DE10041181A1 - Mehrgrößen-Planheitsregelungssystem - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Messen und/oder Regeln der Planheit beim Walzen, bei dem die Planheitsfehler in unabhängige Komponenten zerlegt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen und/oder Regeln der Planheit von Bändern beim Walzen.

Beim Walzen von Bändern stellt es ein besonderes Problem dar, eine optimale Planheit und Form des Bandes zu erhalten. Dazu ist es vorteil­ haft, daß das Vorband bereits weitgehend das vorgesehene Bandprofil besitzt und zentrisch in die Fertigstraße einläuft. Des weiteren sollten die Stichabnahmen in den einzelnen Gerüsten so erfolgen, daß in allen Ge­ rüsten eine jeweils gleichmäßige Bandlängung über die gesamte Band­ breite erhalten wird. Darüber hinaus wird eine Verringerung der Band­ länge (im Fertigprodukt) angestrebt, deren Planheit innerhalb der Tole­ ranz liegt. Dies gilt insbesondere für den Bandkopf und Bandfuß.

Dazu ist es bekannt, die Längenverteilung des gewalzten Blechs mittels eines Planheitsmeßsystems zu ermitteln. Die verschiedenen Arten von Fehlern - z. B. Mittenwellen, Randwellen, Viertelwellen oder Unplanheiten höherer Ordnung - werden durch eine mathematische Analyse der ge­ messenen Längenverteilung bestimmt, um gezielt die geeigneten Stell­ glieder zur Fehlerkorrektur einzusetzen.

Die Darstellung der Längenverteilung erfolgt mit Hilfe eines üblichen Po­ lynoms:

p(x) = a₀ + a₁x + a₂x² + a₃x³ + a₄x⁴

Dabei werden durch die Koeffizenten a₁ und a₃ einseitige Randwellen an der linken oder rechten Seite des Bandes beschrieben. Die Koeffizienten a₂ und a₄ beschreiben entweder symmetrische Mittenwellen oder sym­ metrische Randwellen an der linken und rechten Seite des Bandes. Die Koeffizenten a₁ und a₃ bzw. a₂ und a₄ enthalten somit gemeinsame In­ formationskomponenten.

Bisher werden zumindest in den meisten praktischen Realisierungen zur Planheitsregelung primär die Koeffizienten (nachfolgend auch Kompo­ nenten) a₁ und a₂ benutzt.

Für das Regeln der Planheit an der Fertigstaffel werden meist die Stell­ größen der Arbeitswalzenbiegung zur Ausregelung der Komponenten a₂ und a₄ sowie die hydraulischen Anstellungen an der Bediener- und An­ triebsseite (Schwenken) zur Beseitigung der Fehlerkomponenten a₁ und a₃ genutzt. Zum Zwecke der Regelung werden also für das Schwenken die Koeffienzten a₁ und a₃ und für das Biegen die Koeffiezenten a₂ und a₄ als Regelgröße verwendet.

Bei einigen Walzgerüsten dient die Axialverschiebung der Arbeitswalzen vorrangig zur Voreinstellung der Walzspaltkontur und nur fallweise inner­ halb des Regelkreises in Kombination mit der Biegung zur Korrektur der Viertelwellen. Schließlich kann die selektive Mehrzonenkühlung der Ar­ beitswalzen die Korrektur der Planheitsfehler höherer Ordnung ermögli­ chen. Eine derartige Regelung ist beispielsweise aus der deutschen Pa­ tentanmeldung 197 58 466 bekannt.

Dabei werden jeweils um eine durch eine Setup-Berechung vorgegebene Einstellung der Walzkraft und der Biegekraft die Stellgrößen berechnet. Als Regler kommen bekannte PI-Regler zum Einsatz, die allerdings die Totzeiten der Strecke nicht explizit berücksichtigen können. Folglich muß eine schwache Einstellung der Reglerverstärkungen, insbesondere des I- Anteils, vorgenommen werden, um Instabilitäten des Regelkreises zu vermeiden.

Dieses Regelungssystem kann den steigenden Qualitätsanforderungen an die Planheit nicht gerecht werden, da die Planheitsregelung erst nach relativ großer Zeit ihre Sollkurve erreicht. Das hat zur Folge, daß zu­ nächst eine große Bandlänge in Kauf genommen werden muß, deren Planheit außerhalb der Toleranz liegt. Oftmals wird jedoch die Sollkurve gar nicht, sondern nur in Annäherung erreicht, so daß große Rand- bzw. Mittenwellen entstehen können.

Des weiteren ist es nachteilig, daß sich die Kompenten a₀, a₁, a₂, a₃ und a₄ gegenseitig beeinflussen und die Totzeiten nicht berücksichtigt, d. h. nicht kompensiert werden. Darüber hinaus werden die Stellglieder-Cha­ rakteristika (Einflußfunktionen) nur einmal pro Band berechnet und kon­ stant angenommen, da zur Berechnung iterative Modellgleichungen ver­ wendet werden.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereit­ zustellen, daß das Messen und/oder Regeln der Planheit eines Bandes beim Walzen zuverlässig ermöglicht. Des weiteren soll eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bereitgestellt werden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1. Vorteil­ hafte Weiterentwicklungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der Erfindung liegt dabei der Gedanke zugrunde, die Planheitsregelung nach dem Stand der Technik durch ein orthogonales modellgestütztes Mehrgrößen-Planheits-Regelungssystem mit Erfassung der Planheit und deren Zerlegung in orthogonale Komponenten zu verbessern.

Vorteilhafterweise können die Komponenten mit Werten verglichen wer­ den, die ein online-fähiges Modell der Anlage liefert. Die resultierende Differenz kann als Regelgröße dienen und anschließend mit der in unab­ hängige Komponenten zerlegten Sollplanheitskurve verglichen werden.

Die resultierende Regeldifferenz kann über eine optimale Entkopplung einem Mehrgrößenregler zugeführt werden.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es besonders vorteilhaft, daß die Totzeit durch den Internal Model Control (IMC) Ansatz berücksichtigt werden kann. Dadurch kann die Ausregelzeit verkürzt und die Bandlänge verringert werden, die außerhalb des Toleranzbereichs liegt.

Durch das Zerlegen der Planheitsmeßwerte in unabhängige Komponen­ ten können des weiteren die jeweiligen Planheitsfehler eindeutig identifi­ ziert werden, wodurch eine deutliche Verbesserung der Regelgüte er­ möglicht wird.

Ebenso stellt es einen Vorteil dar, daß die Anzahl und die Form der erfor­ derlichen Stellgrößen bestimmt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht des weiteren die Berück­ sichtigung der Änderung der Walzkraft, der thermischen Bombierung und der einlaufenden Bandeigenschaften zu jedem Zeitschritt durch eine Störgrößenaufschaltung.

Darüber hinaus hat es den Vorteil, daß es eine explizite online-Berück­ sichtigung der Nichtlinearitäten der Anlage durch ein parallel zur Strecke liegendes online-fähiges Modell der Anlage ermöglicht.

In einer vorteilhaften Ausführungsform umfaßt das erfindungsgemäße Mehrgrößen-Planheitsregelungssystem folgende Schritte:

• - Erfassung der Planheit des Bandes mit einem Meßsystem,
• - Zerlegen der Planheitsfehler (Längenverteilung) in orthogonale Kom­ ponenten,
• - einem expliziten online-fähigen Modell, das Sollwerte für die Plan­ heitsregelung berechnet,
• - einen Mehrgrößenregler für die Regelung der Planheit des Bandes
• - sowie einer Störgrößenaufschaltung, die die Eigenschaften des ein­ laufenden Bandes, die Variation von Walzkraft und thermischer Bom­ bierung berücksichtigt.

Das Zerlegen der Komponenten kann vorteilhafterweise mit orthogonalen Polynomen, beispielsweise mit Hilfe von Chebyshewpolynomen oder Gram-Polynomen erfolgen, wie sie in W. H. Press, S. A. Teukolsky, W. T. Vetterling, B. P. Flannery: Numerical Recipies in C, Cambridge University Press (1992) oder A. Ralston, P. Rabinowitz: A first course in numerical analysis, International series in pure applied mathematics, McGraw-Hill (1978) beschrieben sind.

Die Planheit des auslaufenden Bleches kann durch Biegen, Schwenken und Axialverschiebung der Walzen sowie durch selektive Mehrzonen­ kühlung beeinflußt werden. Die einzelnen Stellgrößen können mit Hilfe eines Mehrgrößenreglers aus oben beschriebener Regeldifferenz be­ stimmt werden. Dabei kann der Einfluß der Walzkraft, der einlaufenden Bandeigenschaften und der thermischen Bombierung durch eine Störgrö­ ßenaufschaltung kompensiert werden.

In den nachfolgenden Abbildungen zeigen:

Fig. 1 eine Planheitsregelung nach dem Stand der Technik und

Fig. 2 das erfindungsgemäße Verfahren mit Zerlegung der gemessenen Planheit in orthgonale Komponenten und eine Störgrößenauf­ schaltung.

Claims (12)

1. Verfahren zum Messen und/oder Regeln der Planheit eines Ban­ des beim Walzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte in unabhängige Komponenten zerlegt werden.

2. Verfahren zum Messen und/oder Regeln der Planheit eines Ban­ des beim Walzen umfassend folgende Schritte:

• - Erfassen von Meßwerten
• - Zerlegen der Meßwerte in unabhängige Komponenten und
• - Regeln von Stellgrößen.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Zerlegung der Meßwerte mit Hilfe orthogonaler Po­ lynome.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die unabhängigen Komponenten mit Sollwerten aus einem Sollwert-Planheitsmodell verglichen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Ermittlung einer Regeldifferenz zwischen Sollwerten und unabhängigen Kom­ ponenten.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Störgrößenaufschaltung.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Mehrgrößenreglers.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeldifferenz dem Mehrgrößenregler über eine Entkopplung zu­ geführt wird.

9. Vorrichtung zum Messen und/oder Regeln der Planheit eines Ban­ des beim Walzen mit
einem Meßsystem zum Erfassen der Planheitsabweichung (Meßwerte) und
einer Einheit zum Zerlegen der Meßwerte in unabhängige Komponenten.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Einheit zur Ermittlung einer Regeldifferenz.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 und 10, gekennzeichnet durch einen Mehrgrößenregler.

12. Planheitsregelungssystem mit
Erfassung der Planheit des Bandes mit einem Meßsystem,
Zerlegen der Planheitsfehler (Längenverteilung) in orthogo­ nale Komponenten,
einem expliziten online-fähigen Modell, das Sollwerte für die Planheitsregelung berechnet,
einen Mehrgrößenregler für die Regelung der Planheit des Bandes,
sowie einer Störgrößenaufschaltung, die die Eigenschaften des einlaufenden Bandes, die Variation von Walzkraft und thermischer Bombierung berücksichtigt.