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Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. einer Einrichtung zur dynamischen Einstellung des Walzspaltes bei einem Walzgerüst einer mehrgerüstigen Walzstrasse.
Beim Walzen in Walzstrassen, wie sie z.B. die US 3,170,344 oder der Artikel Duysters S. et al.
"Dynamic modelling of the finishing train of Hoogovens' hot strip mill and optimization of thickness control parameters", Journal A, vol. 31, no. 4, 1 December 1990, Seiten 8 bis 15, XP00017 zeigen, insbesondere in Warmbreitbandfertigstrassen tritt bei Erst- und Umstellungsbändern technologisch bedingt am Bandkopf im Mittel eine grössere Dickenabweichung auf. Ausgehend von der Dicken- messung hinter der Fertigstrasse ist es Aufgabe einer Dickenregelung, die abweichende Banddicke möglichst schnell auf den ursprünglichen oder einen zweckmässig neu disponierten Sollwert zu bringen. Durch den dazu notwendigen Stelleingriff auf die Anstellposition z. B. des letzten Gerüstes tritt eine Massenflussstörung, im folgenden Massenflussstörung erster Art genannt, auf. Diese Stö- rung ist um so grösser, je schneller der Dickenfehler ausgeregelt wird.
Für die zulässige Massen- flussstörung und damit für die Regelgeschwindigkeit der Dickenregelung besteht jedoch eine für jedes Band unterschiedliche obere Grenze, die durch das bei der Schlingenregelung vorhandene Ausregelungspotential für Störgrössensteilheiten bedingt ist, das vom Anstiegsfehlerverhalten der Regelung abhängt.
Aus der US 4 909 055 A ist weiterhin ein Verfahren und eine Methode mit dynamischen Zug- walzen in Warmbandstrassen bekannt. Dabei ist wesentlich, dass eine dynamische Einstellung des Zuges vorgenommen wird, wozu an jedem einzelnen Walzgerüst der Walzstrasse mittels entspre- chender Sensoren Messgrössen erfasst und in eine zentrale Regelung eingespeist wird. Es wird also hier im wesentlichen auf den Zug geregelt.
Weiterhin ist aus der DE 34 42 313 A1 eine Walzdruckregelung bekannt, bei der die Arbeits- walzen unter bestimmtem Druck, der für das sogenannte Dressieren, also den Nachwalzvorgang, kleiner als der Walzdruck ist, eingestellt wird. Hier geht es speziell um das Kaltwalzen. Schliesslich ist aus der GB 21 34 669 A bekannt, den Walzspalt derart einzustellen, dass Ausmessungen zwi- schen Eingangs- und Ausgangsdicke des Walzgutes entsprechende Steuersignale abgeleitet werden können
Da die Dynamik des Anstellungssystems, ob elektromotorisch (MGC) oder hydraulisch (HGC), prinzipiell höher ist als die der Hauptantriebe, sind mit dem Anstellungssystem Massenfluss- störungen generierbar, deren Ausregelung die Stellglieddynamik der Schlingenregelung übersteigt und daher prinzipiell nicht mehr über die Schlingenregelung ausregelbar sind.
Daher muss ein auf der sicheren Seite liegender Kompromiss zwischen der gewünschten Ausregelgeschwindigkeit von Dickenfehlern und den im Hinblick auf die Schlingenregelung zulässigen Massenflussstörungen gefunden werden.
Neben den grösseren Massenflussstörungen durch die Dickenregelung, d. h. den Massenfluss- störungen erster Art, die nur am Bandkopf von Bedeutung sind, gibt es zudem erhebliche Massen- flussstörungen, die sich unter bestimmten Voraussetzungen durch Divergenzeffekte des auf Mit- kopplung beruhenden AGC-Algorithmus ergeben können (AGC = Automatic Gauge Control; Funk- tion der walzkraftbasierten Lastwalzspaltstörungs-Kompensation). Diese Störungen, im folgenden als Massenflussstörungen zweiter Art bezeichnet, können durch hierbei auftretende Divergenzeffek- te über das ganze Band verteilt auftreten. Dem AGC-Algorithmus liegt prinzipiell ein Mitkopplungs- verhalten nach Art einer geometrische Reihe zugrunde. Normalerweise konvergiert die Reihe so, dass die Anstellposition nach einer Lastwalzspaltstörung auf einen neuen stationären Endwert einläuft.
Bei Vorliegen der ungünstigen mechanischen Voraussetzung, dass im Gerüst Anstellung und Walzkraftmessung zusammenliegend (z. B. oben-oben) statt gegenüberliegend (z. B. oben- unten) angeordnet sind, kann für die Dauer von eingetretener Haftreibung im Ständerfenster die Reihe divergieren, so dass der AGC-Algorithmus dann bis zum Losbrechen der Haftreibung diver- giert und sich erhebliche Massenflussstörungen zweiter Art ergeben.
Um zu grosse Massenflussstörungen erster Art zu vermeiden, wird die Dickenregelung in der Regel relativ langsam eingestellt, um stets auf der sicheren Seite zu liegen. Da die zulässige Massenflussstörung stichplanabhängig bei jedem Band und jedem Gerüst anders ist, also von zahlreichen Einflüssen abhängt, von der Grösse her jedoch unbekannt ist, wird bei diesem Kom- promiss bei den meisten Bandern ein beachtlicher Teil der eigentlich möglichen Regelgeschwindig- keit nicht ausgenutzt.
Um die Auswirkungen der bei bestimmten Konstellationen möglichen Massenflussstörungen
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zweiter Art in Grenzen zu halten; erweist sich dort bisher nur ein sogenannter AGC-Unterkompen- sationsfaktor deutlich kleiner Eins als praktikabel. Der dadurch entstehende Wirkungsgradverlust bei der Ausregelung von sogenannten Skidmarks bzw. Schienenstellen, d. h. kälteren Stellen im Band, muss bei diesem Kompromiss in Kauf genommen werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Ver- fahrens anzugeben, das obengenannte Nachteile der bekannten Verfahren und Einrichtungen vermeidet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren gemäss Anspruch 1 bzw. eine Einrich- tung gemäss Anspruch 12 gelöst. Gemäss dem erfinderischen Verfahren bzw. der erfinderischen Einrichtung zur dynamischen Einstellung des Walzspaltes bei einem Walzgerüst einer mehrge- rüstigen Walzstrasse zum Walzen eines Bandes, wobei ein Bandvorrat, d. h. eine Schlinge, zwi- schen zwei Walzgerüsten durch eine Schlingen- bzw. Bandvorratsregelung eingestellt und be- grenzt wird, wird die Dynamik der Einstellung des Walzspaltes jedes einzelnen Walzgerüstes in Abhängigkeit von Zustandsgrössen der Schlingen- bzw. Bandvorratsregelung begrenzt. Ein derarti- ges Verfahren hat sich als besonders geeignet erwiesen, obengenannte Nachteile zu vermeiden.
Auch ist diese erfinderische Lösung einer reinen Begrenzung in Abhängigkeit von Zustandsgrössen der Walzstrasse, wie sie z. B. die EP 0 680 021 A1 offenbart, oder einer Begrenzung gemäss der DE 195 11 267 C1 überlegen. Die Begrenzung der Dynamik bei der Einstellung des Walzspaltes erfolgt vorteilhafterweise durch Begrenzung der Geschwindigkeit, mit der die Einstellung des Walzspaltes erfolgt. Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, die Geschwindigkeitsbegrenzung beim Verringern des Walzspalts unabhängig von der Geschwindigkeitsbegrenzung beim Vergrö- #ern des Walzspaltes auszuführen.
Üblicherweise erfolgt die Einstellung des Walzspaltes von Walzgerüsten einer mehrgerüstigen Walzstrasse mittels Banddickenreglern, die den Sollwert für den Walzspalt in Abhängigkeit der Regelabweichung der Dickenregler, d. h. der Differenz zwischen einer vorgegebenen Sollbanddicke und der Istbanddicke, ermitteln. Dabei wird in vorteilhafter Weise der Wert der Regelabweichung vor Eingang in den Banddickenregler in Abhängigkeit von Zustandsgrössen der Schlingen- bzw.
Bandvorratsregelung begrenzt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Einstellung des Walz- spaltes gemäss eines Sollwertes für den Walzspalt mittels einer hydraulischen Walzspaltregelung (HGC), wobei die Änderungsgeschwindigkeit des sogenannten HGC-Zusatzsollwertes gemäss FIG 1 oder einer äquivalenten Grösse begrenzt wird. In einer alternativen vorteilhaften Ausgestal- tung der Erfindung erfolgt die Einstellung des Walzspaltes mittels einer motorischen Walzspaltre- gelung (MGC), wobei die sogenannte äquivalente Dickenregelabweichung gemäss FIG 2 oder eine äquivalente Grösse begrenzt wird.
Sowohl die Begrenzung des HGC-Zusatzsollwertes bei hydrauli- scher Walzspaltregelung als auch die Begrenzung der äquivalenten Dickenregelabweichung bei motorischer Walzspaltregelung hat sich als besonders geeignet erwiesen, die Geschwindigkeit bei der Einstellung des Walzspaltes zu begrenzen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Begrenzung der Dyna- mik bzw. der Geschwindigkeit der Einstellung des Walzspaltes in Abhängigkeit von zumindest einer der Grössen - Bandvorrat vor dem Walzgerüst bzw. einer äquivalenten Grösse - Bandvorrat hinter dem Walzgerüst bzw. einer äquivalenten Grösse - Regelabweichung der Schlingen- bzw. Bandvorratsregelung, d. h der Differenz zwischen
Soll- und Istwert der Schlingenhöhe bzw. des Bandvorrats, für die Schlinge bzw. den Band- vorrat vor dem Walzgerüst - Regelabweichung der Schlingen- bzw. Bandvorratsregelung für die Schlingenhohe bzw. den
Bandvorrat hinter dem Walzgerüst - zeitliche Ableitung des Bandvorrats vor dem Walzgerüst - zeitliche Ableitung der Bandvorrats hinter dem Walzgerüst - zeitliche Ableitung der Regelabweichung der Schlingen- bzw.
Bandvorratsregelung für die
Schlingenhöhe bzw. den Bandvorrat vor dem Walzgerüst - zeitliche Ableitung der Regelabweichung der Schlingen- bzw Bandvorratsregelung für die
Schlingenhöhe bzw. den Bandvorrat hinter dem Walzgerüst
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- Walzkraft - Motorstrom des Antriebs des Walzgerüstes - Drehzahl des Antriebs des Walzgerüstes - Drehmoment des Antriebs des Walzgerüstes
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Einstellgeschwindigkeit bei der Ver- grösserung des Walzspaltes in Abhängigkeit der Regelabweichung, d. h. der Differenz zwischen Soll- und Istwert, der Schlingenhöhe bzw.
des Bandvorrats vor und hinter dem Walzgerüst zu begrenzen
Weitere Vorteile und erfindungsgemässe Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Be- schreibung von Ausführungsbeispielen, anhand der Zeichnungen und in Verbindung mit den Unter- ansprüchen. Im einzelnen zeigen:
FIG 1 eine erfindungsgemasse Begrenzung der Einstellgeschwindigkeit des Walzspaltes bei hydraulischer Walzspaltregelung,
FIG 2 eine erfindungsgemasse Begrenzung der Einstellgeschwindigkeit des Walzspaltes bei motorischer Walzspaltregelung,
FIG 3 ein Schema zur Definition der Zugehörigkeitsfunktion,
FIG 4 das Prinzip einer hydraulischen Walzspaltregelung,
FIG 5 das Prinzip einer motorischen Walzspaltregelung.
FIG 1 und FIG 2 zeigen zwei zweckmässige Ausführungsbeispiele für die Begrenzung der Zwi- schengrösse bei einer hydraulischen Walzspaltregelung (HGC) und einer motorischen Walzspaltre- gelung (MGC) Im letzteren Fall muss separat ein entsprechender Eingriff bei der Dickenregelung erfolgen.
In FIG 1 und 2 bezeichnen Bezugszeichen 1,2,3,4,5 und 6 Zugehörigkeitsfunktionen, Bezugs- zeichen 7,8 und 9 Walzgerüste x1,x und x+1 einer mehrgerüstigen Walzstrasse, Bezugszeichen 10 und 11 Minimumbildner und Bezugszeichen 12 und 13 Multiplikationspunkte. Die Zugehörigkeits- funktionen 1,2,3,4,5 und 6 sowie die Minimumbildner 10,11 sind Bestandteil eines Fuzzy-Systems zur Bildung von Verkleinerungsfaktoren kauf und kzu für die Geschwindigkeitsbegrenzung beim Vergrössern und beim Verkleinern des Walzspaltes. Zwischen den Walzgerüsten 7,8,9 sind Schlin- genheber 20 und 21 angeordnet, die im Walzband 22 einen vorbestimmten Zug aufrechterhalten.
Je nach Bedingung in der Walzstrasse wird der Bandvorrat s, der dem Anstellwinkel des Schlingen- hebers äquivalent ist, vergrössert oder verkleinert. In FIG 1 und 2 bezeichnet dabei sx-1 den Band- vorrat zwischen Walzgerüst 7 und 8, d. h. vor Walzgerüst x und Sx den Bandvorrat zwischen Walz- gerüst 8 und 9, d. h. hinter Walzgerüst x. s#x-1 bezeichnet den Sollbandvorrat zwischen Walzgerüst 7 und Walzgerüst 8 und s#x den Sollbandvorrat zwischen Walzgerüst 8 und Walzgerüst 9. Gemäss
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weichung für die Regelung der Schlingenheber 20 und 21 verwendet werden. Ferner geht die Differenz ¯Sx-1 in die Zugehörigkeitsfunktionen 1 und 2 und die Differenz ¯Sx in die Zugehörigkeits- funktionen 3 und 4 ein.
Ausgangsgrössen der Zugehörigkeitsfunktionen sind die Zugehörigkeiten m1,m2,m3,m4. Ferner werden mittels der Zugehörigkeitsfunktionen 5 und 6 Zugehörigkeiten m, und mF aus dem Anker- strom des Hauptantriebs lA,xund der Walzkraft Fw,x am Walzgerüst x gebildet. Die Zugehongkeiten m1, mF, m2 und m3 werden dem Minimumbildner 10 und die Zugehörigkeiten m1 und m4 dem Mini- mumbildner 11 zugeführt Die Minimumbildner 10 und 11 wirken als Defuzzifizierer.
Die Zugehörigkeitsfunktion 6, mit der die Walzkraft Fw,x eingeht, stellt dabei eine optionale zu- sätzliche Erweiterung dar. Auf diese Weise kann die Funktion des Überlastschutzes besonders vorteilhaft implementiert werden.
Die Zugehörigkeitsfunktion 5, mit der der Hauptantriebsstrom iA,x eingeht, stellt ebenfalls eine optionale Erweiterung dar. Durch Einbeziehung dieser Zugehörigkeitsfunktion 5 kann insbesondere die bei Grenzabmessungen im Hinblick auf Erreichung von Hauptantriebsstromgrenzen regelmässig uber Anstellungs-Handeingriffe vorgenommene Lastumverteilung zwischen aufeinanderfolgenden Gerüsten automatisch abgesichert werden.
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Ausgangsgrössen der Fuzzy Logik und somit der Minimumbildner 10 und 11, sind zwei Verklei- nerungsfaktoren kauf und kzu, die kleiner gleich Eins sind und mit denen eine obere und eine untere veränderliche Begrenzung, die auf eine auf die Dickenänderungsgeschwindigkeit normierte, die Stellgeschwindigkeit des Anstellungssystems beeinflussende Zwischengrösse wirken, nach Mass- gabe von rückkopplungsbasierten Worst-Case-Betrachtungen so eingestellt werden, dass die Zwischengrösse im Sinne von flankierenden Massnahmen an die von der Schlingenregelung offen- sichtlich noch zu verkraftenden Massenflussveränderungen angepasst wird. Eine derartige, die Stellgeschwindigkeit des Anstellsystems beeinflussende Zwischengrösse kann z.
B. der AGC- Zusatzsollwert hB beim zweischleifigen AGC oder der AGC-Zusatzsollwert dsH,A für das HGC sein, wie in der Kernstruktur 15 im HGC in FIG 1 gezeigt. Die Stellgeschwindigkeit des Anstell- systems beeinflussende Zusatzgrösse kann z.B auch die äquivalente Dickenregelabweichung ¯h sein, wie in der Kernstruktur 14 im MGC in FIG 2 gezeigt.
Die Grundüberlegung bei der Auslegung der Zugehörigkeitsfunktionen ist, dass die Wirkungs- richtung von Anstellungsänderungen auf die Bandvorräte der benachbarten Schlingen je nach Vorzeichen der Bandvorratsregelabweichung eine verbessernde oder eine verschlechternde Ten- denz haben kann. Im Falle von verbessernder Tendenz besteht kein Anlass für einen Eingriff ; Sicht derjenigen Schlinge kann der Verkleinerungsfaktor dann auf Eins, d. h. ohne Wirkung, blei- ben. Bei verschlechternder Tendenz wird die augenblicklich erlaubte Verfahrgeschwindigkeit in der entsprechenden Richtung zurückgenommen. Dies heisst jedoch nicht, dass die Begrenzung dabei auch erreicht wird, da AGC und Dickenregelung zunächst einmal unabhängig von diesem Eingriff arbeiten.
Insofern stellt die schlingengesteuerte Dynamikbegrenzung mittels der Grenzen, also der Verkleinerungsfaktoren Kauf und Kzu nur eine flankierende Massnahme dar. Durch das Zurückneh- men der Verfahrgeschwindigkeit wird der dies veranlassenden Schlinge die Voraussetzung zur schnellen Bandvorratskorrektur verschafft.
FIG 3 zeigt ein mögliches und vorteilhaftes Verfahren zur Definition der Zugehörigkeitsfunktio- nen aus FIG.1 und FIG 2. Dabei gelten in FIG 3 folgende Indizes: u = unten (Schlinge zu tief) As > 0 o = oben (Schlinge zu hoch) As < 0 ¯s = Bandvorratsregelabweichung As = S*x - Sx
Der maximale Wert für ein positives As ist s*, weil der Minimalwert für s Null ist (Band stramm in Passline, d. h. Null Vorrat).
Negative Werte von As können deutlich höhere Beträge als s* erreichen, so dass hier die Krite- rien der flankierenden Massnahmen weniger streng sein müssen. Deswegen ist die Zugehörigkeits- funktion nach links ausladender. D. h. der Nulldurchgang der Schräge ist nicht auf maximal s* beschränkt, sondern kann, wie im Bild angenommen, z B bis (-2)' s* herausgezogen werden
Nulldurchgänge für den speziellen eckigen Ansatz sind:
As > 0: fu s*, 0,5# fu # 1,0
As < 0 : -fo's*, 0,5 # fo # 2,0
Der Ordinatenschnittpunkt liegt jeweils bei 1.0.
Die Geradengleichungen für die abschnittsweise Programmierung der Fuzzy-Logik lauten so- mit :
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FIG 4 zeigt das Prinzip einer hydraulischen Walzspaltregelung zur Einstellung eines Walzspal- tes h in einem Walzgerüst 31. Dabei wird die Walzkraft F erst gemessen und dann einer Last- walzspaltstörungs-Kompensationsschaltung 30 (AGC) zugeführt. Ausgangsgrösse dieser Schaltung
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lung ermittelten Zusatzsollwert für den Walzspalt ds und dem Anstellpositons-Grundsollwert SH,O ist Eingangsgrösse für einen HGC Lageregelkreis 32, der die Anstellposition SH für das Walzgerust 31 einstellt. Neben der Begrenzung des Zuwachses bzw. der Änderungsgeschwindigkeit des AGC- Zusatzsollwertes gemäss FIG 1 können auch die Zuwächse bzw. die Änderungsgeschwindigkeiten
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FIG 5 zeigt schematisch eine motorische Walzspaltregelung zur Einstellung des Walzspaltes h in einem Walzgerüst 34. Dabei wird die Walzkraft F im Walzgerüst 34 gemessen und zusammen mit dem Anstellpositions-Grundsollwert SM,O und einem von einer Banddickenregelung ermittelten Zusatzsollwert dSDfür den Walzspalt h einer motorischen Walzspaltregelung 33 zugeführt. Aus- gangsgrösse der motorischen Walzspaltregelung 33 ist ein Anstellgeschwindigkeitssollwert SM, der Eingangsgrösse eines geregelten Motors 35 ist Ausgangsgrösse des geregelten Motors ist eine Anstellposition SM-
PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zur dynamischen Einstellung des Walzspaltes bei einem Walzgerüst einer mehr- gerüstigen Walzstrasse zum Walzen eines Bandes, wobei ein Bandvorrat, d. h. eine Schlin- ge, zwischen zwei Walzgerüsten durch eine Schlingen- bzw.
Bandvorratsregelung einge- stellt bzw. begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Dynamik der Einstellung des
Walzspaltes jedes einzelnen Walzgerüstes in Abhängigkeit von Zustandsgrössen der
Schlingen- bzw. Bandvorratsregelung begrenzt wird.