DE2232320A1 - Verfahren und einrichtung zur regelung der fuellstandshoehe in stranggiesskokillen - Google Patents

Description

• Verfahren und Einrichtung zur Regelung der Füllstandshöhe in Stranggießkokillen Die Erfindung' betrifft ein Verfahren. und eine Einrichtung zur Regelung der Füllstandshöhe in Stranggießkokillen mit Hilfe der Stopfenstellung in ei:lem gießgefäß, wobei die Füllstandshöhe in der Kokille als Regelgröße gemessen wird.
• Bei derartigen Verfahren ist es bekannt, daß die schlechten Stelleigenschaften des Stopfens in b-ezug auf eine möglichst stetige und schnelle Regelung erhebliche Schwierigkeiten bereiten Diese Schwierigkeiten ergeben sich aus den Veränderungen des Storens und des Ausgusses im Verlauf des Gießrozesses und aus der Stellcharakteristik, d. h. aus der Steilheit und des Nullpunktes der Kennlinie. So wird beispielsweise bei den normalen Rundstopfen bereits nach einem Hub von einigen Millimetern der maximale Durchlaufquerschritt des Ausgusses freigegeben. Durch die Konturveränderung des Stopfens und des Ausgusses verschiebt sich der Öffnungspunkt für den Durchfluß derart, daß dem Stellantrieb ein Stellbereich zugeordnet werden muß, der ein Vielfaches des für den Durchfluß genutzten Wegs beträgt. Durch Verbände rung der Arbeitspunktlage des Stopfens wird aber beim Regelvorgang ein dauerndes Pendeln um den Sollwert hervorgerufen.
• Das läßt sich auch nicht vermeiden durch die kombinierte Anwendung von Proportional- und Integralreglern.
• Es ist auch bekannt Seworden (DT-AS 1 508 955), den Arbeitspurikt aes Reglers nach Inbetriebnahme der Anlage mit Hilfe einer Steuereinrichtung und eines Haltegliedes vorzugeben.
• Die während des laufenden Betriebes sich ergebenden Arbeitspunktverschiebungen sollen dabei mit Tiilfe eines integrators, dessen Integrations-Zeitkonstante über ein nichtlineares Netzwerk, abhängig non der Regelabweichung beeinflußt wird, ausgeglichen werden0 Mit dieser Einrichtung ist jedoch die für eine einwandfreie Regelung erforderliche Erfassung der Verstärkungsänderungen im Regelkreis und im Stellglied nicht möglich.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit Hilfe von Identifikationsverfahren die zeitvarianten Größen der Regelstrecke zu erkennen und die Abweichung des Sollfüllstandes in der Kokille unabhängig von den auftretenden Störungen möglichst klein zu halten.
• Gegenstand der Erfindung ist ein 7erfahren und eine Einrichtung zur Regelung der Fällstandshöhe in Kokillen.
• Die Erfindung zieht aus von einem Verfahren zur Regelung der Füllstandshöhe in Stranggießkokillea mit Hilfe der Stopfenstellung in einem Gießgefäß, wobei die Füllstandshöhe in der Kokille als Regelgröße gemessen, in einem Meßwertumformer in eine für die weitere Verwendung geeignete Form und Größe umgewandelt und auf einen Regler rückgeführt wird, wobei ferner in den Regler eingangsseitig Werte für die Kompensation der Kokillenoszillation, für die aus der Kokille des Stranges abgeführte Stahlmenge und die Sollfüllstandshöhe angegeben werden und die Stopfenstellung als Stellgröße benutzt und der entsprechende Wert der Schließstellung des Stopfens gespeichert wird und ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Regelgröße und die Stellgröße als Eingangsgrößen unabhängigen Modellteilen zugeführt und die A1lsgangsgrößen der Modellteile verglichen werden, der sich aus dem Vergleich ergebende Differenzwert mit Hilfe einer Strategie solange den ausgang eines der Regelstrecke nachgeschalteten Modellteils verändert, bis die Differenz zwischen den beiden Modellauugängen = O wird, daß die den Modellteil zugeführte Einflußgröße dem Regler als repräsentative Größe für die Änderung des Streckenparametersin der Regelstrecke multiplikativ aufgeschaltet wird und daß Änderungen des dem Regler als multiplikative Größe aufgeschalteten Wertes bei Überschreiten eines Vergleichswertes eine Feststellung des Öffnungspunktes für den Durchfluß (Nullpunkt der Kennlinie) der Regelstrecke bewirken und an Stelle des ursprünglich gespeicherten Wertes für die Schließstellung treten.
• Zur Durchführung des Verfahrens dient eine Einrichtung zur Regelung der Füllstandshöhe in Stranggießknkillen, bestehend aus einer Füllstandsmeßeinrichtung und einem Meßwertumformer, einem Sollwertgeber für die Füllstandshöhe, einem Weggeber für die Kompensation der Kokillenoszillatio, einem Istwertgeber für die aus der Kokille als Strang abgeführte Stahmenge, die alle eingangsseitigauf einen Regler geschaltet sind, einem vom Regler gesteuerten Stellantrieb für den Stcpfen des Verteilers und einem Halteglied das ein der Schließstellung des Stopfens eiitsprechendes Signal speichert. Die Einrichtung ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch ein Modellteil, dem der Ausgangswert des Meßwertumformers, der im Istwertgeber gebil- Werte Ausgangswert für die als Strang abgeführte Stahlmenge und der in einem Analogrechengerät gebildete Wert einer Strategie zugeführt wird, einem zweiten Modellteil, dem die Werte für die momentane und die im Halteglied für den Durchflußnullpunkt gespeicherte Stopfenstellung zugeführt werden, ferner gekennzeichnet durch einen Vergleich bzw. eine Differenzwertfeststellung der Ausgangswerte der beiden Modellteile, wobei. der aus dem Vergleich erhaltene Wert dem Analogrechengerät zugeführt wird, in dem eine erknüpfung mit einer Zwischengröße des Modellteiles vorgenommen wird, derart, daß die Ausgangsgröße des Analogrechengerätes rückwirkend auf das Modellteil dessen Ausgangswert solange verändert, bis die Differenz zwischen den Ausgangswerten der beiden Modellteile gleich Null wird und dadurch, daß durch multiplikative AuSschaltung des Ausgangswertes K des Analogrechengerätes auf den Regler, der Parameter des Reglers auf die Regelstrecke adaptiert wird und ferner gekennzeichnet durch ein weiteres Rechengerät, dem der laufende Ausgangswert α zugeführt wird und das die Stelleinrichtung durch den Ausgangswert des Rechengerätes de Stopfen zur Feststellung der Stopfencharakteristik kurzzeitig in Schließstellung fährt und die Stelleinrichtung den Wert für die Schließstellung auf das Halteglied gibt.
• Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Einrichtung dadurch gekennzeichnet, daß der Stellbereich derart ausgebildet ist, daß der Stellweg des Stopfens größer als zur Erreichung der Schließstellung notwendig ist. Ferner ist für den Antrieb des Stopfens eine F.rafttegrenzlmg derart vorgesehen, daß beim Abwärtshub des Stopfens beim Aufsitzen auf dem Ausguß der verbleibende Stellweg blockiert Ist.
• Anhand der Zeichnung, die ein Blockschaltbild darstellt, soll die Erfindung näher erläutert werden: Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine flüssigkeitsgekühlte Kokille 13 mit dem darin erzeugten Strang 14. Die Kokille 13 wird aus einem Verteiler 15 gespeist. Der Verteiler 15 besitzt einen Ausguß 16. Die aus dem Ausguß 16 ausfließende Netallmenge wird mit Hilfe des Stopfens 17 geregelt. Zu diesem Zweck wird zunächst der Füllstand 18 (Badspiegel) in der Kokille 13 mittels einer Füllstandsmeßeinrichtung 1 bekannter Art ermittelt. Dieser Meßwert wird einem Meßwertumformer 2 zugeführt, der den Wert in eine für die weitere Verwendung geeignete Form und Größe umwandelt.
• Der Ausgangswert des Meßwertumformers 2 wird auf einen Regler 3 gegeben. Dem Regler 3 werden ferner aus einem Induktivgeber 6 Signale für die Kompensation der Kokillenoszillation und aus einem Sollwertgeber 4 Signale über die einzuhaltende Füllstandshöhe 18 aufgegeben. Ferner wird von den Transportrollen 19 die Strangabsenkgeschwindigkeit abgenommen und einem Istwertgeber 7 zugeführt. Der Istwertgeber 7 verarbeitec diese Größe riit dem vorgegebenen Wert des Strangquerschnittes zu einem Signal, das ein Maß für die aus der Kokille abgeführte Stahlmenge ist und gibt dieses Signal ebenfalls auf den Regler 3. Der Regler 3 steuert den Stellantrieb 5 für den Stopfen 17. Der Stellantrieb 5 seinerseits gibt ein der Schließstellung des Stopfens 17 entsprechendes Signal auf ein Halteglied 8, von dem dieses Signal gespeichert wird.
• Zum Erreichen einer optimalen Regelgüte ist auch eine optimale Einstellung des Reglers 3 notwendig, d. h. der Regler wird an die Veränderungen der Verstärkung der Stopfenkennlinie ständig angepaßt, in den eine der Verstärkung reziproke Größe α aus den zur Verfügung stehenden Meßgrößen mit Hilfe von Modellen und Rechengeräten errechnet und dem Regler eingegeben wird (Fig. 2).
• Für den Ausguß 16, die Kokille 18, die Meßeinrichtung 1 und den Meßwertunformer 2 läßt sich bei Anwendung der Laplace Transformation die mathematische Beschreibung G(s) = ###### angeben, wobei k1 die veränderliche Verstärkung der Stopfenkennlinie darstelt. Das nachgeschaltete Modell 9 ist dazu reziprok, also M(s) = #### = ####### ####### . wobei aus Grunden der elektrischen Realisierbarkeit noch eine Große ####### multiplikativ hinzugefügt worden ist, so daß für α = ## sich am Ausgang des Modells 9 eine elektrische Große ergibt, die gegenüber der Eingangsgröße von Ausguß 16 sich nur um den Faktor i s+s unterscheidet.
• Diese Korrektur wird mit dem Modell 10 vorgenommen, dessen mathematische Beschreibung M(s) = s2+s+s lautet. Dem Modell 10 wird außerdem die im Halteglied 8 gespeicherte und dem Stellweg beim Durchfluß Null entsprechende Größe zugeführt.
• Bisher ist die ausfließende Stahlmenge von 14 unberücksichtigt geblieben. Dieser Einfluß wird dadurch kompensiert, daß man eine äquivalente elektrische Größe aus dem Istwertgeber 7 dem Modellteil 9 zufügt.
• Am Ausgang von Modell 9 und Modell 10 ergeben. sich demnach für 1 - 7k die gleichen elektrischen Größen. nd den Fall α # ## stehen an den Ausgängen von Modell 9 und Modell 10 unterschiedliche Signale an, deren Differenz mit der Strategie des Gradientenverfahrens, die in dem Rechengerät 11 realisiert ist, dazu verwendet wird, den der Verstärkung der Stopfentrennlinie reziproken Faktor α auf den richtigen Wert 7k zu bringen. Zur Real.isierung der Strategie muß dem Rechengerät noch ein Zwischenausgeng des Modells 9 zugeführt werden. Der Ausgang dieses Rechengerätes wird nun dem Modell 9 multiplikativ zugeschaltet. Zu Beginn der Rechnung wird in dem Rechengerät 11 ein Anfangswert für α eingestellt.
• Die AusgangsgrößeoC des Rechengerätes 11 wird weiterhin einem Rechengerät 12 zugeführt. Dieses Gerät dient zur Steuerung des Schließvorgangs der Stelleinrichtung. Der Wert von α zum Zeitpunkt des Schließvorgangs wird in einem Halteglied gespeichert. Aus der Differenz zwischen dem laufenden Wert für 4 und dem Speicherwert des Haltegliedes wird der Betrag gebildet, der dann bei Übersteigen eines Vergleichswertes den Schließvorgang der Stelleinrichtung auslöst, wobei dann der der Schlie.Rstellung äquivalente Wert in das Halteglied 8 übernommen wird und im Halteglied des Rechengerätes 12 der momentane Wert von α gespeichert wird.
• Die Anpassung des Reglers 3 an die Verstärkungsänderungen der Stopfenkennlinie erfolgt durch multiplikative Aufschaltung der Ausgangsgröße i des Rechen gerätes 11.

Claims (4)

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Vorfahren zur Regelung der Füllstandshöhe in Stranggießkokillen mit Hilfe der Stopfenstellung in einem Gießgefäß, wobei die Füllstendshöhe in der Kokille als Regelgröße gemessen in einem Meßwertwnformer i.n eine für die weitere Verwondung geeignete P'oria und Größc umgewandelt und. auf einen Regler rückgeführt wird, wobei ferner in den Regler eingangsseitig Werte für die Kompensation der Kokillenoszillation, fü.r die als der Kokille als Strang abgeführte Stahlmenge und die Sollfüllstandshöhe eingegeben werden und die Stopfenstellung als Stellgröße benutzt und der entsprechende W-rt der Schließstellung des Stopfens gespeichert wird, dadurch gek e nn zeichnet , daß die Regelgröße und die Stellgröße als Eingangsgrößen unabhängigen Modellteilen zugeführt und die Ausgangsgrößen der Modellteile verglichen werden, der sich aus dem Vergleich ergebende Differenzwert mit Hilfe einer Strategie den Ausgangswert eines Analogrechengerätes solange verändert, bis dieser in dem der Regelstrecke nachgeschalteten Modellteil eingegebene Wert die Differenz zwischen beiden Modellteilen zu Null macht, daß der Ausgangswert des Analogrechengerätes dem Regler als repräsentative Größe tür die Änderung in der Regelstrecke multiplikativ aufgeschaltet wird und daß Änderungen d.es dem Regler als multiplikative Größe aufgeschalteten Wertes eine Feststellung der Kennlinie des Stellgliedes (Nullwert der Stellgröße) der Regelstrecke bewirken und anstelle des ursprünglich gespeicherten Wertes für die Schließstellung treten.

2. Einrichtung zur Regelung der Füllstandshöhe in Strsnggieß kokillen, bestehend aus einer -ullstandsmeßeinrichtung (1) und einem Meßwer-tumformer (2), einem Sollwertgeber (4) für die Füllstandshöhe, einem Induktivgeber (6) für die Kompensation der Kokillenoszillation, einem Istwertgeber (7) für die aus der Kokille als Strang-abgeführte Stahlmenge, die alle eingangsseitig auf einen Regler (3) geschaltet sind, einem vom Regler gesteuerten SteIlantrieb (5) für den Stopfen des Verteilers und einem Halteglied (8), das ein der Schließstellung des Stopfens entsprechendes Signal speichert, gekennzeichnet durch ein Modell.teil (9), dem der Ausgangswert des Meßwertumformers (2), der im Istwertgeber (7) gebildete Ausgangswert für die als Strang abgeführte Stahlmenge und der in einem Analogrechengerät (11) gebildete Wert einer Strategie zugeführt wird, einem zweiten Modellteil (10), dem die Werte für die momentane und die im Halteglied (8) gespeicherte Stopfenstellung zugeführt werden, ferner gekennzeichnet durch einen Vergleich bzw. eine Differenzwertfeststellung der Ausgangswerte der beiden Modellteile (9, 10), wobei der aus dem Vergleich erhaltene Wert dem Analogrechengerät (11) zugeführt wird, in dem eine Verknüpfung mit einer Zwischengröße des Modellteil=£ (9) vorgenommen wird, derart, daß die Äusgangsgroße des Analogrechengerätes (11) rückwirkend auf das Modellteil (9) dessen Ausgangswert solange verändert, bis die Difi'orenz zwischen den Ausgangswerten der beiden Modellteile (9, 'l^) gleich Null wird und dadurch, daß durch multiplikative Aufschaltung des Ausgangswertes des Analogrechengerätes (11) auf den Regler (3), dieser Regler auf die Regelstrecke adapiert wird und ferner gekennzeichnet durch ein weiteres Rechengerät (12), dem der Ausgangswert ot zugeführt wird und das die Stelleneinrichtung (5) durch den Ausgangswert des Rechengerätes (12) den Stopfen zur Feststellung der Stopfens charakteristik kurzzeitig in Schließstellung fahrt und die Stelleinrichtung (5) den Wert für d.ie Schließstellung auf das Halteglied (ä) gibt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (5) derart ausgebildet ist, daß der Null punkt für die Stellung des Stopfens unter dem Stellpunkt liegt, der zur Erreichung der Schlie£stellung notwendig ist.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Antrieb des Stopfens eine Kraftbegrenzung vorgesehen ist, derart, daß beini Abwärtshub Stopfens bei Erreichen des Ausgusses der verbleibende stellweg blockiert ist.

Stellweg blockiert ist.

L e e r s e i t e