DE102009043401A1 - Method for the model-based determination of actuator setpoints for the symmetrical and asymmetric actuators of the rolling mills of a hot strip mill - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Konzept zur modellbasierten Ermittlung von Stellglied-Sollwerten für die symmetrischen und asymmetrischen Stellglieder der Walzgerüste einer Warmbreitbandstraße, mit dem bei Ausführung der Stellglied-Sollwerte eine gewünschte Zielkontur der Walzspalte der Gerüste einstellbar ist. In einem ersten Schritt wird eine Soll-Geschwindigkeitsverteilung am Auslauf eines jeden Gerüsts vorgegeben. In einem zweiten Schritt werden mit Hilfe von Bandplanheits-Modellen Banddickenkonturen an den Ausläufen der Gerüste ermittelt. In einem dritten Schritt werden mit Hilfe von Materialfluss-Modellen für jedes Gerüst aufzubringende Walzkraftverteilungen bestimmt. In einem vierten Schritt wird eine Zielkontur für die symmetrischen Stellglieder und eine Zielkontur für die asymmetrischen Stellglieder ermittelt. In einem fünften Schritt werden für jedes Gerüst mit Hilfe von Optimierungsverfahren aus den ermittelten Zielkonturen die Sollwerte für die symmetrischen und die asymmetrischen Stellglieder berechnet.The invention relates to a concept for the model-based determination of actuator target values for the symmetrical and asymmetrical actuators of the rolling stands of a hot strip mill, with which a desired target contour of the roll gaps of the stands can be set when executing the actuator target values. In a first step, a target speed distribution is specified at the exit of each stand. In a second step, strip flatness models are used to determine strip thickness contours at the outlets of the stands. In a third step, the rolling force distributions to be applied to each stand are determined with the help of material flow models. In a fourth step, a target contour for the symmetrical actuators and a target contour for the asymmetrical actuators are determined. In a fifth step, the target values for the symmetrical and asymmetrical actuators are calculated for each stand with the aid of optimization methods from the determined target contours.
Description
Die Erfindung betrifft ein Konzept für eine modellbasierte Bandlaufsteuerung für eine Warmbreitbandstraße, insbesondere eine Fertigstraße.The invention relates to a concept for a model-based stripline control for a hot strip mill, in particular a finishing train.
Eine Warmbreitbandstraße, insbesondere eine Fertigstraße, weist mehrere von einem zu walzenden Band, typischerweise einem Metallband wie bspw. einem Stahl-, Aluminium-, Kupfer- oder allgemein einem Buntmetallband, nacheinander durchlaufene Walzgerüste G1, G2, G3, ... Gn auf, wobei sich mittels üblicher Steuer- und Regelverfahren erreichen lässt, dass das gewalzte Band eine gewünschte Endtemperatur und eine gewünschte Enddicke aufweist. Weitere relevante Größen zur Beurteilung der Walzqualität sind bspw. das Profil, die Kontur und die Planheit des Bandes. In diesem Zusammenhang ist die
Das Band wird – immer relativ zu einer Walzstraßenmittellinie gesehen – in jedes der Walzgerüste Gi (i = 1, ..., n) mit einem bekannten jeweiligen Mittenversatz bezüglich der Gerüstmitte (bei z = 0) und mit einer bekannten jeweiligen einlaufseitigen Banddicken-Keiligkeit eingefädelt, so dass das Band bzw. der Kopf des Bandes aus dem jeweiligen Walzgerüst mit dem jeweiligen Mittenversatz, einer jeweiligen auslaufseitigen Banddicken-Keiligkeit und einer jeweiligen auslaufseitigen Bandkrümmung ausläuft.The strip, always viewed relative to a rolling line centerline, is fed into each of the rolling stands G i (i = 1, ..., n) with a known respective center offset with respect to the center of the frame (at z = 0) and with a known respective entry side strip thickness. Threaded wedging, so that the tape or the head of the tape from the respective rolling stand with the respective center offset, a respective outlet side strip thickness wedge and a respective outlet side strip curvature expires.
Beim Walzen eines Bandes können innere Spannungen in das Band ”hineingewalzt” werden. In Abhängigkeit von der Banddicke, der Bandbreite, den Materialeigenschaften des Bandes und den ggf. am Band wirkenden äußeren Zugspannungen führen diese inneren Spannungen zu mehr oder weniger ausgeprägten Bandverformungen wie bspw. Wellen- oder Säbelbildung. Eine der wesentlichen Ursachen für das ”Hineinwalzen” von intrinsischen Spannungen in einem Walzgerüst ist eine nicht vernachlässigbare Banddicken-Keiligkeit des in das Gerüst einlaufenden Bandes. Die Banddicken-Keiligkeit kann verschiedene Ursachen haben. So kann beispielsweise das Band bereits vor dem Walzen eine keilige Banddickenkontur aufweisen. Alternativ kann die Banddicken-Keiligkeit durch das Walzen im Walzspalt eines vorgelagerten Walzgerüsts verursacht worden sein. Für das Einprägen einer Banddicken-Keiligkeit in das Band während der Materialumformung in einem Walzgerüst kommen mehrere Ursachen in Frage. Beispielsweise kann das Band einen Temperaturgradienten über die Bandbreite aufweisen, das Band außermittig in den Walzspalt eintreten oder der Walzspalt selbst keilig sein. Auch Kombinationen dieser (und anderer) Ursachen sind möglich.When rolling a belt, internal stresses can be "rolled in" into the belt. Depending on the strip thickness, the band width, the material properties of the strip and the possibly acting on the strip outer tensile stresses cause these internal stresses to more or less pronounced band deformations such as. Wave or saber formation. One of the major causes of "rolling in" intrinsic stresses in a rolling stand is a non-negligible band-thickness wedging of the belt entering the skeleton. The strip thickness wedging can have various causes. For example, the strip may already have a wedge-shaped strip thickness contour prior to rolling. Alternatively, the strip thickness taper may have been caused by rolling in the nip of an upstream stand. For stamping a strip thickness wedge into the strip during material conversion in a rolling stand, several causes are possible. For example, the tape may have a temperature gradient across the tape, the tape may enter the nip off-center, or the nip itself may be wedge-shaped. Also combinations of these (and other) causes are possible.
Wenn also ein Warmband mit einer nicht verschwindenden Banddicken-Keiligkeit und/oder außermittig in ein Gerüst Gi einläuft, so wird die Bandform im nachfolgenden Zwischengerüstabschnitt zwischen den Gerüsten Gi und Gi+1 in der Regel nicht gerade, sondern säbelförmig verlaufen. Der säbelförmige Verlauf hängt davon ab, ob das Band nur einseitig in einem Gerüst eingespannt ist (beim Ein- oder Ausfädeln aus dem Gerüst) oder beidseitig von zwei aufeinander folgenden Gerüsten gefasst wird (beim Walzen des Hauptteils des Bandes, d. h. mit Ausnahme von Bandkopf und Bandfuß). Der Einfluss des Bandzuges auf die Säbelform und damit auf den Bandlauf und die Bandlage, d. h. insbesondere die Abweichung der Bandlage von der Mittenlage, ist anschaulich leicht zu verstehen: Betrachtet man eine Bandkante eines aus einem Gerüst Gi auslaufenden Bandes und nimmt man an, dass die Geschwindigkeit des plastischen Materialflusses an dieser Bandkante geringer ist als diejenige an der anderen Bandkante, so ist klar, dass der Bandzug über die Bandbreite inhomogen sein wird, sobald das nächste Gerüst Gi+1 greift. Dabei ist insbesondere der Bandzug auf der betrachteten ”kürzeren” Bandkante höher. Der höhere Bandzug bewirkt eine stärkere Dickenabnahme des Bandes an dieser Bandkante und damit eine Erhöhung der Geschwindigkeit des plastischen Materialflusses an dieser Kante. Der Geschwindigkeitskeil des plastischen Materialflusses über die Bandbreite reduziert sich; die Zwischengerüstspannungen wirken sich stabilisierend auf den Bandlauf innerhalb der Fertigstraße aus.Thus, if a hot strip with a non-vanishing strip thickness and / or off-center enters a stand G i , the strip shape in the following intermediate stand section between the stands G i and G i + 1 will generally not be straight but saber-shaped. The saber-shaped course depends on whether the tape is clamped on one side only in a framework (when threading or unthreading from the framework) or on both sides of two successive stands (when rolling the main part of the tape, ie with the exception of tape head and strip foot). The influence of the band coating to the saber shape and thus on the tape and the tape position, that in particular the variation of the tape position from the center position is clearly easy to understand: Considering a band edge of an expiring of a framework G i band and assuming that the rate of plastic material flow at this band edge is less than that at the other band edge, it is clear that the ribbon will be inhomogeneous across the bandwidth as soon as the next frame G i + 1 reaches. In particular, the strip tension is higher on the considered "shorter" strip edge. The higher strip tension causes a greater decrease in the thickness of the strip at this strip edge and thus an increase in the speed of the plastic material flow at this edge. The velocity wedge of the plastic material flow over the bandwidth is reduced; the inter-frame stresses have a stabilizing effect on the strip run within the finishing train.
Für die Bandlaufsteuerung werden Stellglieder an den einzelnen Gerüsten Gi der Walzstraße verwendet, die die Form des Walzspaltes – und damit das Banddickenprofil – über die Bandbreite asymmetrisch bzgl. der Gerüstmitte bzw. der Bandmitte beeinflussen. Derartige Stellglieder sind bspw. Schwenken und asymmetrische Biegekräfte. Weiterhin sind auch symmetrische Stellglieder vorgesehen, bspw. symmetrische Biegekräfte, Mittel zur axialen Verschiebung von sog. CVC-Arbeitswalzen (Walzen mit S-förmigem Schliff) und/oder sog. ”Pair-crossing”. Diese symmetrischen Stellglieder werden für die Profil- und Planheitssteuerung verwendet. Ein automatisches, modellbasiertes Verfahren bzw. eine Einrichtung zur Profil- und Planheitssteuerung ist in der
Im Stand der Technik ist bspw. auch bekannt, dass ein Steuermann der Walzstraße beim Einfädeln des Bandes den Bandkopf visuell verfolgt und – nach seinem persönlichen Eindruck von Bandlage und Bandwelligkeit – die Anstellung des vom Bandkopf gerade durchlaufenen Walzgerüsts (insbesondere eine Schwenkstellung der Walzen) einstellt.In the prior art, for example, it is also known that a helmsman of the rolling train when threading the tape visually tracks the tape head and - according to his personal impression of tape position and tape waviness - the employment of the tape head just traversed mill stand (in particular a pivoting position of the rollers) sets ,
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuerungsverfahren sowie ein Steuergerät für eine Bandlaufsteuerung einer mehrere Gerüste aufweisenden Walzstraße, insbesondere einer Warmbreitbandstraße oder Fertigstraße, anzugeben.It is the object of the present invention to provide a control method and a control device for a stripline control of a rolling mill having a plurality of stands, in particular a hot strip mill or finishing train.
Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Erfindungen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by the inventions specified in the independent claims. Advantageous embodiments emerge from the dependent claims.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird ein Konzept eines vollständigen, modellbasierten Steuerungsverfahrens für die Bandlaufsteuerung und für die Profil- und Planheitssteuerung der Walzstraße vorgestellt, mit dem sich simultan die Sollwerte der asymmetrischen Walzgerüst-Stellglieder für die Bandlaufsteuerung in einem ersten Teilverfahren und die Sollwerte der symmetrischen Walzgerüst-Stellglieder für die Profil- und Planheitssteuerung in einem zweiten Teilverfahren berechnen lassen. Die beiden Teilverfahren sind dabei aufeinander abgestimmt.In the solution according to the invention, a concept of a complete, model-based control method for the stripline control and for the profile and flatness control of the rolling mill is presented, with which simultaneously the nominal values of the asymmetrical rolling mill actuators for the stripline control in a first partial method and the nominal values of the symmetrical rolling mill -Stellglieder for the profile and flatness control in a second sub-procedure can be calculated. The two sub-procedures are coordinated.
Erfindungsgemäß wird ein iteratives Verfahren zur modellbasierten Ermittlung von Stellglied-Sollwerten SETsym, SETasym für symmetrische und für asymmetrische Stellglieder einer Warmbreitbandstraße mit mehreren Walzgerüsten Gi mit i = 1, ..., n und n ≥ 2, zum Walzen eines Warmbandes vorgeschlagen, wobei jedes Walzgerüst Gi einen Walzspalt mit einer Walzspaltkontur aufweist und die Stellglieder derart auf Walzen des Gerüsts Gi wirken, dass eine bestimmte Walzspaltkontur einstellbar ist. Ein Verfahrenszyklus k des iterativen Verfahrens weist die folgenden Schritte auf: According to the invention, an iterative method for model-based determination of actuator target values SET sym , SET asym for symmetrical and asymmetric actuators of a hot strip mill having a plurality of rolling stands G i with i = 1,..., N and n ≥ 2 is proposed for rolling a hot strip wherein each rolling mill G i having a nip with a roll gap contour and the actuators act on such rolls of the stand G i that a certain roll gap contour is adjustable. A method cycle k of the iterative method comprises the following steps:
- 1) In einem ersten Schritt wird eine Soll-Geschwindigkeitsverteilung vi,soll(z; k) am Auslauf eines jeden Gerüsts Gi vorgegeben.1) In a first step, a desired velocity distribution v i, soll (z; k) is set at the outlet of each gantry G i .
- 2) In einem zweiten Schritt werden Banddickenkonturen θi(z; k) an den Ausläufen der Gerüste Gi ermittelt, wobei 2.1) zunächst mit Hilfe von Bandplanheits-Modellen für jedes Gerüst Gi eine Geschwindigkeitsverteilung vi(z; k) am jeweiligen Auslauf des Gerüsts Gi berechnet wird, wobei jedem Gerüst Gi ein Bandplanheits-Modell zugeordnet ist und wobei im Bandplanheits-Modell eine Banddickenkontur θi–1(z; k) des Bandes am Einlauf und eine Banddickenkontur θi(z; k) des Bandes am Auslauf des jeweiligen Gerüsts Gi berücksichtigt werden, 2.2) anschließend die berechneten Geschwindigkeitsverteilungen vi(z; k) mit den im ersten Schritt vorgegebenen Soll-Geschwindigkeitsverteilungen vi,soll(k) verglichen werden, 2.3) die Banddickenkonturen θ1(z; k) bis θn–1(z; k) modifiziert werden, falls die berechneten Geschwindigkeitsverteilungen vi(k) nicht in einem Toleranzbereich um die Soll-Geschwindigkeitsverteilungen vi,soll(k) liegen, und anschließend mit den modifizierten Banddickenkonturen der zweite Schritt erneut ausgeführt wird oder 2.4) zum dritten Schritt übergegangen wird, falls die berechneten Geschwindigkeitsverteilungen vi(k) innerhalb des Toleranzbereiches um die Soll-Geschwindigkeitsverteilungen vi,soll(k) liegen.2) In a second step, strip thickness contours θ i (z; k) are determined at the outlets of the stands G i , where 2.1) first using band flatness models for each gantry G i a velocity distribution v i (z; k) at the respective Out of the framework G i is calculated, wherein each frame G i is assigned a band flatness model and wherein in the band flatness model a band thickness contour θ i-1 (z; k) of the band at the inlet and a band thickness contour θ i (z; k) of the band at the outlet of respective stand G i are taken into consideration, 2.2) then the calculated velocity distributions v i (z k) by the predetermined first step target velocity distributions v i, to be compared (k), 2.3) the strip thickness contours θ 1 (z; k) to θ n-1 (z; k) are modified if the calculated velocity distributions v i (k) are not within a tolerance range around the desired velocity distributions v i, soll (k) and then m or if the calculated velocity distributions v i (k) are within the tolerance range around the desired velocity distributions v i, soll (k).
- 3) In einem dritten Schritt werden mit Hilfe von Materialfluss-Modellen für jedes Gerüst Gi aufzubringende Walzkraftverteilungen fi(z; k) bestimmt, wobei jedem Gerüst Gi ein Materialfluss-Modell zugeordnet ist.3) In a third step, rolling force distributions f i (z; k) to be applied for each gantry G i are determined with the aid of material flow models, with each material gantry G i being assigned a material flow model.
- 4) In einem vierten Schritt werden eine Zielkontur Hi(z; k) für die symmetrischen Stellglieder und eine Zielkontur Ki(z; k) für die asymmetrischen Stellglieder ermittelt wird, wobei für jedes Gerüst Gi 4.1) zunächst aus den Walzkraftverteilungen fi(z; k) anhand eines Arbeitswalzen-Abplattungmodel1s eine Abplattung Δi(z; k) der Walzen im Gerüst Gi berechnet wird, 4.2) ein Rest-Banddickenprofil Ωi(z; k) berechnet wird, indem die Abplattung Δi(z; k) von der jeweiligen, im zweiten Schritt ermittelten Banddickenkontur θi(z; k) am Auslauf des Gerüsts Gi abgezogen wird, 4.3) die symmetrische Zielkontur Hi(z; k) berechnet wird, indem aus dem Rest-Banddickenprofil Ωi(z; k) ein asymmetrischer Anteil des Rest-Banddickenprofils ausgeblendet wird, wobei die Zielkontur Hi(z; k) dem hierbei verbleibenden Anteil des Rest-Banddickenprofils entspricht, 4.4) die asymmetrische Zielkontur Ki(z; k) berechnet wird, indem aus dem Rest-Banddickenprofil Ωi(z; k) ein symmetrischer Anteil des Rest-Banddickenprofils ausgeblendet wird, wobei die Zielkontur Hi(z; k) dem hierbei verbleibenden Anteil des Rest-Banddickenprofils entspricht.4) In a fourth step, a target contour H i (z; k) for the symmetrical actuators and a target contour K i (z; k) for the asymmetric actuators is determined, for each framework G i 4.1) first from the rolling force distributions f i (z; k) a flattening Δ i (z; k) of the rolls in the frame G i is calculated on the basis of a work roll flattening model, 4.2) a residual strip thickness profile Ω i (z; k) is calculated by the flattening Δ i (z; k) is subtracted from the respective strip thickness contour θ i (z; k) determined in the second step at the outlet of the stand G i , 4.3) the symmetrical target contour H i (z; k) is calculated by calculating from the residual Band thickness profile Ω i (z; k) an asymmetrical portion of the residual band thickness profile is masked out, the target contour H i (z; k) corresponding to the remaining portion of the residual band thickness profile, 4.4) the asymmetrical target contour K i (z; k) is calculated by from the residual band thickness profile Ω i (z; k) a symme trischer portion of the residual band thickness profile is hidden, wherein the target contour H i (z; k) corresponds to the remaining proportion of the residual strip thickness profile.
- 5) In einem fünften Schritt werden für jedes Gerüst Gi mit Hilfe von Optimierungsverfahren in einem ersten Teilschritt die Sollwerte für die symmetrischen Stellglieder aus der Zielkontur Hi(z; k) und in einem zweiten Teilschritt die Sollwerte für die asymmetrischen Stellglieder aus der Zielkontur Ki(z; k) berechnet werden.5) In a fifth step, the setpoint values for the symmetrical actuators from the target contour H i (z; k) are determined for each framework G i by means of optimization methods in a first substep and in a second substep the setpoint values for the asymmetrical actuators from the target contour K i (z; k) are calculated.
Vorteilhafterweise werden im ersten Schritt Sollwerte
Im ersten Schritt werden zunächst:
- – eine Außermittigkeit di–1 des Bandes vor jedem Gerüst Gi und die Außermittigkeit dn des Bandes nach dem letzten Gerüst Gn gemessen,
- – die Banddickenkontur θn(z; k) nach dem letzten Gerüst Gn gemessen,
- – die Banddickenkontur θ0(z; k) vor dem ersten Gerüst G1 ermittelt, insbesondere durch Messung oder Schätzung,
- – die Bandplanheit sn(z; k) des Bandes (
10 ) nach dem letzten Gerüst Gn gemessen.
- An eccentricity d i-1 of the band before each gantry G i and the eccentricity d n of the band after the last gantry G n are measured,
- The band thickness contour θ n (z; k) is measured after the last framework G n ,
- The strip thickness contour θ 0 (z; k) is determined before the first stand G 1 , in particular by measurement or estimation,
- The band flatness s n (z; k) of the band (
10 ) measured after the last framework G n .
Darüber hinaus werden im zweiten Schritt die vorzugebenden Soll-Geschwindigkeitsverteilungen vi,soll(z; k) in einer Regelschleife berechnet ausIn addition, in the second step, the desired speed distributions v i, soll (z; k) to be preset are calculated in a control loop
- – den Soll-Geschwindigkeitsverteilungen vi,soll(z; k – 1) sowie den Messwerten für die Außermittigkeit di–1(k – 1), für die Banddickenkontur θn(z; k – 1) und für die Bandplanheit sn(z; k – 1) aus dem vorangegangenen Zyklus k – 1 sowie- the desired velocity distributions v i, soll (z, k-1) and the measured values for the eccentricity d i-1 (k-1), for the band thickness contour θ n (z; k-1) and for the band flatness s n (z; k - 1) from the previous cycle k - 1 as well
- – den Messwerten für die Außermittigkeit di–1(k), für die Banddickenkontur θn(z; k) und für die Bandplanheit sn(z; k) aus dem aktuellen Zyklus k.The measured values for the eccentricity d i-1 (k), for the band thickness contour θ n (z; k) and for the band flatness s n (z; k) from the current cycle k.
Konkret werden im zweiten Schritt dem dem Gerüst Gi zugeordneten Bandplanheits-Modell die folgenden Daten zugeführt:
- – Außermittigkeits-Messwert di(k) am Einlauf des Gerüsts Gi,
- – angenommene, berechnete oder gemessene Bandzüge am Einlauf sowie am Auslauf des Gerüsts Gi,
- – Banddickenkonturen θi–1(z; k) und θi(z; k) am Einlauf und Auslauf des Gerüsts Gi,
- – Bandzüge am Einlauf und Auslauf des Gerüsts Gi,
- – angenommene oder berechnete Geschwindigkeitsverteilung vi–1(z; k) am Einlauf des Gerüsts Gi,
- – gemessene Walzkraft fi(z; k) im Gerüst Gi,
- – Sollwerte für Bandbreite, Eintrittsdicke in der Bandmitte und Abnahme des Warmbandes (
10 ) im Gerüst Gi.
- - external measurement value d i (k) at the inlet of the framework G i ,
- - assumed, calculated or measured strip tension at the inlet and at the outlet of the gantry G i ,
- Band thickness contours θ i-1 (z; k) and θ i (z; k) at the inlet and outlet of the framework G i ,
- Bandgaps at the inlet and outlet of the gantry G i ,
- Assumed or calculated velocity distribution v i-1 (z; k) at the inlet of the framework G i ,
- Measured rolling force f i (z; k) in the framework G i ,
- - nominal values for bandwidth, entrance thickness in the center of the strip and decrease of the hot strip (
10 ) in the framework G i .
Im dritten Schritt werden den Materialfluss-Modellen dieselben Daten zugeführt werden, wie den Bandplanheits-Modellen Zusätzlich dienen als Eingangsgrößen der Materialfluss-Modelle Reibparameter R, die die Reibverhältnisse in Längs- und Querrichtung im Walzspalt beschreiben.In the third step, the same data will be fed to the material flow models as the band flatness models. In addition, the input variables of the material flow models are friction parameters R, which describe the friction ratios in the longitudinal and transverse direction in the roll nip.
Im vierten Schritt wird im Anschluss an den Teilschritt 4.2) zunächst ein korrigiertes Rest-Banddickenprofil Ωi,korr(z; k) berechnet, indem vom Rest-Banddickenprofil Ωi(z; k) zusätzlich Korrekturwerte ai(z; k), bi(z; k) abgezogen werden, wobei
- – ai(z; k) eine anfängliche Kontur der Arbeitswalzen darstellt,
- – bi(z; k) eine aktuell berechnete thermische und Verschleiß-Balligkeit darstellt,
und wobei in der folgenden Teilschritten des vierten Schrittes das so korrigierte Rest-Banddickenprofil Ωi,korr(z; k) zur Ermittlung der Zielkonturen Hi(z; k), Ki(z; k) verwendet wird.In the fourth step, after the partial step 4.2), a corrected residual strip thickness profile Ω i, corr (z; k) is first calculated by additionally applying correction values a i (z; k) from the residual strip thickness profile Ω i (z; b i (z; k) are subtracted, where
- A i (z; k) represents an initial contour of the work rolls,
- - b i (z; k) represents a currently calculated thermal and wear crown,
and wherein in the following substeps of the fourth step, the thus corrected residual band thickness profile Ω i, corr (z; k) is used to determine the target contours H i (z; k), K i (z; k).
Im fünften Schritt werden der erste und der zweite Teilschritt unabhängig voneinander und parallel zueinander ausgeführt.In the fifth step, the first and the second substep are carried out independently of each other and in parallel with each other.
Weiterhin wird ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen sowie ein mit dem Computerprogrammprodukt programmierter Steuerrechner für eine Walzstraße mit mindestens zwei Walzgerüsten Gi.Furthermore, a computer program product according to the invention for carrying out the method according to the invention is proposed and a control computer programmed for the computer program product for a rolling train with at least two rolling stands G i .
Gegenüber einer nicht-modellbasierten Steuerung und insbesondere gegenüber zwei einzelnen, nicht aufeinander abgestimmten (Teil-)Verfahren für die Bandlaufsteuerung und für die Profil- und Panheitssteuerung ergeben sich mit der erfindungsgemäßen Lösung bpsw. die Vorteile, dass nach erfolgreicher Pilotierung einer Anlage für Folgeanlagen kürzere Inbetriebnahme- und Service-Zeiten benötigt werden und dass eine bessere Extrapolierbarkeit auf ein neues Produktspektrum möglich ist. Weiterhin sind keine oder nur minimale Wechselwirkungen zwischen den beiden Steuerungs-Zielgrößen ”Bandlauf” und ”Profil und Planheit” zu befürchten.Compared with a non-model-based control and in particular with respect to two individual, non-coordinated (partial) method for the tape travel control and for the profile and Panheitssteuerung arise with the inventive solution bpsw. the advantages that, after successful piloting of a plant for downstream plants, shorter commissioning and service times are required and that a better extrapolability to a new product range is possible. Furthermore, no or only minimal interactions between the two control target variables "strip running" and "profile and flatness" are to be feared.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the embodiment described below and with reference to the drawings.
Dabei zeigt:Showing:
In den Figuren sind identische bzw. einander entsprechende Bereiche, Bauteile, Bauteilgruppen oder Verfahrensschritte mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet.In the figures, identical or corresponding areas, components, component groups or method steps are identified by the same reference numerals.
Die
Gemäß
Im Folgenden wird von einem kartesischen Koordinatensystem ausgegangen, wobei die x-Achse des Koordinatensystems der Laufrichtung des Bandes
Vom Steuerrechner
Durch die Sollwerte wird pro Walzgerüst Gi ein auslaufseitiger Walzspaltverlauf beeinflusst, der sich zwischen den Arbeitswalzen
Zur Ermittlung der Sollwerte für die Stellglieder
Die Banddickenkontur θ(z), die in Abhängigkeit von der Position z die Dicke des Bandes
Dabei beschreibt der Koeffizient θ(1) die Keiligkeit des Bandes
Weiterhin sei die Banddickenkontur am Einlauf des Gerüsts Gi mit θi–1(z) und am Auslauf des Gerüsts Gi mit θi(z) bezeichnet (mit 1 ≤ i ≤ n).Furthermore, the band thickness contour at the inlet of the gantry G i is denoted by θ i-1 (z) and at the outlet of the gantry G i by θ i (z) (with 1 ≤ i ≤ n).
Am Auslauf eines Gerüsts Gi weist der plastische Materialfluss des Bandes
Der Koeffizient v
Weiterhin sei eine Abweichung der Bandmitte in z-Richtung von der Walzen- bzw. Gerüstmitte bei z = 0 unmittelbar vor einem Gerüst i mit di–1 bezeichnet.Furthermore, let a deviation of the center of the strip in the z-direction from the center of the roll or frame at z = 0 immediately before a stand i be designated by d i-1 .
Ein Rechenzyklus k des erfindungsgemäßen iterativen Verfahrens weist fünf Einzelschritte 1) bis 5) auf, die bspw. mit Hilfe eines Computerprogramms auf dem Steuerrechner
Schritt 1) Step 1)
Messungen bzw. Messwert-Auswertung und Sollwertvorgabe für die Materialfluss-Geschwindigkeitsverteilung vi(z), wobei für jedes Gerüst Gi sowohl die Materialfluss-Keiligkeiten
Gemessen werden mit Hilfe entsprechender Sensoren bzw. Messwertaufnehmer (nicht dargestellt)
- – die Außermittigkeit di–1 des Bandes
10 vor jedem Gerüst Gi (mit i = 1, ..., n) sowie die Außermittigkeit dn des Bandes nach dem letzten Gerüst Gn, - – die Banddickenkontur θn(z) nach dem letzten Gerüst Gn und
- – die Bandplanheit sn(z) des Bandes
10 nach dem letzten Gerüst Gn.
Measured with the help of appropriate sensors or transducers (not shown)
- - the eccentricity d i-1 of the band
10 before each framework G i (with i = 1, ..., n) and the eccentricity d n of the band after the last framework G n , - - The band thickness contour θ n (z) after the last frame G n and
- - the band flatness s n (z) of the band
10 after the last framework G n .
Die Außermittigkeit di–1 des Bandes
Zusätzlich wird die Banddickenkontur θ0(z) vor dem ersten Gerüst G1 entweder online gemessen, oder aber es werden Schätzungen für θ0(z) verwendet, die bspw. auf vereinzelt durchgeführten Offline- oder Handmessungen basieren.In addition, the tape thickness contour θ 0 (z) in front of the first gantry G 1 is either measured on-line, or estimates are used for θ 0 (z) based, for example, on isolated offline or hand measurements.
In jedem Zyklus k wird im ersten Rechenschritt des in dem Computerprogramm implementierten Steuerungsalgorithmus eine (neue) Soll-Geschwindigkeitsverteilung vi,soll(z; k) am Auslauf eines jeden Gerüsts Gi (mit i = 1, ..., n) vorgegeben.Given at the outlet of each scaffold G i (i = 1, ..., n) in each cycle k a (new) target velocity distribution is in the first calculation step of the implemented in the computer program control algorithm v i, soll (k z) ,
Soll-Geschwindigkeitsverteilung vi,soll(z; k) werden in einer Regelschleife berechnet aus den vorangegangenen Soll-Geschwindigkeitsverteilungen vi,soll(z; k – 1), den Messwerten aus dem vorangegangenen Zyklus k – 1 für die Außermittigkeit di–1(k – 1), die Banddickenkontur θn(z; k – 1) und die Planheit sn(z; k – 1) sowie aus den aktuellen Messwerten aus dem aktuellen Zyklus k.The desired velocity distribution v i, soll (z; k) is calculated in a control loop from the preceding desired velocity distributions v i, soll (z; k-1), the measured values from the preceding cycle k-1 for the eccentricity d i- 1 (k-1), the strip thickness contour θ n (z; k-1) and the flatness s n (z; k-1) and from the current measured values from the current cycle k.
Für den ersten Zyklus (k = 1) können als ”Startwerte”
Schritt 2)Step 2)
Im Schritt 2 erfolgt die Berechnung von Sollwerten für die Zwischengerüst-Banddickenkonturen θi(z; k), wobei sowohl die Banddicken-Keiligkeiten
Hier werden geeignete Sollwerte für die Banddickenkonturen θi(z; k), i = 1, ..., n – 1, an den Ausläufen der Gerüste Gi, i = 1, ..., n – 1, berechnet. Mit Hilfe eines physikalischen Bandplanheits-Modells
Here, suitable setpoint values for the strip thickness contours θ i (z; k), i = 1,..., N-1, at the outlets of the stands G i , i = 1,..., N-1, are calculated. Using a physical band flatness model
Bei dem Modell
Dem dem Gerüst Gi zugeordneten Modell
- – Außermittigkeits-Messwerte di(k) am Einlauf des Gerüsts Gi,
- – angenommene, berechnete oder gemessene Banddickenkonturen θi–1(z; k) und θi(z; k) am Einlauf und Auslauf des Gerüsts Gi,
- – angenommene, berechnete oder gemessene Bandzüge am Einlauf und Auslauf des Gerüsts Gi,
- – angenommenes oder berechnetes Geschwindigkeitsprofil vi–1(z; k) am Einlauf des Gerüsts Gi,
- – gemessene Walzkraft im Gerüsts Gi,
- – Rechen- bzw. Sollwerte für Bandbreite, Eintrittsdicke (in der Bandmitte) und Abnahme im Gerüst Gi.
- - external measurement values d i (k) at the inlet of the framework G i ,
- Assumed, calculated or measured strip thickness contours θ i-1 (z; k) and θ i (z; k) at the inlet and outlet of the gantry G i ,
- - assumed, calculated or measured strip tension at the inlet and outlet of the gantry G i ,
- Assumed or calculated velocity profile v i-1 (z; k) at the inlet of scaffold G i ,
- Measured rolling force in the framework G i ,
- - Calculation or setpoint values for bandwidth, entrance thickness (in the middle of the tape) and decrease in the framework G i .
Die Geschwindigkeitsverteilung v0(z), die dem Bandplanheits-Modell
Mittels der Modelle
Für den Fall, dass dieser Vergleich ergibt, dass die Rechenwerte für die Geschwindigkeitsverteilungen vi(z; k) nicht innerhalb eines Toleranzbereiches, d. h. zwischen einem Maximal- und einem Minimalwert, um diese Sollwerte liegen, werden die Banddickenkonturen θ1(z) bis θn–1(z; k) modifiziert, bis der Vergleich eine hinreichende Übereinstimmung ergibt. In the event that this comparison shows that the computational values for the velocity distributions v i (z; k) are not within a tolerance range, ie between a maximum and a minimum value, around these nominal values, the band thickness contours θ 1 (z) to θ n-1 (z; k) until the comparison gives a sufficient match.
Für den Fall, dass der Vergleich ergibt, dass die Rechenwerte für die Geschwindigkeitsverteilungen vi(z; k) tatsächlich innerhalb des Toleranzbereiches um die Zielwerte liegen, wird zum Schritt 3) übergegangen, wo die im Rahmen des beschriebenen Vergleichs ermittelten Banddickenkonturen θi(z; k) weiter verwendet werden.In the event that the comparison reveals that the calculated values for the velocity distributions v i (z; k) are actually within the tolerance range around the target values, the method goes to step 3), where the band thickness contours θ i determined in the context of the described comparison. z; k) continue to be used.
Schritt 3)Step 3)
Berechnung der Walzkraftverteilung fi über die Bandbreite für jedes Gerüst Gi (vgl.
Jedem Gerüst Gi ist ein physikalisches Materialfluss-Modell
Each framework G i is a physical material flow model
Die Reibparameter R sind Modell-Adaptionsparameter, die so bestimmt werden, dass der Gesamtalgorithmus die gemessene Banddickenkontur und die gemessene Bandplanheit nach dem letzten Gerüst möglichst gut vorhersagt.The friction parameters R are model adaptation parameters that are determined so that the overall algorithm predicts the measured strip thickness contour and the measured strip flatness after the last stand as well as possible.
Die Materialfluss-Modelle
Wie im Schritt 2) wird auch hier für das Geschwindigkeitsprofil vor dem ersten Gerüst v0 (z) = 0 angenommen.As in step 2), 0 (z) = 0 is also assumed here for the velocity profile in front of the first framework v.
Mit Hilfe der Materialfluss-Modelle
Die Hauptunsicherheit in der Modellierung des Materialflusses im Walzspalt liegt in den Reibverhältnissen im Walzspalt, sowohl in Walzrichtung als auch quer zur Walzrichtung. Die Reibparameter R sind daher die hauptsächlichen Modell-Adaptionsparameter.The main uncertainty in the modeling of the material flow in the roll gap lies in the friction conditions in the roll gap, both in the rolling direction and transverse to the rolling direction. The friction parameters R are therefore the main model adaptation parameters.
Schritt 4)Step 4)
Berechnung der Zielkontur für die symmetrischen und asymmetrischen Banddickenkontur-Stellglieder
Die
The
Diese Abplattung Δi(z; k) wird in einem Subtrahierer
Das Ergebnis des Subtrahierers
Die verbleibenden Banddickenkonturen sind die Zielkonturen Hi(z; k), Ki(z; k), die mit den symmetrischen und den asymmetrischen Stellglieder
Schritt 5)Step 5)
Berechnung der Sollwerte für die Bandlauf-Stellglieder
Der fünfte Schritt unterteilt sich in zwei analog ablaufende Teilschritte
The fifth step is subdivided into two analogous sub-steps
Dabei werden für jedes Gerüst Gi bspw. mit Hilfe einer sog. ”Least Squares” Optimierung
Für den Fall, dass für ein Gerüst mehrere unabhängige Bandlauf-Stellglieder vorhanden sind, bspw. Schwenken und asymmetrisches Biegen, kann in dem Optimierungsschritt Schritt 5 die optimale Kombination dieser Stellglieder ermittelt werden.In the event that a plurality of independent tape drive actuators are present for a framework, for example. Panning and asymmetric bending, in the optimization step 5, the optimum combination of these actuators can be determined.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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