专利名称：补偿加速度引导的卷取机驱动装置的带材中拉应力干扰的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于补偿加速度引导的卷取机驱动装置的带材中拉力干扰的方法以及一种用于实施该方法的装置。
背景技术：
在以拉力控制的模式运行的卷取机驱动装置中，尤其在加速阶段期间会出现拉力中断，该拉力中断会导致带材裂纹。从EP 0 477 422 Al中公开了一种用于调节轧制机构卷取机的方法和装置，其中使用拉力调节。这种拉力调节具有拉力调节器，向该拉力调节器提供所求得的拉力差。这种拉力调节以转速调节为基础。在输出侧，从属的转速调节与卷取机的驱动单元连接。卷取机的这种驱动单元具有电动机、变频器、电流调节器等。在受控系统中求得的实际拉力与预先确定的额定拉力进行比较并且将拉力差输入拉力调节器。在输出侧，在拉力调节器上有用于从属的转速调节的额定转速。借助于从属的转速调节产生用于开卷机电动机的扭矩。通过开卷机电动机的这种调节，将卷取机力矩高动态地配合所要求的拉力，从而实现具有近似恒定厚度的带材。在这种调节中不利的影响是，必须使用拉力测量装置。该拉力测量装置不能检测小的拉应力。此外，这种拉力测量装置在制造薄膜时不能使用。在以拉力控制的模式运行的卷取机驱动装置中，会出现由于加速过程而使拉力中断带材中(轧制效率等级变化)。由此，带材会下垂。由于拉力降低(不再加载)，卷取机的电动机高速旋转，使得下垂的带材材料减少。随着电动机转速的增加，带材材料中的拉力再次升高。根据拉力变化会出现带材裂纹。这种问题至今为止只能通过参数调节中的优化或者加速的延迟来得到解决，其中这必须在试运行期间实施。这种优化非常取决于设备，也就是说对于解决该问题来说，需要用于卷取机驱动装置的试运行的专家。
发明内容
现在，本发明的任务是说明一种用于补偿加速度引导的卷取机驱动装置的带材中拉应力干扰的方法，其中不使用带材拉力调节。该任务按本发明用权利要求I的特征得到解决。本发明基于以下认识，即也会导致带材裂纹的带材拉力干扰引起了电动机加速度的干扰。按本发明借助于所测量的电动机转速求得电动机加速度中的干扰。为此，对电动机转速微分，由此获得了关于电动机的实际电动机加速度。这种预先确定的额定加速度换算到关于电动机的额定电动机加速度上。由此能够通过实际电动机加速度与额定电动机加速度的比较来求得电动机加速度中干扰的大小。从该加速度差中确定用于所产生的额定电动机力矩的修正参数，它与所述额定电动机力矩叠加，使得加速度差变成零。借助于这种按本发明的方法也可以不用带材拉力调节来调整带材拉力干扰。按本发明的方法的优点在于，确保了尤其在加速阶段中的可靠的运行，从而取消冗长的优化并且极少材料会辊制成次品。用稳定的带材拉应力实现轧制物的更好的公差。
为了详细解释本发明，参照附图，在附图中示意性地说明了用于实施按本发明的方法的装置的实施方式。图I示出了轧制机架的原理图，为该轧制机架在两侧配有两个卷取机，
图2示出了按图I的原理图的控制技术上的等效线路图，其具有用于实施按本发明的方法的装置，
图3示出了干扰信号关于时间的图表，
图4不出了拉应力关于时间的图表，
图5不出了电动机转速关于时间的图表，
图6关于时间示出了配属的电动机力矩，以及 图7说明了配属的电动机加速度关于时间的图表。
具体实施例方式在图I中用2分别表示没有详细示出的轧制机架的辊子尤其工作辊，用4和6分别表示卷取机并且用8表示在两个卷取机4和6之间运动的带材。每个卷取机4或者6具有驱动电动机10或者12,该驱动电动机借助于电动机轴14或者16借助于没有详细示出的传动装置与卷取机4或者6机械连接。每个驱动电动机10或者12具有测速发电机18或者20，用该测速发电机检测其转速nM的实际值。为每个驱动电动机10或者12配有根据拉
力矩的预先确定的额定值以
及加速度分别相应地驱动所属的驱动电动机10或者12的装置22或者24。作为装置22或者24例如设置变频器，该变频器除了功率部件之外还具有配属的控制以及调节装置。此外，所述装置22或者24在信号技术方面与测速发电机18或者20的输出端连接。此外，在图I中示出了补偿装置26或者28，用该补偿装置实施按本发明的方法。因为该补偿装置26或者28在实际上实施时是所述装置22或者24的集成的组成部分，尤其是其控制以及调节装置，所以该补偿装置借助于虚线示出。该补偿装置26或者28也在信号技术方面与配属的测速发电机18或者20的输出端连接。此外，向该装置26或者
28输入预先确定的额定加速度Afl。此外，在图I中在工作辊2和卷取机6之间示出了运动的带材8的部分区域30，该部分区域由于拉力中断而下垂。不进行拉力调节，卷取机6会在加速阶段中撕裂带材8。这种带材裂纹的可能性随着带材8的变小的厚度而提高并且取决于这种带材8的材料。如果有待处理的带材是金属带材，例如由铝制成，那么由拉力中断引起的带材裂纹的可能性就很小。在任何情况下都会形成有缺陷的区域并且由此形成次品。如果有待处理的带材8是薄膜带，那么由拉力中断引起的带材裂纹的可能性就很大。
为了求得有待处理的带材8中的拉应力，使用拉力测量设备。这种测量设备如此相对于带材8进行布置，使该带材8能在该测量设备上施加预先确定的压力。有待处理的带材8越薄，这种拉力测量设备就必须越敏感。因此，在制造薄膜时无法使用拉力测量设备。为了解决这个问题，需要在试运行期间优化这种产品机器的专家。这种优化可以通过参数调节以及/或者加速度的延迟来进行。然而这种优化是繁琐的并且取决于设备。在所有情况下都需要经验丰富的操作工，该操作工可以用其专业知识解决这种问题。在图2中示意性地示出了图I的被驱动的卷取机6的控制技术上的等效线路图。该等效线路图具有多个在控制技术方面代替按图I的卷取机驱动装置的机械组件的部分等效线路图。所述部分等效线路图用32、34、36和38表示。部分等效线路图32示出了驱动电动机12的控制技术方面的等效线路图，部分等效线路图34在控制技术方面示出了具有传动装置的驱动轴16，而部分等效线路图36在控制技术方面示出了卷起的带材8并且部分等效线路图38在控制技术方面示出了输送的带材8。
驱动电动机12的控制技术方面的等效线路图32具有PT1元件40、比较器42以及I元件44。PT1元件40的时间常数是力矩调节的等效时间常数Te，而I元件44的时间常数是电动机时间常数Tm。在PT1元件40的输出端上有用于内部的电动机力矩Mm的信号，其中在I元件44的输出端上有用于电动机转速nM的信号。在比较器42的反向的输入端上有用于驱动轴16的力矩的信号，它与内部的电动机力矩Mm进行比较。所求得的差是驱动电动机12的电动机加速度Mbm。借助于I兀件44从电动机加速度Mbm中产生实际电动机转速nM。所述部分等效线路图34除了 I元件46之外还具有P元件48，其在信号技术方面串联。所述两个在控制技术方面的元件46和48的串联简化地模仿驱动轴16连同传动装置。在P元件48的输出端上有用于轴力矩Mw的信号，该信号还反馈到比较器42上。此外，所述轴力矩Mw输入部分等效线路图，该部分等效线路图在控制技术上示出了具有卷起的带材8的卷取机4或者6。该部分等效线路图36仅仅具有一个I元件50。在该I元件50的输出端上有用于卷取机转速nH的信号。该I元件50作为时间常数具有卷取机时间常数Th。在控制技术方面示出了输送的带材8的部分等效线路图38具有功能元件52，该功能元件的功能至少取决于展开或者卷起速度V并且因此作为结果提供在带材中的当前的拉力Fz，也称作拉应力，该拉应力借助于乘法器54与带材半径Rb相乘。所产生的乘积反馈至IJ比较器56上，该比较器在输出侧与I元件50的输入端连接。在比较器56的非反向的输入端上存在轴力矩MW。在I元件50的输出端上的卷取机转速nH借助于另一乘法器58与常数Rh相乘，从而在乘法器58的输出端上存在用于展开或者卷起速度V的值。如已经提到的，卷取机驱动装置在拉力控制的模式下运行。为此，分别需要用于拉
力矩Mz以及用于加速度Mb的额定值。该额定值和借助于加法器60叠加并且将结果输入后面的加法器62中。在该加法器62的反向的输入端上有修正参数Mkot,该修正参数由补偿装置26产生。借助于加法器62将电动机力矩额定值MXf与所求得的修正参数Mkot进行置加。实施按本发明的方法的补偿装置26具有PT1元件64、DT1元件66、PID元件68以及比较器70。DT1元件66的输入端上存在在调节部件32的I元件44的输出端上产生的实际电动机转速nM。借助于DT1兀件66从该实际电动机转速nM中产生配属的实际电动机加速度Mbm。该实际电动机加速度Mbm与额定电动机加速度吣进行比较，该额定电动机加速度在PT1元件64的输出端上。在该PT1元件64的输入端上有换算到电动机参数上的额定加速度。该额定加速度1;借助于换算装置72从预先确定的额定加速度J/纟中求得。作为换算装置72，可以在最简单的情况下设置常数。按本发明的用于补偿带材8中拉应力干扰的方法基于以下知识，即带材拉力干扰会在实际电动机加速度Mbm的干扰中察觉出。因为卷取机驱动装置4或者6总是加速度引
导地运行，所以发明者可以基于以下构思，即从额定以及实际电动机加速度和Mbm之间
所求得的差值中导出修正参数Mkot，用该修正参数至少可以抑制或者调整带材拉力8中的干扰。
卷取机驱动装置的已经为卷取机驱动装置的运行所需的测量参数是电动机转速nM。该电动机转速nM借助于测速发电机18或者20求得。为了从该实际电动机转速nM中产生所属的实际电动机加速度Mbm，对所求得的实际电动机转速nM微分。该实际电动机加速度Mbm是当前由卷取机电动机4或者6实施的加速度。提供用于卷取机驱动装置的额定加
速度M〗。该额定加速度I〗首先必须借助于换算装置72换算到与电动机有关的额定加速
度。将该换算的值Af;输入补偿装置26的PT1元件64中，该元件作为时间常数具有
力矩调节的等效时间常数Te。在该PT1元件64的输出端上有额定电动机加速度。从
电动机转速nM求得的实际电动机加速度Mbm与所述额定电动机加速度进行比较。借助于PID元件68从所求得的加速度差中确定修正参数Mkot,该修正参数与额定电动机力矩Ml1叠加，使得所求得的加速度差变成零。在图3到7中关于时间t分别在图表中示出信号曲线，其中在每个图表中示出了没有按本发明的方法(a)的以及具有按本发明的方法(b)的信号曲线。在情况(a)中的带材拉力干扰
如果出现带材拉力干扰，其特征在于按图3的图表中的干扰参数Sst，那么拉力Fz中断并且很少缓冲地衰减(图4)。所述电动机转速nM跟随这种震动(图5)。根据规定不改变地恒定地保持电动机力矩nM(图6)。配属于电动机转速nM的电动机加速度Mbm在图7中不出，其具有多个在时间t上衰减的谐振。在情况(b)中的带材拉力干扰
在这种情况下同样出现了干扰参数Sst (图3)，其引起中断拉力Fz。从按图6的电动机力矩Mm的曲线中获知，该电动机力矩不再像情况(a)中一样恒定。电动机力矩Mm的关于时间的变化由修正参数Mkot引起，该修正参数以按本发明的方法产生。该修正参数Mkot叠加到
额定电动机力矩M*m上,从而抑制或者调节电动机加速度Mbm中形成的波动。通过电动机加
速度Mbm的抑制不再出现像情况(a)中一样的增加的拉应力(图5)。由此，拉应力干扰不再引起带材裂纹。由此刚好在卷取机驱动装置的加速阶段中确保了可靠的运行。这以相对简单的优化措施来实施。可以显示出，该方法在参数调节中是鲁棒性的。此外，通过这种按本发明的方法提高了生产率，也就是说极少材料会加工成次品。此外，稳定的带材拉力实现了轧制物的更 好的厚度公差。
权利要求
1.用于补偿加速度引导的卷取机驱动装置的带材(8)中拉应力干扰(Sst)的方法，该卷取机驱动装置由驱动电动机(10、12)、驱动轴(12、14)以及卷取机(4、6)构成，其中从驱动电动机(10、12)的所求得的实际电动机转速(nM)中求得该电动机(10、12)的实际电动机加速度(Mbm)，该实际电动机加速度与从预先确定的关于电动机的额定加速度(Mi)中计算出的额定电动机加速度(Jf;)进行比较，其中从加速度差中确定修正参数(Mkot),该修正参数叠加到所产生的额定电动机力矩(MD上，使得加速度差变成零。
2.按权利要求I所述的方法，其特征在于，为了求得驱动电动机(10、12 )的实际电动机加速度(Mbm)，对驱动电动机(10、12)的所求得的实际电动机转速(nM)微分。
3.按权利要求I所述的方法，其特征在于，使关于电动机的额定加速度)平滑。
4.按权利要求I所述的方法，其特征在于，为了确定修正参数(Mkot)将所求得的加速度差与放大系数相乘、积分以及微分。
5.用于补偿加速度引导的卷取机驱动装置的带材(8)中拉应力干扰的装置，由调节装置(22、24)为该装置提供调节信号，其中该卷取机驱动装置具有带有测速发电机(18、20)的驱动电动机(10、12)、驱动轴(14、16)以及卷取机(4、6)，其中为调节装置(22、24)配有补偿装置(26、28)，在该补偿装置的一个输入端上有额定加速度(Afp，并且其另外的输入端与测速发电机(18、20)的输出端连接，并且其中补偿装置(26、28)的输出端与调节装置(22、24)的输入端连接。
6.按权利要求5所述的装置，其特征在于，所述补偿装置(26、28)集成在所述调节装置(22,24)中。
7.按权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述调节装置(22、24)是微处理器。
全文摘要
本发明涉及一种用于补偿加速度引导的卷取机驱动装置的带材(8)中拉应力干扰的方法，卷取机驱动装置包括驱动电动机(10、12)、驱动轴(12、14)以及卷取机(4、6)。按本发明从驱动电动机(10、12)的所求得的实际电动机转速(nM)中求得该电动机(10、12)的实际电动机加速度(MBM)，该实际电动机加速度与从预先确定的关于电动机的额定加速度中计算出的额定电动机加速度进行比较，其中从加速度差中确定修正参数(MKor)，该修正参数叠加到所产生的额定电动机力矩上，使得所求得的加速度差变成零。由此调整拉应力干扰，由此可以避免带材裂纹。
文档编号B21B37/54GK102740988SQ201080040245
公开日2012年10月17日 申请日期2010年9月6日 优先权日2009年9月9日
发明者U.舍费尔 申请人:西门子公司