten Größen zu unterscheiden. Ganz allgemein wird selbstverständlich In beiden Fällen die allge meine axeichung (8) für die Größe t benutzt.

Anhand ¥on FIg* 5 sei nun. dargelegt, daß die Zeit, die die " Seherlinisn ±6 and 1? der Bramme benötigen, um säen von dem Scfeerstai"tpi?nkt X zn der Schereinrichtung zu bewegen _s die gleiche Ist wie die Schneidzeit t . die öle Scherblätter benötigen ₃ um sich von der- Parkstelliuig sur Sohneidstellung su bewegen. Somit kann der Abstand ds des Punktes X von der Schereinrich- tung durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

(9) äs s ¥ t ν h A t ²
ο c 2 c ο

Der Abstand D ^on dem SclKiIvtpyofctdetektor 32 zu der Scherein= richtung Ist ein bekannte:? fester Abstand. Somit kann der Ab= stand vom SshnitSptmktd-atsIrr.or zum Punkt X ausgedrückt wenden durch die-Gleichung:

CiO) DM s D - ds . -

Wsan mm asr Computer durch die Ankunft einer Seherllnle an äe^ St-sile des Schnittpunktdetektors In Barrieb ^5?e\;st xtIl-ö .-. se νΐΐ'ί'ά die Größe DM₅ die die Lage de-" Inni:^ei^; X In oeaug z-xiT den Schnlttpunktäetektor In Richtung .?' S:, a^r.enoewe^ung an«

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- 19 -(11) DT = ΣΙ V (t) dt

V(t) ist die Geschwindigkeit der Bramme, die durch die das Kopf- und Hinterende betreffenden Geschwind! gleLtssensoren 26 und 29 gemessen ist. Dabei ist dt ein Zeitintervall.

Wie durch das Flußdiagramm in Pig. 6 angegeben ist, das die zwischen den Punkten A und B durchgeführten Operationen darstellt, berechnet der Computer die Größen t , ds, DM und DT und vergleicht periodisch die Größen DM und DT. Wenn sie gleich werden oder bei der Ankunft der Scherlinie an dem Scherstartpunkt X eine vorbestimmte relative Größe aufweisen, wird über den Leiter 51 ein Signal zum Regler 47 geleitet, um die Schereinrichtung durch Schließen des Schalters S^ in Gang zu setzen.

die
Es sei bemerkt, daß die/Brammengeschleunigung betreffende Größe a , die aus aufeinanderfolgenden Messungen des Geschwind!gkeitsterms V abgeleitet ist, in bekannter Weise durch den Computer berechnet werden kann. Alternativ kann die Brammenbeschleunigung durch einen externen Beschleunigungsmesser gemessen und als getrennte Eingangsgröße in den Computer eingegeben werden.

Bei dem oben beschriebenen Computerbetrieb wird die Schereinrichtung in Gang gesetzt, wenn die zwei berechneten Abstände DM und DT gleich sind. Alternativ kann selbstverständlich auch die Zeit berechnet werden, die die Scherlinie benötigt, um sich von der gemessenen Stelle zur Schereinrichtung zu bewegen. Diese Zeit kann dann mit der Schneidzeit t verglichen werden, wobei die Schereinrichtung dann in Gang gesetzt wird, wenn diese zwei berechneten Zeiten gleich sind.

Es sei auch darauf hingewiesen, daß der Sohneidvorgang, da die abgescherten Brammen häufig eine erhebIicha Dicke aufweisen, tatsächlich vor dem Punkt beginnt, an dem sich die Blätter direkt gegenüberliegen. Falls eine hohe Genauigkeit erforder-

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lieh ist, kann ein Korrekturfaktor algebraisch zur Gleichung (1) hinzuaddiert werden, um dem Einfluß der endlichen Brammendicke auf die Drehung von der Park- in die Schneidstellung Rechnung zu tragen.

In Fig. k steigt der Abschnitt Y der Geschwindigkeits-Zeitkurve nach oben an, wodurch ein Fall aufgezeigt ist, wo die Beschleunigungsgröße a positiv ist. Wenn die Brammengeschwindigkeit konstant bleibt, wird die Beschleunigung null und der Abschnitt Y der Kurve verläuft flach, wie es durch die gestrichelte Linie Y¹ angegeben ist. Dann wird die Fläche A^ ein Rechteck, wodurch sich die Berechnung der Fläche vereinfacht. Falls die Beschleunigungsgröße a negativ wird, d.h. daß die Bramme abgebremst wird, fällt der Abschnitt Y der Kurve nach unten ab, wie es durch die gestrichelte Linie Y'¹ dargestellt ist. Der Korrekturfaktor A₂ erfährt für die Kurven Y^! und Y" eine leichte Änderung. Die konstante Beschleunigungscharakteristik des Reglers 33, der einen geradlinigen Abschnitt X der Kurve erzeugt, vereinfacht zwar die Berechnung der Fläche A,. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß das erfindungsgemäß angewendete Rechenprinzip auf alle Geschwindigkeits-Zeitprofile anwendbar ist, die bekannt sind und wiederholt erzeugt werden können.

* Der Computer H7 weist einen bekannten Aufbau auf. Vorzugsweise ist er ein Digitalcomputer mit einem speicherbaren Programm. Die Art und Weise, in der ein derartiger Computer programmiert wird, um die oben beschriebenen Rechnungen und Vergleiche durchzuführen, ist dem Fachmann bekannt und braucht an dieser Stelle nicht näher erörtert zu werden.

Es sei darauf hingewiesen, daß das automatische Regelsystem gemäß dieser Erfindung keine Stellungs-Rückkopplung erfordert, die sich auf die Stellung der Scherblätter in bezug auf die Lage der Bramme bezieht, wie dies bei bekannten Regelsystemen erforderlich war, die für eine hohe Schneidgenauigkeit ausgelegt waren.

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Somit wird also nicht versucht, die Stellungen der Bramme und der Schereinrichtung nach dem Anlauf der Schereinrichtung in Übereinstimmung zu bringen, sondern die Schneidzeit t wird auf der Basis einer voraussagbaren und wiederholbaren Geschwindigkeits-Zeitcharakteristik der Scherbewegung berechnet. Dieser Weg senkt die Kosten des Regelsystems erheblich, ohne daß dadurch auf eine hohe Schneidgenauigkeit verzichtet wird. Da darüber hinaus die Schereinrichtung unabhängig von der Brammengeschwindigkeit immer maximal beschleunigt, ist die Betriebszeit der Schereinrichtung im Vergleich zu bekannten Systemen verkürzt, wo die Scherbeschleunigung proportional zur Geschwindigkeit der sich nähernden Bramme gemacht wurde. Die sich hieraus ergebende Verkürzung der Betriebszeit der Schereinrichtung verbessert somit die Schneidgenauigkeit, da Fehler mit größter Wahrscheinlichkeit während dieses Intervalles auftreten.

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Claims

Patentansprüche

/l.| Regelsystem für eine motorgetriebene Schereinrichtung zum ^■"^ Abscheren einer sich nähernden Bramme an einer vorbestimmten Scherlinie, gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung (47) für den Antriebsmotor (24), der bei Betätigung die Schereinrichtung (15) beschleunigt, eine auf die Geschwindigkeit der sich nähernden Bramme (10) ansprechende Drehzahlbegrenzung (26, 29), durch die die maximale Drehgeschwindigkeit der Schereinrichtung (15) auf eine auf die Geschwindigkeit der Bramme (10) bezogene Drehgeschwindigkeit begrenzbar ist, Rechenmittel (49) zur Berechnung der Scherstartstelle (X) der Scherlinie (16, 17), an der die Schereinrichtung (15) gestartet werden muß, so daß die Schereinrichtung die Bramme (10) an der vorbestimmten Scherlinie (16, 17) abschert, Mittel (49) zur kontinuierlichen Berechnung der Lage der Schnittlinie (16, 17) während ihrer Bewegung in Richtung auf die Schereinrichtung (15) und Mittel, die durch die die Startstelle (X) und die Lage der Scherlinie berechnenden Rechenmittel (49) gesteuert sind, zur Betätigung der Regeleinrichtung (47), wenn die Scherlinie die berechnete Scherstartstelle (X) erreicht hat.

" 2. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Regeleinrichtung (47) eine konstante Beschleunigung der Schereinrichtung (15) herbeiführt, bevor die Drehzahlbegrenzung eingreift.

3. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß Miiräel (4I₃₁ 42) zur Änderung der Wirkung der Drehzahlbegrenzung vorgesehen sind, so daß das Verhältnis der Seherpeschwindigkeit aiir Brammengeschwindi^keit zur Zeit der Bratimenabscherung einstellbar ist.

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Regelsystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Rechenmittel (¹IQ) · zur Berechnung der Scherstartstelle (X) eine Einrichtung aufweisen, die die Fläche unter dem Geschwindigkeits-Zeitprofil der Bewegung der Schereinrichtung von einer Parkzu einer Schneidstellung integriert und diese integrierte Fläche der Entfernung gleichsetzt, die die Schereinrichtung von der Park- zu der Schneidstellung zurücklegt.

Regelsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtung (26 - 28, 29 - 31), die die Geschwindigkeit der Bramme mißt, wenn sich das Scherende der Schereinrichtung (15) nähert, ein Geschwindigkeitssignal erzeugt, das mit der Brammengeschwindigkeit variabel ist, die Regeleinrichtung (47) für den Antriebsmotor (24) auf das Geschwindigkeitssignal anspricht und eine vorbestimmte Geschwindigkeits-Zeitcharakteristik aufweist und bei Betätigung die Schereinrichtung (15) von einer Parkstellung auf eine auf die Geschwindigkeit der Bramme (IQ) bezogene Drehgeschwindigkeit beschleunigt und anschließend die Schereinrichtung während ihrer Bewegung zur Schneidstellung auf einer auf die Näherungsgeschwindigkeit der Bramme bezogenen Drehgeschwindigkeit hält, und die kontinuierlich die Lage der Scherlinie berechnenden Rechenmittel einen Computer (49) aufweisen, dem das Geschwindigkeitssignal als eine Eingangsgröße zugeführt ist, mit dem dieser während des Vorrückens der Bramme (10) in Richtung auf die Schereinrichtung (15) eine erste quantitative Größe (DT) hinsichtlich der Augenblickslage der Scherlinie (16, 17) der Bramme (10) von einem Bezugspunkt (32) vor der Schereinrichtung errechnet, ferner aus der Geschwindigkeits-Zeitcharakteristik eine zweite quantitative Größe (DM) hinsichtlich der Stelle (X) der Scherlinie (16, 17) der Bramme (10) hinter dem Bezugspunkt (32) errechnet, an dem die Regeleinrichtung (33) betätigt werden muß, so daß die Schereinrichtung (15) die

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Bramme (10) an der vorbestimmten Scherlinie (16,17) abschert, und die erste und zweite Größe (DT, DM) beim Vorrücken der Bramme (10) in Richtung auf die Schereinrichtung (15) vergleicht und die Regeleinrichtung (47) betätigt, wenn die ersten und zweiten berechneten Größen (DT, DM) eine vorbestimmte relative Größe zueinander aufweisen.

6. Regelsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite durch den Computer (49) berechnete Größe (DM) durch Integration der Fläche unter dem Geschwindigkeits-Zeitprofil der Scherbewegung von der Park- zu der Schneidstellung und durch Gleichsetzen der integrierten Fläche mit der Entfernung bestimmt ist, die durch die Schereinrichtung von der Parkstellung zur Schneidstellung zurückgelegt ist.

7. Regelsystem nach Anspruch 5_a dadurch gekennzeichnet ,'daß die Schereinrichtung (15) bei Betätigung der Regeleinrichtung (47) konstant beschleunigt Ist, bis eine auf die Brammengeschwindigkeit bezogene Geschwindigkeit erreicht Ist.

8. Regelsystem nach Anspruch 5_S dadurch gekennzeichnet , daß die erste berechnete Größe (DT) der Abstand ist, um den die Scherlinie (16, 17) der Bramme (10) gegenüber dem festen Bezugspunkt (32) vorgerückt ist, und die zweite berechnete Größe (DM) der Abstand der Scherlinie (16, 17) der Bramme (10) von dem festen Bezugspunkt (32) ist, an dem die Regeleinrichtung (47) zu betätigen ist, so daß die Schereinrichtung (15) die Bramme O-O) an einer vorbestimmten Scherlinie abschert.

9. Regelsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß eine ein zweites Geschwindigkeitssignal erzeugende Einrichtung (29 - 31), die auf die Brammengeschwindigkeit anspricht, wenn sich das HIn-

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terende der Bramme (10) der Schereinrichtung (15) nähert, und Übertragungsmittel (53) vorgesehen sind zur übertragung des Brammengeschwindigkeits-Eingangssignales zur Regeleinrichtung (47) und zum Computer (49), nachdem die Schereinrichtung (15) die Bramme (10) an der vorbestimmten Scherlinie (17) abgeschert hat.

10. Regelsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß Mittel (41, 42) zur Einstellung der Größe des der Regeleinrichtung (47) zugeführten Brammepgeschwindigkeitssignales vorgesehen sind, so daß die relative Geschwindigkeit der Schereinrichtung und der Bramme zur Zeit der Abscherung der Bramme durch die Schereinrichtung (15) veränderbar ist.

11. Regelsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zur Einstellung der Größe des der Regeleinrichtung (47) zugeführten Brammengeschwindigkeitssignales auch die Größe des Brammengeschwindigkeitssignales einstellen, das dem Eingang des zur Berechnung der zweiten Größe (DM) benutzten Computers (49) zugeführt ist.

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