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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Walzanlage
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus
der
EP 775 536 B1 ist
eine Vorrichtung bekannt, mit deren Hilfe die gesamte Steuerung
und Regelung einer Walzanlage durchgeführt wird. Ebenfalls ist dort
ein Simulationsmodell vorhanden, mit dem die technologischen Zusammenhänge der
einzelnen Walzgerüste
insbesondere in der Inbetriebnahmephase der Walzanlage nachgebildet
werden.
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Weiterhin
ist es allgemein bekannt, einen technologischen Prozess, beispielsweise
die vorstehend genannte Walzanlage, mit Hilfe eines Beobachters
zu überwachen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Walzanlage
mit einer möglichst einfachen
und trotzdem effektiven Prozessüberwachung
zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren zum Betreiben einer Walzanlage nach dem Anspruch 1 gelöst. Die
Aufgabe wird ebenfalls durch eine Vorrichtung nach dem Anspruch
11 gelöst.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren weist
die Walzanlage mindestens ein Walzgerüst sowie mindestens ein Messgerät zum Messen
einer Betriebsgröße der Walzanlage
auf. Ein gemessener Istwert wird mit einem zugehörigen Sollwert einer Betriebsgröße der Walzanlage
verglichen und es wird in Abhängigkeit
davon eine Stellgröße ermittelt.
Ein berechneter Istwert wird in Abhängigkeit von der Stellgröße sowie
in Abhängigkeit
von weiteren Betriebsgrößen der
Walzanlage ermittelt. Der gemessene Istwert wird mit dem berechneten
Istwert verglichen und es wird das Vergleichsergebnis als Fehlersignal
verwendet.
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Das
Fehlersignal kann als Ausgangssignal einer Prozessüberwachung
verwendet werden. Mit Hilfe des Fehlersignals ist es damit möglich, Fehlfunktionen
oder Störungen
der Walzanlage zu erkennen. Die Erzeugung des Fehlersignals ist
dabei einfach, aber trotzdem zuverlässig. Insbesondere kann das
Fehlersignal in Echtzeit ermittelt werden, so dass bei einem Fehler
oder einer Störung
gegebenenfalls auch in Echtzeit auf die Steuerung und/oder Regelung
der Walzanlage frühzeitig
eingewirkt werden kann.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der berechnete
Istwert mit Hilfe einer rechnerischen Modellierung zumindest von
Bereichen der Walzanlage ermittelt. Diese Modellierung stellt insbesondere
eine Umkehrung der beim Stand der Technik vorhandenen Simulation
der Walzanlage dar. Damit kann die Modellierung auf einfache, aber trotzdem
genaue Art und Weise durchgeführt
werden.
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Bei
einer anderen Weiterbildung der Erfindung wird der berechnete Istwert
hinsichtlich seines absoluten Werts an den Sollwert angepasst. Dies kann
mit Hilfe einer automatischen Tarierung erfolgen. Auf diese Weise
wird erreicht, dass das Fehlersignal nicht nur dynamische Fehler
anzeigt, sondern auch auf statische Störungen oder Fehler reagiert. Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird damit nicht nur wesentlich breiter in seiner Anwendung, sondern gleichzeitig
auch wesentlich genauer.
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Vorzugsweise
wird die Anpassung des berechneten Istwerts in Abhängigkeit
von dem Sollwert durchgeführt.
Dies stellt eine weitere Vereinfachung des Verfahrens dar, da der
Sollwert bereits vorhanden ist und nicht zusätzlich erzeugt werden muss.
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Weitere
Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind.
Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder
in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von
ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung
sowie unabhängig
von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw.
in der Zeichnung.
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Die
einzige Figur der Zeichnung zeigt ein schematisches Blockschaltbild
eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Betreiben einer Walzanlage.
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Das
in der Figur dargestellte Verfahren ist für den Betrieb einer Walzanlage
vorgesehen. Dabei kann es sich um eine Kaltwalzstraße oder
um ein Warmwalzwerk handeln. Die in der Figur angegebenen allgemeinen
Größen können dabei
durch unterschiedliche spezielle Betriebsgrößen der Walzanlage realisiert
werden.
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So
wird in der Figur ein gemessener Istwert IWG und ein zugehöriger Sollwert
SW mit Hilfe einer Subtraktion 11 miteinander verglichen.
Bei dem gemessenen Istwert IWG kann es sich dabei beispielsweise
um einen gemessenen Banddickenistwert oder um einen gemessenen Bandzugistwert
oder um einen anderen Istwert der Walzanlage handeln. Entsprechend
kann es sich bei dem Sollwert SW um einen zugehörigen Banddickensollwert oder
Bandzugsollwert handeln. Der gemessene Istwert IWG und der Sollwert
beziehen sich dabei auf ein bestimmtes Walzgerüst.
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Die
Differenz des gemessenen Istwerts IWG und des Sollwerts SW ist einem
Regler 12 zugeführt, der
unter anderem in Abhängigkeit
von diesen beiden Betriebsgrößen eine
Stellgröße SG erzeugt.
Mit dieser Stellgröße SG kann
beispielsweise die Walzenposition des zugehörigen Walzgerüsts beeinflusst werden,
um damit wiederum auf die Banddicke oder den Bandzug einzuwirken.
Auf diese Weise kann eine Steuerung und/oder Regelung von Betriebsgrößen der
Walzanlage realisiert werden. Es versteht sich, dass auch andere
Einflussnahmen auf die Walzanlage möglich sind.
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Unabhängig von
diesen Einflussnahmen ist die Stellgröße SG einem Modell 13 zugeführt, das weiterhin
von einer Mehrzahl von Betriebsgrößen der Walzanlage beaufschlagt
ist. Bei diesen Betriebsgrößen kann
es sich um beliebige Istwerte, Sollwerte und/oder Stellgrößen handeln,
die innerhalb der Walzanlage auftreten. In Abhängigkeit von diesen Eingangsgrößen werden
von dem Modell 13 einzelne Bereiche der Walzanlage oder
die gesamte Walzanlage rechnerisch nachgebildet. Es wird also beispielsweise
versucht, die Verformung des Walzguts bei einem Durchlauf durch
ein Walzgerüst
rechnerisch darzustellen, um auf dieser Grundlage einen Istwert
zu derselben Betriebsgröße ermitteln
zu können,
zu der bereits der gemessene Istwert IWG vorhanden ist. Dieser von
dem Modell 13 ermittelte Istwert wird nachfolgend als berechneter
Istwert IWB bezeichnet. Es liegen damit zwei Istwerte z.B. für die Banddicke
oder den Bandzug vor, nämlich
der gemessene Istwert IWG und der berechnete Istwert IWB.
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Verallgemeinert
ist also das Modell 13 dazu vorgesehen, den berechneten
Istwert IWB für
dieselbe Betriebsgröße der Walzanlage
zu ermitteln, für
die bereits der gemessene Istwert IWG vorliegt.
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Es
ist nunmehr möglich,
dass der zeitliche Verlauf des gemessenen Istwerts IWG und des berechneten
Istwerts IWB bei einem fehlerfreien Betrieb weitgehend übereinstimmen,
dass aber der berechnete Istwert IWB in seinem absoluten Wert von dem
Sollwert SW abweicht. So ist es beispielsweise möglich, dass ein auf dem Band
oder den Walzen vorhandener Ölfilm
von dem Modell 13 nicht berücksichtigt werden kann, mit
der Folge, dass der gemessene Istwert IWG und der berechnete Istwert
IWB absolut – aufgrund
des Ölfilms – voneinander
abweichen, relativ jedoch im wesentlichen denselben zeitlichen Verlauf
haben.
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Zur
Kompensation derartiger Abweichungen kann eine Anpassung 14 vorgesehen
sein, der der berechnete Istwert IWB zugeführt ist, und die weiterhin
von dem Sollwert SW beaufschlagt wird.
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Von
der Anpassung 14 kann der berechnete Istwert IWB hinsichtlich
seines absoluten Wertes an den Sollwert SW angepasst werden. Zu
diesem Zweck kann der Sollwert SW beispielsweise als Größe für den absoluten
Wert des gemessenen Istwerts IWG herangezogen werden. Der berechnete
Istwert IWB kann dann von der Anpassung 14 auf diese Größe und damit
auf den absoluten Wert des gemessenen Istwerts IWG angehoben oder
abgesenkt werden.
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Diese
Anpassung des berechneten Istwerts IWB an den absoluten Wert des
zugehörigen
Sollwerts SW kann auch als Tarierung bezeichnet werden, so dass
am Ausgang der Anpassung 14 ein sogenannter berechneter
und tarierter Istwert IWBT zur Verfügung steht.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die Anpassung 14 nicht zwingend
notwendig ist. Gegebenenfalls kann das Modell 13 bereits
derart ausgebildet sein, dass eine Anpassung des berechneten Istwerts IWB
an den absoluten Wert des zugehörigen
Sollwerts SW nicht erforderlich ist.
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Der
berechnete und gegebenenfalls tarierte Istwert IWB bzw. IWBT wird
dann mit dem gemessenen Istwert IWG verglichen. Hierzu werden die
beiden Größen einer
Subtraktion 15 zugeführt.
Ausgangsseitig ergibt sich ein Fehlersignal FS, das im wesentlichen
gleich Null ist, wenn der berechnete und gegebenenfalls tarierte
Istwert IWB bzw. IWBT etwa gleich ist dem gemessenen Istwert IWG,
das jedoch von Null abweicht, wenn der berechnete und gegebenenfalls
tarierte Istwert IWB bzw. IWBT und der gemessene Istwert IWG wesentlich
voneinander abweichen.
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Ist
die Anpassung 14 nicht vorhanden, so ist das Fehlersignal
FS von dem Unterschied des gemessenen und des berechneten Istwerts
IWG, IWB abhängig.
In diesem Fall können
mit dem Fehlersignal FS zumindest dynamische Fehler erkannt werden,
also Abweichungen des Verlaufs des gemessenen von dem berechneten
Istwert IWG, IWB über
der Zeit. Ist die Anpassung jedoch vorhanden, so können auch
statische Fehler erkannt werden, also auch absolute Abweichungen
des gemessenen von dem berechneten und tarierten Istwert IWG, IWBT.
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Im
fehlerfreien Betrieb der Walzanlage wird der berechnete und tarierte
Istwert IWBT weitgehend mit dem gemessenen Istwert IWG übereinstimmen. Dies
ergibt sich daraus, dass in diesem Fall keine Störung vorliegt und somit die
von dem Modell 13 vorgenommenen rechnerischen Ermittlungen
im wesentlichen dem tatsächlichen
Betrieb der Walzanlage entsprechen.
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Liegt
jedoch irgend eine Störung
des Betriebs der Walzanlage vor, tritt zum Beispiel ein Rutschen
des Walzguts beim Durchlauf durch die Walzen eines Gerüstes vor,
so weicht der tatsächliche Betrieb
der Walzanlage aufgrund dieser Störung von demjenigen Verhalten
ab, das dem Modell 13 rechnerisch zugrunde gelegt ist.
Dies hat zur Folge, dass bei dem von dem Modell 13 berechneten
und nachfolgend gegebenenfalls tarierten Istwert IMB bzw. IWBT die
vorgenannte Störung
nicht berücksichtigt
ist, so dass er von dem tatsächlich
in der Walzanlage gemessenen Istwert IWG, bei dem die Störung zur
Wirkung kommt, mit großer
Wahrscheinlichkeit abweicht. Es ergibt sich damit ein Fehlersignal
FS, das ungleich Null ist.
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Entsprechendes
gilt beispielsweise für
einen Fehler in einem Dickemessgerät, mit dem die tatsächliche
Banddicke des Walzguts innerhalb eines Walzgerüstes gemessen wird. Tritt bei
diesem Dickemessgerät
beispielsweise ein Kabelbruch oder dergleichen auf, so hat dies
zur Folge, dass der gemessene Istwert IWG sich zeitlich stark verändert. Im
Unterschied dazu wird sich der berechnete und gegebenenfalls tarierte
Istwert IWB bzw. IWBT im wesentlichen nicht verändern, zumindest nicht aufgrund
des Fehlers des Dickemessgeräts.
Daraus ergibt sich ein Fehlersignal FS, das aufgrund der Abweichung
der vorgenannten Istwerte ungleich Null ist.
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Das
Fehlersignal FS stellt damit das Ergebnissignal eines Prozessbeobachters
dar, das im fehlerfreien Betrieb im wesentlichen gleich Null ist,
das jedoch einen fehlerbehafteten Betrieb durch ein von Null verschiedenes
Ausgangssignal anzeigt.
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Das
Fehlersignal FS hat einen zeitlichen Verlauf, der abhängig ist
von der Art der in der Walzanlage auftretenden Störung. Liegt
beispielsweise ein Rutschen des Walzguts beim Durchlauf durch die Walzen
eines Gerüstes
vor, so hat dies eher kontinuierliche Abweichungen des Fehlersignal
FS von Null zur Folge. Liegt hingegen beispielsweise ein Kabelbruch
des Dickemessgeräts
vor, so hat dies eher eine sprungartige Änderung des Fehlersignals FS
zur Folge.
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Mögliche Verläufe des
Fehlersignals FS können
vorab ermittelt und ihren jeweiligen Ursachen zugeordnet werden.
Tritt dann im Betrieb der Walzanlage ein entsprechender Verlauf
des Fehlersignals FS auf, so kann aus diesem Verlauf auf die Ursache
des Fehlers geschlossen werden. Es ist damit möglich, aus dem Fehlersignal
FS die Art der aufgetretenen Störung
in der Walzanlage zu ermitteln.
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Die
Ermittlung des Fehlersignals erfolgt in Echtzeit, also im wesentlichen
gleichzeitig mit der jeweils aktuellen Ermittlung des gemessenen
Istwerts IWG. Damit ist es möglich,
insbesondere bei einem von Null verschiedenen Fehlersignal FS sofort,
also insbesondere ebenfalls in Echtzeit, in die Steuerung und/oder
Regelung der Walzanlage einzugreifen.
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Zur
Ausführung
des beschriebenen Verfahrens ist eine Vorrichtung zur Steuerung
und/oder Regelung der Walzanlage vorgesehen. Dabei kann es sich
vorzugsweise um ein digitales Rechengerät handeln, das mit einem elektronischen
Speicher versehen ist, auf dem ein Programm abgespeichert ist, das auf
dem Rechengerät
ablaufen kann, und das dann zur Durchführung des Verfahrens geeignet
ist.