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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.
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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.
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Das läßt sich auch nicht vermeiden durch die kombinierte Anwendung
von Proportional- und Integralreglern.
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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.
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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.
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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.
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Gegenstand der Erfindung ist ein 7erfahren und eine Einrichtung zur
Regelung der Fällstandshöhe in Kokillen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Anpassung des Reglers 3 an die Verstärkungsänderungen der Stopfenkennlinie
erfolgt durch multiplikative Aufschaltung der Ausgangsgröße i des Rechen gerätes
11.