DE10065351A1

DE10065351A1 - Kompensationssystem für periodische Stärkeabweichungen

Info

Publication number: DE10065351A1
Application number: DE10065351A
Authority: DE
Inventors: James Johnson; David Knapp; A J Johnson
Original assignee: TELEPRO Inc EINE GES NACH DEN
Current assignee: TELEPRO Inc EINE GES NACH DEN
Priority date: 1999-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2001-06-28
Also published as: GB2357860B; JP2001198612A; GB2357860A; GB0029702D0; US6263714B1

Abstract

Es wird ein Steuer/Regelsystem für ein Walzwerk geschaffen, das Bahnmaterial von einer Abwicklungshaspel einer Aufwicklungshaspel zuführt und zwischen zwei Arbeitswalzen hindurchführt. Das Steuer/Regelsystem enthält einen Geschwindigkeitssensor zum Erfassen der Geschwindigkeit des Bahnmaterials und einen Sensor zum Messen der Materialdicke. Eine Kraftsteuervorrichtung steuert die von den Arbeitswalzen auf das Bahnmaterial ausgeübte Kraft. Eine Zugsteuervorrichtung steuert den Zug an der Abwicklungshaspel. Eine programmierte Steuer/Regelvorrichtung ist mit dem Geschwindigkeitssensor, der Kraftsteuervorrichtung und der Zugsteuervorrichtung betätigungsverbunden und speichert Informationen, die zyklische Abweichungen der Dicke des Bahnmaterials darstellen, und steuert die Kraftsteuervorrichtung und die Zugsteuervorrichtung unter Verwendung der gespeicherten Informationen und der erfaßten Geschwindigkeit.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf Walzsysteme zum Reduzieren der Dicke eines Bandmaterials und insbesondere auf ein Kompensationssystem für periodische Stärkeabweichungen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Wenn ein Streifen eines Bandmaterials, wie z. B. ein Metall, eine Faserstoffbahn oder ein Film, in der Stärke oder Dicke reduziert werden muß, wird das Material normalerweise mittels eines Walzwerks verarbeitet. Das Walzwerk führt den Materialstreifen unter Druck zwischen zylindrischen Walzoberflächen hindurch. Im Idealfall erzeugt das Walzwerk eine Wicklung des Bandes mit einer geringeren und konstanten Stärke.

Ein typisches Einzelständer-Walzwerk führt das Material von einer Abwick lungshaspel einer Aufwicklungshaspel zu. Der Materialstreifen wird zwischen den Arbeitswalzen hindurchgeführt, auf die mittels Stützwalzen eingewirkt wird. Auf wenigstens eine der Stützwalzen wird eine Kraft ausgeübt. Typischerweise sind die Arbeitswalzen, die Stützwalzen und die Abwicklungs- und Aufwicklungshaspeln aus mehreren Gründen nicht perfekt zylindrisch, die z. B. Temperatureffekte, Abnutzung und mechanische Ungenauigkeiten umfassen. Folglich werden während des Walzens dem Metall periodische Abweichungen eingepreßt. Außerdem können durch eine frühere Verarbeitung den Materialbahnen zyklische Störungen eingepreßt worden sein. Periodische oder zyklische Störungen in der Stärke sind offensichtlich unerwünscht. Tatsächlich bilden sie die bedeutendste Komponente der Materialdickenabweichung in modernen Walzwerken. Diese Dickenabweichungen sind ein wichtiger Gesichtspunkt bei der Herstellung von Bahn-, Faserstoffbahn- und Filmmaterialien, wie z. B. Papier, Kunststoff und Metall.

Die Frequenzen der zyklischen Störungen sind eine Funktion der Drehfre quenzen und der zugehörigen Oberschwingungen der mechanischen Komponenten, die im Walzprozeß verwendet werden. Die Störungen schwanken typischerweise mit hohen Frequenzen bezüglich der Frequenz antwort herkömmlicher Stärkeregelungen. Dies macht es schwierig, deren Effekte mit Standard-Regelungstechniken zu eliminieren, die die gemessene Dicke verwenden. Eine bekannte Lösung tastet die Ausgangsdicke der Bahn in festen Winkelintervallen auf der Grundlage eines Signals ab, das von einem auf der Walzenachse montierten Codierer gelesen wird. Diese Technik synchronisiert die Abtastung mit der Winkelverschiebung der Walze, wodurch sichergestellt wird, daß die Phasenbeziehung zwischen der Störung, der Messung und der Regelung fest bleibt. Für jede Umdrehung der Walze wird die schnelle Fouriertransformation des Abtastsignals berechnet, um die Phase und die Größe der Stärkestörungen bei Frequenzen zu ermitteln, die ganzzahlige Vielfache der Walzendrehzahl sind. Diese Frequenzen sind festgelegt und es werden nur diese Frequenzen verfolgt. Aus diesen Informationen wird ein Ausgangssignal zum Steuern der Walzentrennkraft oder des Arbeitswalzenspalts berechnet, um die Exzentrizitätsstörung zu korrigieren. Eine solche Lösung erfordert jedoch die Montage und kontinuierliche Einstellung von Codierern an den Walzen. Außerdem vernachlässigen diese Systeme zyklische Störungen des ankommenden Materials. Ferner korrigiert diese Lösung nicht den Schlupf oder das Fließpressen, die im Prozeß auftreten, was dann zu Phasenverschiebungen führt. Dies kann bewirken, daß das Walzwerk das Problem verstärkt, statt das Problem zu korrigieren.

Die vorliegende Erfindung soll eines oder mehrere der obenbeschriebenen Probleme in neuartiger und einfacher Weise lösen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der Erfindung wird ein Walzwerk-Steuer/Regelsystem geschaffen, das zyklische Störungen einer Bahn oder einer Faserstoffbahn entfernt oder eliminiert durch Anwenden digitaler Signalverarbeitungstechniken, um Kurz- und Langzeitwerte von Frequenzen, Amplituden und Phasenwinkeln der Störungen zu identifizieren. Dieses System erfordert nicht die Verwendung von Winkelpositionscodierern an den Zielwalzen. Statt dessen beruht das Steuerungs/Regelungsschema auf der Materialgeschwindigkeit durch das Walzwerk. Die Informationen über zyklische Störungen werden verarbeitet, um einen Satz von Kompensationssteuersignalen zu entwickeln, die dann, wenn sie Prozeßstellgliedern zugeführt werden, die Störungen des gelieferten Produkts deutlich abschwächen oder eliminieren.

Allgemein wird ein Steuer/Regelsystem für eine Walzwerk geschaffen, das Bahnmaterial von einer Abwicklungshaspel zu einer Aufwicklungshaspel liefert und es zwischen zwei Arbeitswalzen hindurchführt. Das Steuer/Regelsystem enthält einen Geschwindigkeitssensor zum Erfassen der Geschwindigkeit des Bahnmaterials. Eine Kraftsteuervorrichtung steuert die auf das Bahnmaterial mittels der Arbeitsrollen ausgeübte Kraft. Eine Zugsteuervorrichtung steuert den Zug an den Haspeln. Eine programmierte Steuer/Regelvorrichtung ist mit dem Geschwindigkeitssensor, der Kraftsteuervorrichtung und der Zugsteuervorrichtung betätigungsverbunden und speichert Informationen, die die zyklischen Abweichungen der Stärke des Bahnmaterials darstellen, und steuert die Kraftsteuervorrichtung und die Zugsteuervorrichtung unter Verwendung der gespeicherten Informationen und der erfaßten Geschwindigkeit.

Es ist ein Merkmal der Erfindung, daß die Kraftsteuervorrichtung so betrieben wird, daß sie Arbeitsspaltabweichungen korrigiert, die durch Störungen hervorgerufen werden, die im aktuellen Materialdurchlauf auftreten. Die Kraft- und Zugsteuervorrichtungen werden so betrieben, daß sie Abweichungen im ankommenden Material korrigieren.

Es ist ein weiteres Merkmal der Erfindung, daß ein Dickenmeßgerät mit der programmierten Steuer/Regelvorrichtung verbunden ist, um die Dicke des Bahnmaterials zu erfassen, wobei die programmierte Steuer/Regelvorrichtung die gespeicherten Informationen erzeugt, die von der erfaßten Dicke abhängig sind. Die programmierte Steuer/Regelvorrichtung verwendet Zeitserien der erfaßten Dicke, um zyklische Abweichungen zu erfassen.

Es ist ein weiteres Merkmal der Erfindung, daß die programmierte Steuer/Regelvorrichtung die Frequenz, die Amplitude und die Phasenänderungen der zyklischen Abweichungen erfaßt und die Steuerung/Regelung der Kraftsteuervorrichtung und der Zugsteuervorrichtung in Reaktion auf die erfaßte Frequenz, Amplitude und Phasenänderungen anpaßt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich anhand der Beschreibung und der Zeichnungen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein verallgemeinertes Blockschaltbild, das ein Kompensationssy stem für periodische Stärkeabweichungen gemäß der Erfindung zeigt, das mit einem Einzelständerwalzwerk verwendet wird; und

Fig. 2A und 2B zeigen ein Flußdiagramm, das ein Steuerschema zum Betreiben des Walzwerks der Fig. 1 zeigt.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Wie in Fig. 1 gezeigt, enthält ein Einzelständerwalzwerk 10 ein Kompensationssystem für periodische Stärkeabweichungen 11 gemäß der Erfindung. Das Walzwerk 10 enthält einen Streifenabwickler oder eine Abwicklungshaspel 12, die eine Wicklung des Bahnmaterials 14 hält. Das Bahnmaterial 14 wird durch einen Walzwerkständer 16 einem Streifenaufwickler oder einer Aufwicklungshaspel 18 zugeführt. Der Walzwerkständer 16 enthält erste und zweite Arbeitswalzen 20 und 22 auf gegenüberliegenden Seiten des Bahnmaterials 14. Der jeweiligen ersten und zweiten Arbeitswalze 20 und 22 bezüglich des Bahnmaterials 14 gegenüberliegend befinden sich entsprechende eine erste und eine zweite Stützwalze 24 und 26.

Der Einfachheit und des leichteren Verständnisses wegen ist hier eine Einzelständerwalzwerk gezeigt und beschrieben. Die Merkmale der Erfin dung können jedoch auch für Mehrständerwalzwerke sowie für andere Einzel- und Mehrständer-Verarbeitungstechniken verwendet werden. Ferner kann die Erfindung auf Stapel mit mehr oder weniger als insgesamt vier Walzen angewendet werden, z. B. 6-Hochstapel.

Der zweiten Stützwalze 26 ist operativ eine Lastzelle 28 zugeordnet, um eine Kraftmessung durchzuführen. Ein Spalt/Kraft-Stellglied 30 wirkt auf die erste Stützwalze 24 ein, um den Spalt zwischen den Arbeitswalzen 20 und 22 einzustellen und die Stärke des Bahnmaterials 14 einzustellen. Das Spalt/Kraft-Stellglied 30 wird von einer Walzenspalt/Kraft-Steuervorrichtung 32 gesteuert, die von einem Steuercomputer 34 betätigt wird. Der Steuer computer 34 empfängt die Kraftmessung von der Lastzelle 28. Ferner ist mit dem Steuercomputer 34 ein Tachometer oder eine andere Geschwindigkeiterfassungsvorrichtung 36 verbunden, die die Geschwindigkeit des Bahnmaterials 14 hinter dem Walzständer 16 erfaßt, sowie eine Dickenmeßvorrichtung 38, die ebenfalls hinter dem Walzwerkständer 16 angeordnet ist. Zusätzliche Eingangssignale für den Steuercomputer 34 beziehen sich auf Anlagenparameter, die durch einen Block 40 dargestellt werden, sowie Materialparameter, die durch einen Block 42 dargestellt werden. Diese Parameter können heruntergeladene Softwarewerte sein oder von einem Operator von Hand eingegeben und im Speicher gespeichert werden. Der Steuercomputer 34 umfaßt einen Mikroprozessor oder einen Digitalsignalprozessor oder dergleichen, der die Steuerprogramme implementiert, die in einem zugehörigen Speicher gespeichert sind, in einer herkömmlichen Konfiguration, um die Kraftsteuervorrichtung 32 und eine Abwicklungsmotordrehmoment- Steuervorrichtung 44 zu steuern, die das Drehmoment am Streifenabwickler 12 steuert. Obwohl nicht gezeigt, kann die Drehmoment steuervorrichtung 44 zusätzlich oder alternativ das Drehmoment an der Aufwicklungshaspel 18 steuern. Der Steuercomputer verwendet die Ge schwindigkeits-, Dicke- und Krafteingangssignale zusammen mit den Anla gen- und Technikparametern, um Ausgangssteuersignale für die Steuervor richtungen 32 und 44 zu entwickeln, um Störungen des gelieferten Bahnmaterials 14 abzuschwächen oder zu eliminieren.

Es ist klar, daß das Steuer/Regelsystem 11 nicht die Verwendung von Codierern am Walzwerkständer 16 oder anderen Materialhandhabungsanlagen erfordert, um Winkelpositionen zu ermitteln. Die zum Schätzen der Frequenz, der Amplitude und des Phasenwinkels der Exzentrizitätsstörungen verwendeten Messungen werden in Intervallen auf der Grundlage der Materialgeschwindigkeit aufgenommen, statt in festen Zeitintervallen oder auf der Grundlage von Codiererausgangssignalen, wie in früheren Systemen. Dies ermöglicht dem Steuer/Regelsystem 11, zyklische Störungen zu schätzen, die sich nicht auf Geschwindigkeitsänderungen im Prozeß beziehen. Als Ergebnis verfolgt das Steuer/Regelsystem 11 zyklische Störungen und sorgt für die Exzentrizitätskompensation bei Bahngeschwindigkeitsänderungen, sowie bei einem stationären Betrieb.

Genauer isoliert das Steuer/Regelsystem 11 alle zyklischen Störungen und identifiziert diese, die im Bahnmaterial 14 aufgeprägt sind. Diese Störungen können auf Schwankungen im ankommenden Produkt beruhen und/oder von der aktuellen Verarbeitung hinzugefügt werden. Das Steuer/Regelsystem 11 verwendet sowohl aktuelle Messungen der zyklischen Störungen, sowie Dickenabweichungs- und Kraftsignale und vorangehende Korrekturausgangssignale, um Schätzwerte der theoretisch unkorrigierten Materialabweichungen zu berechnen und zukünftige Korrekturausgangssignale zu ermitteln. Diese Signale werden in Kombination verwendet, um die Frequenz, die Amplitude und die Phase der Steuersignale zu verbessern und die Exzentrizitätsstörungen zu eliminieren. Das Steuer/Regelsystem 11 arbeitet in einem Lernmodus, der eine automatische Berechnung der verschiedenen Parameter bietet, ein schließlich der Materialtransportverzögerung, des Störungsphasenwinkels und der Empfindlichkeitsfaktoren als Funktion der Materialgeschwindigkeit. Dies erlaubt dem System, sich automatisch selbst zu kalibrieren.

Obwohl das offenbarte System in Verbindung mit einem Metallblechmaterial verwendet wird, kann das Steuer/Regelsystem 11 auch verwendet werden, um zyklische Störungen bei der Papierbahn- und Kunststoffilmproduktion zu eliminieren. Das Steuer/Regelsystem 11 kann ferner verwendet werden, um die Frequenz, die Amplitude und/oder die Phasenkomponenten zyklischer Störungen während der Produktion für Diagnosezwecke zu identifizieren.

Das Steuer/Regelsystem 11 isoliert alle zyklischen Störungen, die der Materialbahn 14 aufgeprägt sind. Das Steuer/Regelsystem 11 kann diejenigen Störungen, die von der ankommenden Bahn stammen, von denjenigen unterscheiden, die von der Walzanlage hinzugefügt werden. Es erlaubt ferner die Auswahl, welche der zyklischen Störungen eliminiert werden sollen. Es können unterschiedliche Korrekturalgorithmen verwendet werden, um Abweichungen des ankommenden Produkts gegenüber denjenigen, die in der Walzanlage entstehen, zu korrigieren.

Die Frequenzen, Amplituden und Winkelpositionen, d. h. Phasenwinkel, der zyklischen Störungen werden ermittelt anhand der direkten Messung der zyklischen Störungen in der Bahn, die von der Dickenmeßvorrichtung 38 gemessen werden, und der Geschwindigkeit des Prozesses, die vom Tachometer 36 gemessen wird. Der Steuercomputer 34 ermittelt die Fre quenzen, Amplituden und Winkelpositionen dieser Störungen. Diese Infor mationen werden verwendet, um Störungen vorherzusagen, die erwartungsgemäß der Bahn 14 aufgeprägt werden, wenn keine Korrekturen vorgenommen werden. Der Steuercomputer 34 liefert Signale an die Kraft- Steuervorrichtung 32 und die Drehmomentsteuervorrichtung 44, um zukünftige Stärkeabweichungen zu eliminieren. Eine kontinuierliche Messung der zyklischen Störungen wird in Kombination mit den berechneten Ausgangskorrektursignalen verwendet, um sicherzustellen, daß geeignete Korrektursignale kontinuierlich berechnet werden und dem Walzkompensationssystem zugeführt werden. Dies schließt die konstante Phasenwinkeleinstellung der Korrektursignale bezüglich der betreffenden Störungen ein, so daß die Notwendigkeit von Winkelpositionscodierern an den mechanischen Komponenten eliminiert wird.

In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung liefert der Steuercomputer 34 Steuersignale für zwei Steuervorrichtungen, nämlich die Kraftsteuervorrichtung 32 und die Drehmomentsteuervorrichtung 44. Gemäß der Erfindung kann der Steuercomputer 34 verwendet werden, um zusätzliche Steuersignale zu entwickeln, falls erforderlich oder gewünscht, wie z. B. für eine Abwicklungsdrehmomentsteuervorrichtung, wie im folgenden genauer beschrieben wird.

Vor der Verarbeitung einer Wicklung des Materials 14 mit einem gegebenen Werk sind mehrere mechanische Abmessungen und andere Parameter, die dem gewalzten Produkt zugeordnet sind, sowie die Prozeßanlage selbst bekannt. Diese Parameter können folgendes umfassen:
Durchmesser der Arbeits- und Stützwalzen,
Durchmesser der Bahnablenkwalzen, Verankerungswalzen usw.,
Durchmesser der Abwicklungs- und Aufwicklungshaspeln,
Abstand von der Abwicklungshaspel zum Walzenangriff,
Abstand vom Walzenangriff zur Dickenmeßvorrichtung,
Abstand vom Walzenangriff zur Aufwicklungshaspel,
Abwicklungs-, Aufwicklungs- und Hauptständer- Antriebübersetzungsverhältnisse,
dynamische Antworteigenschaften verschiedener Sensoren und Stellglieder,
festgelegte Materialeintritts- und Austrittsdicke (nominal),
Anfangsdurchmesser der Abwicklungsspule,
Nenn-Streifen breite,
festgelegte Eintritts- und Austrittsstreifenzugspannungen (nominal), und
Materialhärte (Fließspannung).

Ein Operator wählt aus, welche potentiellen zyklischen Störungen das Ziel der Kompensation sind. Diese Auswahl kann getroffen werden unter Ver wendung einer Technikbeurteilung, einer Produktionshistorie, der lokalen Betriebspraxis und dergleichen.

Die obenbeschriebenen Parameter werden sowohl vor als auch während des Walzens verwendet, um Abtastraten für gemessene Störsignale zu ermitteln, wie z. B. die Lieferdickenstörung und/oder die Walzentrennkraft. In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung werden die Abtastraten ausgedrückt durch Abtastungen pro Einheitsbahnlänge. Die Parameter werden ferner verwendet, um Ist-Werte der erwarteten Frequenzen zu ermitteln, die jeder möglichen zyklischen Störungsquelle während der Walzoperation zugeordnet sind. Diese Quellen umfassen die einzelnen Arbeitswalzen 20 und 22, die Stützwalzen 24 und 26, die Abwicklungsspule 12 und die Aufwicklungsspule 18, die Ablenkwalzen, das ankommende Material und dergleichen. Die Parameter werden ferner verwendet, um Materialtransportverzögerungen von der Abwicklung zum Walzenangriff, vom Walzenangriff zur Dickenmeßvorrichtung und vom Walzenangriff zur Aufwicklung zu ermitteln. Schließlich können die Parameter verwendet werden, um Phasenverzögerungen zwischen Stellgliedbewegungen und gemessenen Störungen zu ermitteln.

Während des Walzens werden die Bahndickenabweichung, die Walzkraft schwankungen und andere Prozeßgrößen abgetastet. Die Abtastfrequenz ist konstant eingestellt als Funktion der Materialgeschwindigkeit, um Messungen zu liefern, die festen Längenintervallen längs des Bahnmaterials 14 zugeordnet sind. Wenn somit die Bahngeschwindigkeit zunimmt, steigt die Abtastfrequenz in Abtastungen pro Sekunde an, obwohl die Anzahl der Abtastungen pro Wegstrecke längs des Bahnmaterials 14 gleich bleibt. Das Steuer/Regelsystem 11 verfolgt die betrachteten Störungsquellen, wie z. B. eine einzelne Walze oder eine Haspel, unter Verwendung der vorhergesagten Frequenz der zyklischen Schwingungen, die diese erzeugt.

Der Abtastprozeß, der die erfaßten Parameter verwendet, erzeugt eine diskrete Zeitserie. Diese Zeitserie wird in Verbindung mit den vergangenen Steuerungsausgangssignalen von spezialisierten digitalen Filtern im Steuer computer 34 verarbeitet, um Schätzwerte für die Frequenzen aller zyklischen Störungen in den Messungen zu extrahieren. Das Wissen, daß das Signal nur aus einem diskreten Satz von sinusförmigen Signalen besteht, die durch weißes Rauschen gestört sind, verbessert die Genauigkeit und die Auflösung der Frequenzschätzungen. Ferner sind die identifizierten Frequenzen nicht unbedingt fest, sondern können sich im Verlauf der Verarbeitung einer einzelnen Bahn 14 verschieben. Die im Steuercomputer 34 implementierten Algorithmen können alle diese Frequenzen verfolgen, wenn sie sich verändern, und aktualisieren kontinuierlich die Schätzwerte ihrer jeweiligen Phasen und Amplituden auf der Grundlage früherer Werte und der aktuellen Eingangssignale.

Für jede Störfrequenz, die für eine Kompensation betrachtet wird, wird vom Steuercomputer 34 eine Steuermaßnahme berechnet. Dieser Prozeß umfaßt das Erzeugen eines Korrektursignals mit der Störfrequenz, das korrekt an die Amplitude und den Phasenwinkel der Störung angepaßt ist. Diese Anpassung berücksichtigt Materialeigenschaften, Walzwerkbetriebsbedingungen, Materialtransportverzögerungen und die dynamischen Eigenschaften der erfaßten Parameter und der Stellglieder. Schließlich werden die einzelnen Korrektursteuermaßnahmen für alle betrachteten Frequenzen kombiniert, um ein einzelnes Fehlerkorrektursteuersignal für jede Stellgliedsteuervorrichtung zu erzeugen. Die Korrekturen für alle Frequenzen werden praktisch an den einzelnen Stellgliedsteuervorrichtungen überlagert.

Zyklische Ausgangsdickenstörungen, die von den vorangehenden Verarbei tungswegen stammen, werden typischerweise verursacht durch Walzspalt schwankungen aufgrund von Walzen- und Lagerexzentrizitäten. Diese Störungen werden am effektivsten korrigiert, indem nur das Walzen spalt/Kraft-Stellglied 30 verändert wird. Somit werden Spaltschwankungen an ihrer Quelle durch entsprechende Spaltstellgliedbewegungen korrigiert. Ausgangsdickenstörungen, die vom ankommenden Material stammen, werden am effektivsten korrigiert durch gleichzeitige Spalt- und Eingangs bahngeschwindigkeitsänderungen. Die Eingangsbahngeschwindigkeit beeinflußt die Ausgangsdicke aufgrund der Tatsache, daß der Massefluß des Materials durch eine Walzwerk (Masse pro Zeiteinheit) bewahrt werden muß. Das heißt, die Masseflußrate am Walzwerkausgang muß mit derjenigen am Walzwerkeingang übereinstimmen und umgekehrt, da im Walzprozeß weder Masse erzeugt noch verbraucht wird. Um eine konstante Ausgangsdicke und Geschwindigkeit bei Vorhandensein von Eingangsdickenschwankungen aufrechtzuerhalten, muß die Eingangsbahngeschwindigkeit so verändert werden, daß am Walzwerkausgang ein konstanter Massefluß erhalten wird. Folglich wird die Steuer/Regelsystemleistung verbessert, wenn Störungen des ankommenden Materials korrigiert werden durch eine Kombination von Spalt- und Eingangsbahngeschwindigkeitsänderungen.

Die im Steuercomputer 34 implementierten Signalverarbeitungstechniken unterscheiden zwischen zyklischen Störungen, die vom ankommenden Material stammen, und denjenigen, die von den vorliegenden Verarbei tungswegen stammen. Dies ermöglicht, daß die am besten geeignete Korrekturstrategie für jede Störung verwendet werden kann.

Die Fig. 2A und 2B zeigen ein Flußdiagramm, das die Operation des Steuer/Regelsystems 11 darstellt. Einige der Schritte sind manuell implementiert, wie z. B. das Eingeben der obenbeschriebenen Parameter oder anderer im voraus berechneter Werte. Andere Schritte sind im Steuercomputer 34 automatisch implementiert, wie gezeigt ist.

Das Flußdiagramm enthält eine Serie von fünf Blöcken 50, 52, 54, 56 und 58, die die Eingänge für den Steuercomputer 34 darstellen und im wesentlichen denjenigen der Fig. 1 entsprechen. Der Block 50 stellt Technikauswahlangaben dar, die von einem Operator oder einem Produktionstechniker oder dergleichen eingegeben werden. Diese Auswahlangaben umfassen die maximale Anzahl von sinusförmigen Signalen, die verfolgt werden, die maximal mögliche Geschwindigkeit des Walzwerks, Steuerausgang-Verstärkungsfaktoren und andere Systemeinstellungen. Der Block 52 stellt die Walzwerkparameter dar. Diese Parameter umfassen physikalische Parameter des Walzwerkständers 16, der Abwicklungshaspel 12, der Aufwicklungshaspel 18 und aller anderen mechanischen Komponenten. Der Block 54 stellt das Geschwindigkeitssignal vom Tachometer 36 dar. Der Block 56 stellt das Dickenmeßsignal von der Dickenmeßvorrichtung 38 dar. Der Block 58 stellt das Kraftsignal von der Lastzelle 28 dar.

Die Walzwerkparameter vom Block 52 werden an einen Knoten B und an einen Block 60 angelegt. Der Block 60 empfängt ferner das Geschwindig keitssignal vom Block 54. Der Block 60 berechnet die Frequenzantwort der mechanischen Komponenten. Dies umfaßt die Berechnung der Amplituden antwort und der Phasenverzögerung jeder Komponente auf der Grundlage der aktuellen Geschwindigkeit. Genauer berechnet der Benutzer anfangs die theoretische Frequenzantwort als eine Funktion der Geschwindigkeit. Die aktuelle Frequenzantwort wird anschließend auf der Grundlage der erfaßten Geschwindigkeit angepaßt. Der Ausgang des Blocks 60 wird an einen Knoten D angelegt. Die Technikauswahlangaben im Block 50 werden an einen Knoten E und an einen Block 62 angelegt. Der Block 62 empfängt ferner die Walzwerkparameter vom Block 52. Der Block 62 berechnet die Abtastraten. Dies umfaßt die Festlegung der optimalen Abtastraten bei gegebenen Technik-Auswahlangaben 50 und Walzwerkparametern 52. Ein Block 64 empfängt die Abtastraten vom Block 62 und das Geschwindigkeitssignal vom Block 54, um Abtastanforderungen zu erzeugen. Dies erzeugt Abtastunterbrechungen für die berechneten Abtastraten auf der Grundlage der Walzwerkgeschwindigkeit. Der Ausgang des Blocks 64 wird an einen Knoten G und an einen Block 66 angelegt. Der Block 66 empfängt ferner das Stärkesignal 56 und das Kraftsignal 58. Der Block 66 sammelt Materialmeßwerte durch Lesen des Signals von der Dickenmeßvorrichtung 38 und der Lastzelle 28, um die aktuellen Werte aufzuzeichnen. Die aktuellen Werte werden einem Diskretserie-Pufferblock 68 zugeführt, um die Historie der gemessenen Ist-Abtastwerte aufzuzeichnen. Die Messungen werden ferner einem Block 70 zugeführt. Der Block 70 empfängt ferner ein Signal vom Knoten A, der im folgenden beschrieben wird, welches die Auswirkungen der Steuerausgangssignale darstellt. Der Block 70 schätzt die unkorrigierte Stärke und die Kraftabtastwerte bei gegebenen Ist-Ablesungen und den Schätzwerten dafür, welche Änderungen vorangehende Steuerausgangssignale an der Bahn 14 bewirkt haben. Das heißt, der Block 70 schätzt auch, welche Abtastwerte erhalten worden wären, wenn keine Walzwerksteuerung auf die Bahn 14 eingewirkt hätte. Der Ausgang des Blocks 70 wird einem Diskretserie-Pufferblock 72 zugeführt, der die Historie der geschätzten unkorrigierten Abtastwerte aufzeichnet.

Die gemessenen Abtastwerte vom Block 68 und die Historie der geschätzten unkorrigierten Abtastwerte vom Block 72 werden einem Digitalfilterblock 74 zugeführt. Der Digitalfilterblock 74 schätzt die zissoidförmigen Oberschwingungsfrequenzen. Die zissoidförmigen Frequenzen stellen komplexe sinusförmige Signale dar, wie bekannt ist. Das digitale Filter verwendet irgendeinen von mehreren bekannten Oberschwingungsfrequenz-Erfassungsalgorithmen. Ein Beispiel ist das Pisarenko-Verfahren, das einzelne Oberschwingungsfrequenzen schätzt, die in der Abtastserie vorhanden sind. Auf jede einzelne geschätzte Oberschwingungsfrequenz wird anschließend individuell in den entsprechenden Reihen 76, 78 und 80 der Verarbeitungsblöcke eingewirkt. Jeder der Reihen 76, 78 und 80 ist identisch, bis auf die Einwirkung auf unterschiedliche Frequenzen. Genauer, die Reihe 76 bezieht sich auf eine erste Frequenz F₁, während sich die Reihe 78 auf eine zweite Frequenz F₂ bezieht. Die Reihe 80 stellt eine Zusatzfrequenz F_n dar. Wie durch die gestrichelten Linien gezeigt ist, werden zusätzliche Reihen verwendet, entsprechend der Anzahl der erfaßten Frequenzen. Jede Frequenz wird hier mit F_x bezeichnet.

Ein Block 82 erstellt parametrische Schätzungen komplexer Amplituden für die Frequenz F_x. Dies wird bewerkstelligt unter Verwendung einer Parame terschätztechnik, wie z. B. dem Verfahren der größten Wahrscheinlichkeit, um die komplexe Amplitude der zugehörigen Zissoide zu schätzen. Ein Block 84 berechnet anschließend die Realphase und die Amplitude bei gegebener komplexer Amplitude, die jeder Zissoide zugeordnet ist. Ein Block 86 projiziert anschließend ein F_x-Kompensationssignal für das nächste Intervall voraus. Dies wird bewerkstelligt durch Vorhersagen der geeigneten Steuer/Regelantwort, um jede individuelle Zissoide auf der Grundlage ihrer Oberschwingungseigenschaften zu kompensieren. Die Steuer/Regelantwort muß für das Intervall zwischen dem aktuellen Abtastwert und dem nächsten Abtastwert in der Zukunft berechnet werden. Die verschiedenen berechneten Werte werden anschließend über einen Knoten C_x an einen in Fig. 2B gezeigten Block 88 angelegt. Der Block 88 empfängt ferner die Walzwerkparameter vom Knoten B, wie oben beschrieben, und die Technik-Auswahlangaben vom Knoten E, ebenfalls wie oben beschrieben.

Der Block 88 kombiniert die betrachteten Frequenzen und ordnet diese Frequenzen den geeigneten Korrekturantwortausgängen zu. Dies wird bewerkstelligt durch Auswählen des besten Steuerausgangs für jede erfaßte Zissoide. In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung umfaßt dies das Anpassen der am besten geeigneten Kombination von Zugspannungen unter Verwendung der Drehmomentsteuervorrichtung 44 und des Walzenspalts bzw. der Walzenkraft unter Verwendung der Steuervorrichtung 32 für den betrachteten Typ von zyklischen Störungen. Genauer, eine Kombination aus Drehmomentsteuervorrichtung 44 und Spalt/Kraft-Steuervorrichtung 32 kann verwendet werden, um Eingangsdickenschwankungen zu korrigieren, während die Spalt/Kraft- Steuervorrichtung 32 allein verwendet werden kann für Walzenstapel- Exzentrizitätsstörungen. Die Kategorieauswahl wird während des Einrichtens des Prozesses bewerkstelligt. Der Steuercomputer 34 trennt die Störungsfrequenzkomponenten, ordnet diesen ihre entsprechenden Quellen zu und wählt die bestimmten Ausgänge aus, die für die Korrektur jedes einzelnen verwendet werden. Somit faßt der Block 88 alle Frequenzen zusammen, die durch den Abwicklungs/Aufwicklungs-Zug gesteuert werden, sowie alle Frequenzen, die durch den Walzenspalt und dergleichen gesteuert werden.

Die Steuerausgangsverarbeitung für jede Steuervorrichtung ist parallel in den Reihen 90, 92 und 94 gezeigt. Jede Reihe ist im wesentlichen in der Operation identisch. Jede Reihe bezieht sich auf ein bestimmtes Steuersignal. In der dargestellten Ausführungsform wird ein Steuersignal A₁ für die Drehmomentsteuervorrichtung 44 verwendet, während ein Steuerausgang A₂ für die Kraftsteuervorrichtung 32 verwendet wird. Zusätzliche Steuersignale A_n sind für die Verwendung verfügbar, wenn zusätzliche gesteuerte Stellglieder verwendet werden.

Ein Block 96 empfängt ferner die Frequenzantwort vom Block 60 der Fig. 2A über den Knoten D. Der Block 96 bewirkt die Phasenkompensation für Systemverzögerungen. Dies beruht auf den mechanischen Parametern und der geschätzten Frequenzantwort aller mechanischer Komponenten, die einer gegebenen Antwortsteuerung zugeordnet sind, wie z. B. der Abwicklungs/Aufwicklungs-Zug oder der Walzenspalt, und kompensiert die Phase des Korrektursignals, das der jeweiligen Frequenz zugeordnet ist. Ein Block 98 für einen Korrekturausgang A_x summiert alle Oberschwingungskompensationssignale über das nächste Intervall. Mit anderen Worten, für jeden der möglichen Steuerungsausgänge werden alle Kompensationssignale, die diesem Ausgang zugeordnet sind, summiert. Dies erzeugt ein einzelnes Ausgangssignal zum Ansteuern jedes der Steuerungsausgänge zwischen dem aktuellen Zeitpunkt und der nächsten Eingangsabtastung. Ein Block 100 empfängt ferner die Technikauswahlangaben von Block 50 und berechnet den Verstärkungsfaktor für den Steuerungsausgang A_x ein. Dies dämpft oder verstärkt das resultierende Signal für jeden der Steuerungsausgänge um die geeignete Verstärkungsfaktorkonstante. Ein Block 102 empfängt ferner die Abtastungsanforderungen vom Block 64 der Fig. 2A über den Knoten G und gibt das Steuersignal A_x aus, um das Ausgangssignal für die Drehmomentsteuervorrichtung 44 oder die Kraftsteuervorrichtung 32 und dergleichen anzusteuern. Ein Block 104 empfängt die Ausgangssteuersignale von A_x von jeder Reihe 90, 92 und 94 sowie die Frequenzantwort vom Block 60 und schätzt die Gesamtwirkung aller Steuerausgänge auf die Materialmeßwerte bei jeweils gegebenen Steuerausgängen, und berechnet die erwartete Gesamtwirkung, die sie auf zukünftige Materialmeßwerte haben. Diese Schätzwerte werden über den Knoten A dem Block 70 zugeführt, wie oben beschrieben ist, um zur Berechnung der Schätzwerte der unkorrigierten Abtastwerte bei gegebenen Meßwerten beizutragen, wie oben beschrieben worden ist.

Gemäß der Erfindung verwendet das Steuer/Regelsystem somit spezialisierte digitale Signalverarbeitungsalgorithmen, um Schätzwerte der Komponentenfrequenz, der Amplitude und der Phase zu liefern, die besser unterscheiden als herkömmliche Techniken. Außerdem bietet die Beseitigung von Codierern aus dem System mehrere Vorteile. Erstens, das Steuer/Regelsystem kann jede beliebige Frequenz schätzen, nicht nur diejenigen, die an die Walzendrehzahlen angepaßt sind. Ferner beruht das System nicht auf Codierern für die Phasensynchronisation, sondern verwendet statt dessen iterative Schätzungen der Störungsphasenwinkel, um sicherzustellen, daß Korrekturmaßnahmen immer geeignet an die Störungsphase angepaßt sind.

Da die offenbarten Algorithmen keine Codierer erfordern und somit beliebige Frequenzen erfassen und verfolgen können, kann das offenbarte System zyklische Störungen korrigieren, die vom ankommenden Material stammen. Die digitalen Signalverarbeitungstechniken ermöglichen, daß die Steuerung/Regelung bei der Beseitigung von zyklischen Störungen des ankommenden Materials erfolgreich ist. Dies steht im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen, die diese Störungen nur unter Verwendung einer Steuerung beseitigen können.

Durch Einschließen des geschätzten Störungsphasenwinkels in den Steuer algorithmus kann das System die Phasenkomponente der Korrektursteuer maßnahme sowie dessen Amplitude kontinuierlich abstimmen.

Es wird darauf hingewiesen, dass der hier verwendete Begriff "Steuerung" oder der Begriffsteil "steuer" sich sowohl auf eine "Steuerung" im Sinne des englischen Begriffs "open loop control" als auch auf eine "Regelung" im Sinne des englischen Begriffs "closed loop control" beziehen kann.

Claims

1. Steuer/Regelsystem für eine Walzwerk, das Bahnmaterial von einer Abwicklungshaspel einer Aufwicklungshaspel zuführt und dieses zwischen zwei Arbeitswalzen hindurchführt, wobei das Steuer/Regelsystem umfaßt:
einen Geschwindigkeitssensor zum Erfassen der Geschwindigkeit des Bahnmaterials;
eine Kraftsteuervorrichtung zum Steuern der auf das Bahnmaterial mittels der Arbeitswalzen ausgeübten Kraft;
eine Zugsteuervorrichtung, die den Zug an einer der Haspeln steuert, und
eine programmierte Steuer/Regelvorrichtung, die mit dem Geschwindigkeitssensor, der Kraftsteuervorrichtung und der Zugsteuervorrichtung betätigungsverbunden ist und Informationen speichert, die zyklische Abweichungen der Dicke des Bahnmaterials darstellen, und die Kraftsteuervorrichtung und die Zugsteuervorrichtung unter Verwendung der gespeicherten Informationen und der erfaßten Geschwindigkeit steuert.

2. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 1, bei dem die Kraftsteuervorrichtung so betrieben wird, daß sie Arbeitsspaltabweichungen korrigiert, die durch Störungen hervorgerufen werden, die im aktuellen Materialdurchlauf auftreten, wobei die Kraft- und Zugsteuervorrichtungen so betrieben werden, daß sie Abweichungen des ankommenden Materials korrigieren.

3. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 1, das ferner eine Dickenmeßvorrichtung umfaßt, die mit der programmierten Steuer/Regelvorrichtung verbunden ist, um die Dicke des Bahnmaterials zu erfassen, wobei die programmierte Steuer/Regelvorrichtung die gespeicherten Informationen in Reaktion auf die erfaßte Dicke erzeugt.

4. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 3, bei dem die programmierte Steuer/Regelvorrichtung eine Zeitserie der erfaßten Dicke verwendet, um zyklische Abweichungen zu erfassen.

5. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 1, bei dem die programmierte Steuer/Regelvorrichtung die Frequenz, die Amplitude und Phasenänderungen der zyklischen Abweichungen erfaßt und die Steuerung der Kraftsteuervorrichtung und der Zugsteuervorrichtung in Reaktion auf die erfaßte Frequenz, die Amplitude und die Phasenänderungen anpaßt.

6. Steuer/Regelsystem für eine Walzwerk, das ein Bahnmaterial von einer Abwicklungshaspel einer Aufwicklungshaspel zuführt und zwischen zwei Arbeitswalzen hindurchführt, wobei das Steuer/Regelsystem umfaßt:
einen Geschwindigkeitssensor zum Erfassen der Geschwindigkeit des Bahnmaterials;
eine Dickenmeßvorrichtung zum Erfassen der Dicke des Bahnmate rials; und
eine programmierte Steuer/Regelvorrichtung, die mit dem Geschwindigkeitssensor und der Dickenmeßvorrichtung betätigungsverbunden ist und zyklische Abweichungen der Dicke des Bahnmaterials erfaßt und ermittelt, ob die Abweichungen von dem Walzwerk erzeugt werden oder im ankommenden Bahnmaterial vorhanden waren.

7. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 6, das ferner eine Kraftsteuervorrichtung zum Steuern der von den Arbeitswalzen auf das Bahnmaterial ausgeübten Kraft und eine Zugsteuervorrichtung zum Steuern des Zugs einer der Haspeln umfaßt, wobei die programmierte Steuer/Regelvorrichtung mit der Kraftsteuervorrichtung und der Zugsteuervorrichtung betätigungsverbunden ist und die Kraftsteuervorrichtung und die Zugsteuervorrichtung unter Verwendung der erfaßten Abweichungen und der erfaßten Geschwindigkeit steuert.

8. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 7, bei dem die Kraftsteuervorrichtung so betrieben wird, daß sie die Arbeitsspaltabweichungen korrigiert, die durch Störungen hervorgerufen werden, die im aktuellen Materialdurchlauf hervorgerufen werden, und wobei die Kraft- und Zugsteuervorrichtungen so betrieben werden, daß sie Abweichungen des ankommenden Materials korrigieren.

9. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 6, bei dem die programmierte Steuer/Regelvorrichtung eine Zeitserie der erfaßten Dicke verwendet, um zyklische Abweichungen zu erfassen.

10. Steuer/Regelsystem nach Anspruch 7, bei dem die programmierte Steuer/Regelvorrichtung Phasenänderungen der zyklischen Abweichungen erfaßt und die Steuerung der Kraftsteuervorrichtung und der Zugsteuervorrichtung in Reaktion auf die erfaßten Phasenänderungen anpaßt.

11. Verfahren zum Steuern/Regeln eines Walzwerks, das Bahnmaterial von einer Abwicklungshaspel einer Aufwickfungshaspel zuführt und zwischen zwei Arbeitswalzen hindurchführt, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
Erfassen der Geschwindigkeit des Bahnmaterials;
Speichern von Informationen, die zyklische Abweichungen der Dicke des Bahnmaterials darstellen; und
Steuern/Regeln der von den Arbeitswalzen auf das Bahnmaterial ausgeübten Kraft unter Verwendung der gespeicherten Informationen und der erfaßten Geschwindigkeit.

12. Verfahren nach Anspruch 11, das ferner den Schritt des Steuerns/Regeln des Zugs an einer der Haspeln unter Verwendung der gespeicherten Informationen und der erfaßten Geschwindigkeit umfaßt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Kraftsteuerungs/regelungsschritt Arbeitsspaltabweichungen korrigiert, die durch Störungen hervorgerufen werden, die im aktuellen Materialdurchlauf auftreten, wobei die Kraft- und Zugsteuerungs/reglungsschritte gemeinsam Abweichungen im ankommenden Material korrigieren.

14. Verfahren nach Anspruch 11, das ferner den Schritt des Erfassens der Dicke des Bahnmaterials umfaßt, wobei die gespeicherten Informationen in Reaktion auf die erfaßte Dicke erzeugt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 11, das ferner die Schritte des Erfassens der Phasenänderung der zyklischen Abweichungen und des Einstellens der Kraft und des Zugs in Reaktion auf die erfaßten Phasenänderungen umfaßt.