AT410407B

AT410407B - Verfahren und einrichtung zur bestimmung eines zwischenprofils eines metallbandes

Info

Publication number: AT410407B
Application number: AT0901599A
Authority: AT
Inventors: Otto Dr Gramckow; Peter Dr Protzel; Lars Kindermann; Friedemann Dr Schmid
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1998-02-18
Filing date: 1999-02-08
Publication date: 2003-04-25
Also published as: WO1999042232A3; DE19980248D2; ATA901599A; WO1999042232A2; US6571134B1; DE19980248B4

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bestimmung eines Zwischenprofils eines Metallbandes zwischen einem vorderen und einem hinteren Walzgerüst in einer Walzstrasse.

Bei der Stahl- und Aluminiumproduktion spielt die Optimierung des Walzprozesses eine bedeu- tende Rolle sowohl hinsichtlich der möglichen Qualitätssteigerungen als auch bezüglich des Kos- tensenkungspotentials.

Eine wichtige Aufgabe der Prozessführung einer Walzstrasse ist die möglichst genaue Ermittlung der Einstellung der Anlage für das jeweils nächste Metallband vor dessen Einlauf in die Walzstra- &num;e Die Prozessführung stützt sich auf eine Reihe von Modellen, die den in der Walzstrasse ablau- fenden technischen Prozess möglichst exakt beschreiben sollen. Diese Beschreibung wird durch die Komplexität des Prozesses wesentlich erschwert, die sich durch zahlreiche nichtlineare Ein- flüsse sowie durch die zeitliche Änderung des Prozessverhaltens ergibt.

Das Profil des Metallbandes ist ein wichtiges Gütekriterium für seine Geometrie nach Verlassen der Walzstrasse. Im einfachsten Fall ist das Profil definiert als Dickenunterschied zwischen der Mitte und den Rändern eines Metallbandes. Während des gesamten Walzprozesses ändert sich das Profil des einlaufenden Metallbandes von Gerüst zu Gerüst. Da die Messung des Profils eines Metallbands aufwendig und teuer ist, wird es in der Regel erst am Ende der Walzstrasse gemessen und mit den Vorhersagen des Modells verglichen. Zur Bestimmung des Profils (p,) eines Metall- bandes hinter den einzelnen Walzgerüsten und damit schliesslich des Endprofils ist beispielsweise die wiederholte Verwendung des Zusammenhangs
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bekannt.

Dabei wird k, nach dem Artikel "High Accuracy and Rapid-Response-Hot Strip Mill", TECHNO Japan Vol. 20, No. 9, Sept. 1987, Seiten 54-59 gemäss
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berechnet. Ausserdem sind
P1-1 Profil des Metallbandes vor dem Walzgerüst h1-1 Dicke des Metallbandes vor dem Walzgerüst h, Dicke des Metallbandes hinter dem Walzgerüst
II Lastwalzspaltprofil
D, Arbeitswalzendurchmesser b Breite des Metallbandes und c@ c,2 Modellparameter.

Nachteilig ist hier, dass die Bestimmungsgleichungen für k, und x, nur näherungsweise gelten.
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Dies führt häufig zu einer unzureichenden Bestimmung des Enddickenprofils. Dies führt zu der Verwendung von zusätzlichen heuristischen Modellen. Experimente mit adaptiven Neuronalen Netzen haben gezeigt, dass diese in der Lage sind, das Endprofil in einem Schritt deutlich genauer vorherzusagen als analytische Modelle. So beschreibt die Offenlegungsschrift DE 196 42 918 A1 ein System zur Berechnung des Endprofils eines Metallbandes, wobei die Bestimmung ausgewähl- ter Parameter mit einer auf Neuronalen Netzen basierenden Informationsverarbeitung erfolgt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bestimmung von Zwischenprofi- len und einem Endprofil eines Metallbandes in einer Walzstrasse anzugeben, nach dem die Zwi- schenprofile exakter bestimmt werden als nach herkömmlichen Verfahren.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäss Anspruch 1 bzw. eine Einrichtung gemäss An- spruch 12 gelöst Dabei

- werden mittels eines analytischen Modells für zumindest ein Walzgerüst zumindest ein Zwi- schenprofil, das ein zu walzendes Metallband nach einem Walzgerüst aufweist, und ein End- profil, das dieses Metallband nach dem Durchlaufen aller Walzgerüste aufweist, bestimmt, - dieses Endprofil wird mittels eines zweiten Modells bestimmt, und - zumindest ein Parameter des analytischen Modells wird so modifiziert, dass das analytische
Modell einen Wert für das Endprofil liefert, der mit dem mittels des zweiten Modells erzeugten
Wert mit einer vorgebbaren Genauigkeit übereinstimmt.

Die Zwischenprofile werden dabei mittels eines analytischen Modells bestimmt. Insbesondere kann ein vorhandenes mathematisches Modell des Prozesses genutzt werden, dessen Parameter für jede Vorhersage optimiert werden. Diese Weiterverwendung bekannter Modelle für eine Walz- strasse verringert die Kosten des erfindungsgemässen Verfahrens deutlich und ermöglicht ein Nach- rüsten existierender Walzgerüste bzw. Walzstrassen.

Bei dem zweiten Modell handelt es sich vorzugsweise um ein Neuronales Netz, in dem auch die Nichtlinearitäten des Prozesses modelliert werden können. Es wird insbesondere erst dann zur Optimierung der Parameter des analytischen Modells herangezogen wird, wenn es nach ausrei- chendem Training verlässlich bessere Werte für das Endprofil liefert als das analytische Modell.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Im einzel- nen zeigen
FIG 1 den Querschnitt eines Metallbandes,
FIG 2 einen Ablaufplan des erfindungsgemässen Verfahrens
FIG 1 zeigt den Querschnitt eines Metallbandes. Dabei bezeichnet b die Bandbreite, hM die Banddicke in der Mitte des Metallbandes, hL die Banddicke am linken Rand des Metallbandes und hR die Banddicke am rechten Rand des Metallbandes. Eine mögliche Definition des Profils p des Metallbandes bildet die Funktion
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FIG 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei bezeichnet Bezugszeichen 1 ein ana- lytisches Modell, das sieben Teilmodelle 21,22, 23,24, 25,26, 27 aufweist, die sieben Walzgerüs- te in einer Walzstrasse modellieren.

Eingangsgrössen für das erste Teilmodell sind das Einlaufprofil
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Eingangsgrössen für das i-te Teilmodell sind dementsprechend gerüstspezifische Daten W11 B, und D, für das i-te Walzgerüst sowie das Zwischenprofil p1-1 des in das entsprechende Walzgerüst einlaufenden Metallbands. Das i-te Teilmodell erzeugt als Ausgangsgrösse das Zwischenprofil p, des Metallbandes beim Auslauf aus dem entsprechenden Walzgerüst, das letzte Teilmodell er- zeugt einen Wert für das Endprofil Pout. Dabei werden alle Gerüste durch die gleiche lineare Abbil- dung beschrieben.

Das auslaufende Profil p, wird als Linearkombination von einlaufendem Profil p1-1 und den gerüstspezifischen Parametern W" B, und D, dargestellt:
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Dabei bezeichnen a, a1, a2, a3 und a4 Modellparameter der Teilmodelle 21,22, 23,24, 25,26, 27.
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Die Koeffizienten a und ak (mit k = 1,2, 3,4) werden für alle Gerüste als identisch angenom- men n-faches Hintereinanderschalten dieser Gerüstübertragungsfunktion ergibt dann die Transfer- funktion für das Profil über die gesamte Walzstrasse mit n Walzgerüsten:

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Durch Umformung ergibt sich
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Dabei bleibt diese Funktion linear in den Koeffizienten ak. Der Koeffizient a hingegen taucht in unterschiedlichen Potenzen auf.

Er kann als Faktor angesehen werden, der angibt, wie stark der Einfluss weiter vorn in der Walzstrasse liegender Gerüste auf das Endprofil abnimmt.

Dieses Modell auf einen Datensatz anzupassen bedeutet, Werte für die Koeffizienten a und ak zu finden, die den Fehler des Endprofils minimieren. Bei gegebenem a können die optimalen ak durch lineare Regression z.B. mittels der Pseudoinversen bestimmt werden. Das optimale a wird vorteilhafterweise durch Näherungsverfahren bestimmt. Da es der einzige freie Parameter ist und das Intervall, in dem es liegen kann, eingeschränkt ist, werden Standardverfahren zur Minimierung wie Newton eingesetzt. Sinnvolle Lösungen für a liegen zwischen 0 und 1.

Des weiteren ist ein Neuronales Netz 3 als Endprofilmodell vorgesehen. Es erzeugt aus den
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repräsentiert dieser Wert poutNN das Endprofil, das ein Metallband nach dem Durchlaufen der (in beispielhafter Ausgestaltung sieben) Walzgerüste mit Einstellungen gemäss den gerüstspezifischen
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Werte pout und Pout,NN und berechnet, falls die Differenz der beiden Werte einen vorgebbaren
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Teilmodelle multipliziert werden. Diese Korrekturfaktoren kO, werden im Hinblick auf eine Anglei- chung von pout an Pout NN berechnet. Mit den durch die Korrekturfaktoren kO, veränderten Koeffizienten ak und a der Teilmodelle 21, 22,23, 24,25, 26,27 wird eine zweite Berechnung von pout vor-
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kO, berechnet werden.

Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis die Differenz zwischen Pout und Pout.NN einen vorgebbaren Wert nicht mehr überschreitet.

Die so erzeugten endgültigen Werte p, für die Zwischenprofile und der Wert Pout für das Endpro- fil bilden nun die Vorhersagewerte für das Profil des zu walzenden Metallbandes Entsprechen diese Vorhersagewerte nicht dem gewünschten Profil, so sind die gerüstspezifischen Parameter W, und B, anzupassen, und die Berechnung ist neu zu starten. Dabei sind die Gerüstdaten W, die Walzkraft im i-ten Walzgerüst und B, die Biegekraft im i-ten Walzgerüst.

Es kann ferner vorgesehen werden, auch das Walzspaltprofil als Teil der Gerüstdaten zu ver- wenden.

PATENTANSPRÜCHE :
1 Verfahren zur Bestimmung eines Zwischenprofils (p, ) eines Metallbandes zwischen einem vorderen und einem hinteren Walzgerüst in einer Walzstrasse mit zumindest zwei Walzge- rüsten, wobei - das Endprofil (pout) des Metallbandes nach dem hinteren Walzgerüst und das Zwi- schenprofil (p,) mittels eines analytischen Modells (1) mit Parametern (ak, a) bestimmt werden,
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- zumindest ein Parameter (ak, a) derart verändert wird, dass sich der Unterschied zW1- schen dem Endprofil (pout). das mittels eines analytischen Modells (1) ermittelt wird, und
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Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, <Desc/Clms Page number 4> dass zumindest ein Parameter (ak, a) solange verändert wird, bis sich der Unterschied zwischen dem Endprofil (pout), das mittels eines analytischen Modells (1) ermittelt wird, und EMI4.1 einen vorgegebenen Wert, vorteilhafterweise auf Null, verringert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Endprofil (Pout NN) mittels eines als Neuronales Netz ausgebildeten Endprofilmo- dells (3) bestimmt wird.

4 Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Endprofilmodell (3) durch ein an den modellierten Prozess gekoppeltes Training des Neuronalen Netzes verbessert wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Zwischenprofils (p,) in Abhängigkeit vom Profil (Pin) des Metall- bandes beim Einlauf in das vordere Walzgerüst und von Gerüsteinstellungen (W,, B11 D, ) erfolgt.

6 Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das analytische Modell (1) ein lineares Modell ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Walzstrasse mehrere Walzgerüste aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenprofile (p,) hinter ausgewählten Walzgerüsten der Walzstrasse bestimmt werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenprofile (p,) hinter allen Walzgerüsten der Walzstrasse bestimmt werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das analytische Modell (1) Teilmodelle (21,22, 23,24, 25,26, 27) aufweist, die ein- zelne Walzgerüste der Walzstrasse beschreiben.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilmodelle (21,22, 23,24, 25,26, 27) zur Beschreibung der einzelnen Walzge- rüste eine identische Struktur aufweisen.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, EMI4.2 24,25, 26,27) normiert werden.

12. Einrichtung zur Bestimmung eines Zwischenprofils (p,) eines Metallbandes zwischen ei- nem vorderem und einem hinteren Walzgerüst in einer Walzstrasse mit zumindest zwei Walzgerüsten gemäss einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung zur Bestimmung des Zwischenprofils (p,) des Metallbandes - ein analytisches Modell (1) mit Parametern (ak, a) zur Bestimmung des Zwischenprofils (p,) und des Endprofils (Pout) des Metallbandes nach dem hinteren Walzgerüst, - ein Endprofilmodell (3) zur Bestimmung des Endprofils (pout,NN) des Metallbandes nach dem hinteren Walzgerüst und - einen Auswerter (4) zur derartigen Veränderung zumindest eines Parameters (ak, a), dass sich der Unterschied zwischen dem Endprofil (pout), das mittels eines analytischen EMI4.3 (3) bestimmt wird,

verringert, aufweist.

HIEZU 2 BLATT ZEICHNUNGEN