DE19545262A1 - Einrichtung zum Betrieb einer mehrgerüstigen Walzstraße - Google Patents
Einrichtung zum Betrieb einer mehrgerüstigen WalzstraßeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Betrieb
einer mehrgerüstigen Walzstraße. Die Einrichtung kann dabei
sowohl in einer Kaltwalzstraße als auch in anderen Walzwerken,
z. B. in einem Warmwalzwerk eingesetzt werden.
Die Inbetriebnahme- und Optimierungsphase, aber auch der
Betrieb nach einer Modernisierung bei einem Wiederanwalzen
einer mehrgerüstigen Walzstraße bereitet Schwierigkeiten. Zum
einen stellen die einzelnen Gerüste Stellglieder mit eigener
walztechnologischer Intelligenz, d. h. eigenständiger Regelung
(bei lediglich übergeordneter Sollwertgebung) dar, die sich
auch in getrennter Zuordnung von Regelungs- und Steuer-Hardware
zu den einzelnen Gerüsten dokumentiert, so daß das
Zusammenspiel der einzelnen Gerüste und deren
Bedienungspersonal bis zum Erreichen eines optimalen
Walzvorgangs ein gehöriges Maß an Zeit und Aufwand erfordert.
Zum anderen gefährdet die Testphase infolge von noch nicht
festgelegten Betriebsparametern die Anlage.
Es ist deshalb sinnvoll, Regelungsvorgänge vorab an Modellen zu
testen.
Dazu sind bisher lediglich generell mechanische Teilmodelle
entwickelt worden. Mechanische Modelle sind sehr kostenintensiv
und können auch nicht ohne weiteres zu einer die gesamte
Walzstraße umfassenden Modellanlage zusammengeschaltet werden.
Das Vervielfachen von Hardwaremodellen, z. B. für eine 5- oder
6-gerüstige Tandemstraße ist auch sehr teuer. Daher werden zur
Zeit alle technologischen Regelungen dezentral gebaut (also in
mehreren verschiedenen Elektronikschränken) und von mehreren
Personen getestet und in Betrieb genommen. Dies verlangt eine
sehr straffe Koordination der Tätigkeit der beteiligten
Personen.
Darüber hinaus sind zumeist die Ersteller der mechanischen
Modelle und die Anwender nicht die gleiche Person. Sie gehören
in der Regel auch zu verschiedenen Firmen. Es ist aber sehr
wichtig, daß der Regelungsspezialist seinen eigenen Simulator
(Stellglied) mathematisch und physikalisch kennt, damit er
seine Regelungen optimal einstellt. Dies ist zur Zeit oft nicht
gewährleistet.
Soweit Softwaremodelle (in mathematischer Beschreibung von
Einzelelementen einer Walzstraße) bisher angewendet wurden,
sind sie für den Walzwerkspraktiker in schwer zu verstehenden
Programmiersprachen (z. B. Assembler o. ä.) erstellt worden.
Diese Modellprogramme laufen außerdem meistens auf speziellen
Rechnern und sind daher nicht kompatibel mit den üblichen
Anwenderprozessoren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum
Betrieb einer mehrgerüstigen Walzstraße anzugeben, mit der der
Aufwand und die Zeit für die Einzelfunktionstests und für die
Inbetriebnahme einschließlich der Optimierungsphase sowie für
ein erneutes Anwalzen, z. B. nach Modernisierungen an der
Walzstraße, deutlich verringert wird und gleichzeitig eine
gefahrlose Schulung des Betreiberpersonals während des
Betriebes sowie eine leichte und sichere Funktionserweiterung
ohne Beschädigung von Elementen der Walzstraße möglich ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1
gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Damit ist vorteilhafterweise eine kompakte Bauweise von sonst
umfangreichen Anlagenteilen möglich. So kann sich der Aufwand
um ca. 30% reduzieren. Die Personalkosten in der Software
erstellung und Implementierung sowie die Hardwarekosten werden
ebenfalls um etwa die Hälfte verringert. Infolge des Einsatzes
des einfachen, als physikalische Nachbildung der walzwerks
technologischen Zusammenhänge konzipierten Simulations-Modells
in Verbindung mit der zentralen Regelungsvorrichtung können
alle Funktionen im geschlossenen Regelkreis mit allen
Stellgliedern und durch Simulation der Mechanik auf dynamisches
Verhalten mit wenig Personal, d. h. in der Regel von einem
einzigen Spezialisten, projektiert und optimiert werden.
Gleichzeitig wird eine schnelle und sichere Projektierung und
Inbetriebnahme der Walzstraße durch ständige begleitende Tests
mit dem Simulations-Modell erreicht. Es ergibt sich somit eine
leichte und effektive Schulung des Personals sowohl hersteller
als auch betreiberseitig. Eine sichere Funktionserweiterung der
Walzstraße ist durch eine Primärprüfung anhand des Simulations-
Modells jederzeit durchführbar. Eine Optimierung der Visuali
sierung für den Anlagenbediener (Walzer) durch wiederholte
Walzsimulation während der Testphase kann erreicht werden.
Vorab-Vorführungen der Walzstraße in weitgehend simuliertem
Betrieb sind jederzeit möglich. Die zentrale Regelungs
vorrichtung ist gleichzeitig die Zentrale für alle relevanten
technologischen Meßgrößen. Damit lassen sich wichtige Meßwerte
und Zustände in Echtzeit erfassen und auswerten. Diese
Erfassung (über einen PC) ist um ein Vielfaches kostengünstiger
und zeitechter als mittels der bisher verwendeten Systeme. Beim
Wiederanwalzen einer modernisierten Walzstraße wird die
Walzmannschaft an dem Simulations-Modell geschult, so daß in
der Lernphase, trotz möglicher Fehlbedienung, keine
mechanischen Schäden verursacht werden. Dadurch ist die
Lernphase beim Betreiberpersonal sehr kurz und effektiv.
Walzmotoren, Walzspaltsysteme und Arbeitswalzenbiegungen sind
als Stellglieder ohne eigene technologische Intelligenz
ausgebildet. Damit wird von einer Stelle, nämlich nur von der
zentralen Regelungsvorrichtung, die gesamte Walztechnologie
geregelt und beeinflußt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Einrichtung nach der Erfindung
sind in den Ansprüchen 2 bis 14 angegeben.
Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Anordnung von Geräten für eine Simulation mit
dem Simulations-Modell und der zentralen
walztechnologischen Regelungsvorrichtung,
Fig. 2 das Prinzipschaltbild einer Anbindung des
Simulations-Modells an die walztechnologischen
Regelungen,
Fig. 3 das Prinzipschaltbild eines Grundmodells zur
Antriebsregelung innerhalb des Simulations-Modells
und
Fig. 4 das Prinzipschaltbild für ein Bandverlaufmodell
innerhalb des Simulations-Modells.
In Fig. 1 ist eine zentrale Regelungsvorrichtung 1 für eine
mehrgerüstige Walzstraße (z. B. eine 4-gerüstige Tandemstraße)
in prinzipieller Andeutung von Elektronik-Regelungsmagazinen
dargestellt. In einer solchen zentralen Regelungsvorrichtung
sind folgende Regelungen und Funktionen zusammengefaßt:
- - Alle Dickenregelfunktionen für die einzelnen Gerüste mit einzelnen Dickenvorsteuerungen und Monitorregelungen.
- - Walzkraftabhängige Walzgutzugsollwertadaption.
- - Automatische Setupadaption (Setupoptimierung).
- - Automatische Speicherung von verwendeten Sollwerten für einen Stichplanspeicher und walzgutlängenabhängige Erfassung von Meßwerten für einen Prozeßrechner.
- - Walzkraftabhängige Biege-Sollwertvorgabe für Arbeitswalzenbiegung.
- - Fließend umschaltbare Walzgutzugregelungen über Walzspalt und über Walzgeschwindigkeit.
- - Walzgutverfolgung für die Ein- und Ausfädelphase des Walzguts.
- - Einfädel- und Ausfädeltechnologie mit automatischer Walzgutzugaufbau- und Walzgutzugabbauregelung; automatische Walzkraftentlastung.
- - Halbautomatische Lastverteilung in den Gerüsten mit automatischer Anpassung der entsprechenden Dickensollwerte.
- - Erfassung und Aufbereitung von Meßwerten für eine graphische Auswertung.
- - Serieller Datenaustausch mit Dickenmeßgeräten.
- - Bildung von Zusatzwerten für die Stellglieder einer Anstellungsregelung, einer Geschwindigkeitsregelung der Walzmotoren und einer Arbeitswalzenbiegung.
Ferner wird in der zentralen Regelungsvorrichtung 1 eine
Erfassung und eine vorbereitende Visualisierung aller
walztechnologischen Meßwerte und Walzzustände mit einem nach
walztechnologischen Bedürfnissen aufgebauten
Visualisierungsbild vorbereitet und über eine
Übertragungsleitung 11 von einem Karten-PC 13 an einen
Anzeigemonitor 12 übertragen.
Ferner ist bei der zentralen Regelungsvorrichtung 1 über eine
weitere Verbindungsleitung 8 ein serieller Datenaustausch mit
einem Walzprogrammrechner 3 (z. B. einen Stichplanspeicher oder
ein mathematisches Walzmodell) vorgesehen.
Zusätzlich erfolgt von der zentralen Regelungsvorrichtung
eine serielle oder parallele Kommunikation mit einem
Simulations-Modell 2 über Link-Leitungen 7.
Außerdem läuft von der zentralen Regelungsvorrichtung 1 eine
Verbindungsleitung 10 zu einem einen Bildschirm 6 und einen
(nicht näher dargestellten) Drucker aufweisenden PC 5 zur
Auswertung bzw. Aufzeichnung von Prozeßvariablen und -signalen.
Schließlich ist die zentrale Regelungsvorrichtung 1 über eine
Verbindungsleitung 9 mit einem zentralen Test-Steuer-Pult 4
verbunden.
Das Simulations-Modell 2 umfaßt als Nachbildungen mehrere oder
sämtliche folgende Glieder, die walztechnologisch entsprechend
der Reihenfolge der Gerüste innerhalb der Walzstraße mitein
ander verbunden sind und an die zentrale Regelungsvorrich
tung 1 ihre Istwerte in Realzeitverhalten abgeben:
- - Stromrichtergespeiste Walzmotoren mit ihrer Drehzahlregelung und ihrem Stromreglerverhalten sowie mit zusätzlicher Verformung- und Bandzugbelastung unter Berücksichtigung gegenseitiger Lastbeeinflussung über das Walzgut.
- - Walzkraftmodelle der Gerüste mit Einflüssen von Walzspalt, Walzgeschwindigkeit, Rück- und Vorzug und Vorverformung.
- - Positionsregelungen der Anstellung und der Walzspaltregelung der Gerüste.
- - Zugistwertbestimmung des Walzguts mit einer Materialflußverrechnung und Geschwindigkeitseinfluß.
- - Walzgutlaufzeitnachbildung und -auswirkung auf Motorbelastung, Walzspalt und Zugistwerte des Walzguts.
- - Leitsollwertgeber mit einer Funktion "konstante Walzgutanfangs- und Walzgutendgeschwindigkeit".
- - Arbeitswalzenbiegung.
- - Handkorrekturen auf die Walzgeschwindigkeit.
Die jeweilige Anzahl der vorgenannten Glieder ist dabei durch
die entsprechenden Elemente der zu betreibenden Walzstraße
vorgegeben.
Die lauffähigen Simulatorprogramme der einzelnen Glieder des
Simulations-Modells liefern folgende Meßwerte: Bandzüge,
Walzkräfte, Walzgeschwindigkeiten, Leitsollwert, Biegeistwerte,
Dickenabweichungen, Motorströme (im die Motoren speisenden
Stromrichter) und Ventilströme der hydraulischen
Anstellungsregelung.
Damit die Modelle dem Simulations-Modell 2 die obengenannten
Signale liefern können, brauchen sie u. a. folgende Werte und
Signale: Banddicke vor dem ersten Walzgerüst, Walzspaltposition
der einzelnen Gerüste (Setup-Wert). Positionzusatzwerte für die
Seiten A und B der Walzen, Geschwindigkeitszusatzwerte für die
einzelnen Gerüste, Biegesollwerte für die Walzen der einzelnen
Gerüste, Walzgutverfolgungssignale für die Position des
Walzguts beim Eintritt in den bzw. beim Austritt aus dem
jeweiligen Walzspalt sowie ein Signal, daß der Leitsollwert
größer als Null ist (LSW < 0), nämlich, daß die Anlage in
Betrieb ist. Alle diese Signale und Daten werden über die
Linkverbindungen 7 zwischen dem Simulations-Modell 2 und der
zentralen Regeleinrichtung 1 ausgetauscht.
Fig. 2 zeigt die prinzipielle Anbindung einer im Simulations-
Modell 2 nachgebildeten Walzstraße, hier am Beispiel einer
Tandemstraße mit vier Gerüsten G1 bis G4, an die zentrale
Regelungsvorrichtung 1 und die Verbindungen zum Karten-PC 13
mit dem Anzeigemonitor 12.
Das Simulations-Modell 2 umfaßt Walzspalt-Modelle für die
Gerüste G1 bis hier z. B. G4. Diese Modelle geben entsprechende
Istwerte XFW1 bis XFW4 der Walzkraft an die zentrale
Regelungsvorrichtung 1 ab und dort speziell an eine
Materialflußverfolgung MFV, an Walzkraftregelungen FW-Reg für
die Gerüste G1 bis G4, an Sollwertgeber W-Bieg für die
Walzenbiegungen der Gerüste G1 bis G4 und an die
Dickenregelungen DR1 und DR4 für die Gerüste G1 und G4. Zu
diesem Zweck erhalten die Walzspalt-Modelle entsprechende
Istwerte XWSP1 bis XWSP4 von Modellen einer
Anstellungsregelung. Die Walzspalt-Modelle für die Gerüste G1
bis G4 liefern außerdem Walzspaltist
werte XS1 bis XS4 an Modelle für Bandzugistwerte XFZ1/2 und
XFZ3/4 zwischen den Gerüsten G1 und G2 bzw. G3 und G4. Diese
Bandzugistwerte XFZ1/2 und XFZ3/4 gehen in die zentrale
Regelungsvorrichtung 1 und zwar an die Materialflußverfolgung
MFV und an die Bandzugregelungen FZ-Reg für die Bandzüge
zwischen den Gerüsten G1 und G2, G2 und G3 sowie G3 und G4.
Das Simulations-Modell 2 umfaßt ferner Modelle der Walzmotoren
für die Walzen in den Gerüsten G1 bis G4. Diese Modelle für die
Walzmotoren erhalten von einem Modell LSW den übergeordneten
Leitsollwert XLSW. Außerdem werden ihnen von den
Bandzugregelungen FZ-Reg Stellbefehle Delta V1 bis Delta V4 für
Drehzahlabweichungen der Walzmotoren sowie die Bandzugistwerte
XFZ1/2 und XFZ3/4 von den Modellen für die Bandzugistwerte für
die Bandzüge zwischen den Gerüsten G1 und G2 bzw. G3 und G4
zugeführt. Die Modelle für die Walzmotoren liefern
entsprechende Drehzahlistwerte XV1 bis XV4 der Walzmotoren der
Gerüste G1 bis G4 an die Modelle für die Bandzugistwerte und an
die Materialflußverfolgung MFV sowie Drehzahlistwerte XV1 und
XV4 der Motoren der Gerüste G1 und G4 an ein Modell von
Dickenabweichungen am Gerüst G1 und am Gerüst G4.
Das Modell der Dickenabweichungen am Gerüst G1 und am Gerüst G4
gibt die aus den Istwerten der Motordrehzahlen XV1 und XV4
ermittelten Dickenabweichungen Delta H1 und Delta H4 an die
Dickenregelungen DR1 und DR4 innerhalb der zentralen
Regelungsvorrichtung 1.
In der zentralen Regelungsvorrichtung 1 beeinflussen die
Dickenregelungen DR1 und DR4 mit Signalen Delta WS1 und
Delta WS4 entsprechend der Abweichung des Walzspalts an den
Gerüsten G1 und G4 und die Bandzugregelungen FZ-Reg eine SW
(Sollwert)-Anstellung für die Walzspalte der einzelnen Gerüste
G1 bis G4, die Walzspalt-Zusatzsollwerte Delta WS1 bis Delta
WS4 entsprechend den Abweichungen der Walzspalte an den
Gerüsten G1 bis G4 an die Modelle der Walzmotoren abgibt.
Die Materialflußverfolgung MFV steuert innerhalb der zentralen
Regelungsvorrichtung 1 die Bandzugregelungen FZ-Reg, die SW
(Sollwert-)Anstellung für die Walzspalte, die Dickenrege
lungen DR1 und DR4 für die Gerüste G1 und G4, die
Walzkraftregelung FW-Reg sowie die Sollwertgeber W-Bieg, die
Walzen-Biegesollwerte WBieg1 bis WBieg4 für die Gerüste G1 bis
G4 an Modelle für die Biegeregelung innerhalb des Simulations-
Modells 2 liefern. Daraus ermitteln diese Modelle für die
Biegeregelung die Istwerte XBieg1 bis XBieg4 der
Walzenbiegungen an den einzelnen Gerüsten G1 bis G4.
Sowohl die Walzspaltmodelle, die Bandzugistwertmodelle, das
Leitsollwertmodell, die Modelle für die Dickenabweichungen an
den Gerüsten G1 und G4 als auch die Modelle der Biegeregelung
geben - wie in Fig. 2 gezeigt - die durch sie ermittelten
Simulationsgrößen an den Karten-PC 13, durch den diese auf dem
Anzeigemonitor 12 visualisierbar sind. Gleiches geschieht mit
den Ausgangsgrößen der einzelnen Glieder der zentralen
Regelungseinrichtung 1, nämlich der Materialflußverfolgung MFV,
den Bandzugregelungen FZ-Reg, den mit SW-Anstellung
bezeichneten Sollwertgebern für die Walzspaltanstellungen, die
Dickenregelungen an den Gerüsten G1 und G4, den Sollwertgebern
W-Bieg für die Walzenbiegungen und den Walzkraftregelungen FW-
Reg (die die Walzkraftsollwerte WFW1 bis WFW4 für die einzelnen
Gerüste G1 bis G4 abgeben).
Von dem physikalischen Simulations-Modell, bei dem eher die
tendentielle Richtigkeit der erzeugten Signale und die
dynamischen Zusammenhänge und nicht so sehr die metallurgisch
exakte Berechnung im Vordergrund stehen, können einzelne
Glieder ausgeblendet werden, um bestimmte Sonderfälle zu
simulieren. Anstelle der ausgeblendeten Glieder des
Simulations-Modells 2 ist es möglich, entsprechende in der
Walzstraße erfaßte Istwerte, nämlich reale Meßgrößen zu
verwenden. So kann damit z. B. in einer Schulungsphase für das
Betreiberpersonal der Walzstraße ein allmählicher Übergang vom
simulierten zum tatsächlichen Betrieb erreicht werden.
In Fig. 3 ist der prinzipielle Aufbau einer Modell-Nachbildung
eines über einen Stromrichter gespeisten Walzmotors mit seiner
Antriebsregelung (Drehzahlregelung mit unterlagerter
Ankerstromregelung) innerhalb des Simulations-Modells 2
gezeigt. Der Walzmotor verhält sich wie ein Integrator. In
Fig. 3 stellt deshalb ein Integrator 23 den nachzubildenden
Walzmotor dar. Die Ausgangsvariable des Integrators 23 ist der
Drehzahl des Walzmotors oder auch der Walzgutgeschwindigkeit
proportional. Die positive Eingangsvariable des Integrators 23
entspricht dem Ankerstrom (elektrische Arbeit), der von dem
Stromrichter an den Walzmotor geliefert wird. Das negative
Eingangssignal des Integrators 23 entspricht der mechanischen
Arbeit, die der Walzmotor verrichten muß, um die
Geschwindigkeit halten zu können. Wenn beide Eingangssignale am
Integrator 23 gleich groß sind, entspricht dieses dem Zustand
"Summe aller Drehmomente gleich Null", und der Motor dreht mit
konstanter Geschwindigkeit weiter. Wenn beide Eingangssignale
nicht gleich groß sind, bedeutet das, daß ein resultierendes
Drehmoment vorhanden ist, das heißt der Walzmotor wird
beschleunigt oder verzögert. Die Hochlaufzeit des Integra
tors 23 entspricht der Hochlaufzeit des Walzmotors.
Das in Fig. 3 gezeigte VZ1-Glied 22 bildet das Verhalten einer
Stromrichterbrücke mit einem den Ankerstrom regelnden
Stromregler nach. Mit K ist dabei die einstellbare
Stromrichterverstärkung und mit T1 die Verzögerungszeit der
Regelstrecke (z. B. durch einen vorhandenen Transformator, die
Motorinduktivität und das Verhalten des Ankerstromreglers des
Walzmotors) bezeichnet.
Ein dem Drehzahlregler eines realen Motors entsprechender PI-
Regler 21, dem die Regelabweichung zwischen einem vorgegebenen
Drehzahlsollwert WV und dem am Ausgang des Integrators 23
anstehenden Drehzahlistwert XV zugeführt ist, steht hier
gleichzeitig als Erzeuger von Walz- und Beschleunigungsstrom.
Eine getrennte Beschleunigungsaufschaltung ist nicht
vorgesehen, kann jedoch ohne weiteres eingebaut werden. Dafür
muß das Leitsollwertgeber-Modell (siehe Fig. 2) ein
Beschleunigungssignal entsprechend den Walzdaten liefern. Die
Proportional- und Integral-Parameter des PI-Reglers 21
entsprechen den Größen der Drehzahlregler in den
Antriebsregelungen innerhalb der Walzstraße.
Ein Motorbelastungsmodell, das in Fig. 3 die negativ auf den
Integrator 23 aufgeschaltete Größe D liefert, berücksichtigt,
daß der Walzmotor durch die Walzgutverformungs- und
Walzgutzugmomente belastet ist. Das Verformungsmoment ist
proportional zum Verformungsvolumen (Eingangsdicke minus
Ausgangsdicke mal Bandbreite) und zur entstandenen Walzkraft.
Der Walzmotor wird vom Rückzug des Walzguts belastet und durch
Vorzug des Walzguts entlastet. Die Differenz der beiden Züge
wirkt als Walzgutzugmoment auf die Motorwelle. Die drei Größen
Verformung, Rückzug und Vorzug müssen additiv
steilheitsbegrenzt zum Motormodell hinzugefügt werden. Die
Zuschaltung der Belastungsmodelle auf den negativen Eingang des
Integrators 23 muß über ein Signal der verwendeten
Walzgutverfolgung stattfinden. Die Belastung selbst muß zuerst
die Walzgutverformung ohne Rückzug enthalten. Diese Verformung
berechnet sich aus der Dickendifferenz zwischen ein- und
auslaufender Walzgutdicke (Walzgutquerschnitt). Der einlaufende
Walzgutquerschnitt eines Gerüsts ist der auslaufende
Querschnitt des davorliegenden Gerüstes. Der einlaufende
Querschnitt muß zu einem Walzgutsegment gehören. Eine
Walzgutsegmentverfolgung muß daher die Walzgutquerschnitte
speichern und walzgutgeschwindigkeitsabhängig transportieren
(Walzgutsegmentmodell). Der Walzkraftanstieg bzw. die Belastung
hat eine Steilheit, die durch ein Steilheitsbegrenzungselement
simuliert werden kann. Sollte die Reibung der Stützwalzen
zusätzlich noch nachgebildet werden, müßte ein
Differenzierglied den Walzkraftanstieg erfassen und das
Ausgangssignal dieses Gliedes additiv noch zusätzlich
eingegeben werden.
Der Walzgutzug zwischen zwei Gerüsten ist das Integral der
augenblicklichen Materialflußdifferenz, die in einem Walzspalt
entsteht. Damit zwischen zwei Walzgerüsten ein Walzgutzug
entstehen kann, muß mindestens einmal das eine Walzgerüst mehr
Materialmenge verlangt haben, als das davorliegende Gerüst
geliefert hat. Es gilt, daß der Wert aus
mit He = Eingangsdicke, Ha = Ausgangsdicke,
Ve = Einlaufsgeschwindigkeit, Va = Auslaufsgeschwindigkeit des
Walzguts, direkt proportional zum Walzgutzug ist. Da aber das
einlaufende Walzgut neu gestreckt werden muß, wird der
erzeugende Walzgutzug vom einlaufenden Walzgut wieder
entspannt. Das gesamte Verhalten entspricht in erster Näherung
einer Kombination eines Integrators mit einem "Entladevorgang",
der sich walzgutgeschwindigkeitsabhängig verhält. Als (hier
nicht gezeigtes) Rechenmodell für eine Walzgutzugnachbildung
kann ein Summierer verwendet werden, der zunächst die
augenblickliche Massenflußdifferenz im Walzspalt berechnet.
Nachträglich wird diese Massenflußdifferenz durch ein VZ1-Glied
behandelt. Das VZ1-Glied beinhaltet die Kombination einer
integralen und einer proportionalen Funktion, die genau der
benötigten Nachbildungsfunktion entspricht. Zusätzlich wird für
die Verstärkung (Entladecharakteristik) die
Walzgutgeschwindigkeit, die absolute Verformung und für die
Anstiegszeit die Walzgutdicke verwendet.
Um eine reale Beeinflussung der Verformung im Walzspalt und die
zugehörige Auswirkung im nächsten Gerüst nachbilden zu können,
werden die gewalzten Walzgutabschnitte dickenmäßig zweckmäßig
für ein in Fig. 4 gezeigtes Walzgutverlaufsmodell in zwei
Schieberegister 25, 26 eingegeben (A: Walzgutdicke
Antriebsseite, B: Walzgutdicke Bedienungsseite). Die
Genauigkeit der Abbildung hängt von der Anzahl der verwendeten
Speicher in den Schieberegistern 25, 26 ab. Die Taktfrequenz
für die jeweiligen Schieberegister wird aus den
Walzgutgeschwindigkeiten abgeleitet. Z.B: es wird die
Anstellung des Gerüstes G1 verfahren, und es entsteht eine
entsprechende Walzgutdicke im Walzspalt des Gerüsts G1, die mit
einer bestimmten Walzgutgeschwindigkeit VS in Richtung des
Gerüsts G2 wandert. Der Abstand zwischen den Gerüsten G1 und G2
sei m. Die Durchlaufzeit bei maximaler Walzgutgeschwindigkeit
VS ist dann
t1 = in : VSmax.
Wenn die Schieberegister 25, 26 z. B. 22 Register besitzen, muß
die gespeicherte Walzgutdicke in der Zeit t1 die Strecke m
zurückgelegt haben bzw. durch alle 22 Register getaktet worden
sein (A′: Banddicke Antriebsseite nach Gerüstabstand,
B′: Banddicke Bedienungsseite nach Gerüstabstand). Das heißt bei einer maximalen Walzgutgeschwindigkeit VSmax muß in der Zeit t1 : 22 der gespeicherte Wert von einem Register zum anderen getaktet werden. Der entsprechende Zeittakt wird durch einen Integrator 24, dem die entsprechende Walzgutgeschwindigkeit VS vorgegeben wird und dessen Zeitkonstante mit Tn einstellbar ist, gewährleistet. Mit a ist in Fig. 4 ein Initialisierungssignal für die Schieberegister 25, 26 bezeichnet.
B′: Banddicke Bedienungsseite nach Gerüstabstand). Das heißt bei einer maximalen Walzgutgeschwindigkeit VSmax muß in der Zeit t1 : 22 der gespeicherte Wert von einem Register zum anderen getaktet werden. Der entsprechende Zeittakt wird durch einen Integrator 24, dem die entsprechende Walzgutgeschwindigkeit VS vorgegeben wird und dessen Zeitkonstante mit Tn einstellbar ist, gewährleistet. Mit a ist in Fig. 4 ein Initialisierungssignal für die Schieberegister 25, 26 bezeichnet.
Ein (hier nicht gezeigtes) Walzspaltmodell stellt das
Verhältnis zwischen Walzspaltgröße und Walzkraft dar. Die
Walzkraft ist das Ergebnis einer absoluten und einer relativen
Verformung des Walzguts, das einen Verformungswiderstand
aufweist. Dieser Widerstand sinkt mit der Zunahme des Rückzuges
und des Vorzuges und ist walzgutgeschwindigkeitsabhängig. Beim
Anstechen der Walzgutspitze im Walzspalt entsteht ein
Walzkraftanstieg. Der Walzkraftanstieg bei einer
Walzspaltregelung unterscheidet sich von einer klassischen
Anstellungsregelung. Die klassische Anstellung bildet den
Walzspalt aus Verstellung der Anstellposition und Auffedern des
Gerüstes. Die Walzspaltregelung erfaßt den Abstand der
Arbeitswalzenzapfen und hält ihn konstant. Damit ist das
Elastizitätsmodul kompensiert und braucht von der Walzgutzug-
oder Dickenregelung nicht nachgeregelt zu werden.
Bei einem Modell einer Anstellungsregelung kann die Anstellung
eine elektromotorische, eine hydraulische Anstellungsregelung
oder eine direkte Walzspaltregelung zur Voraussetzung haben.
Jedes dieser Stellglieder verhält sich anders. Z.B. behält eine
elektromotorische Anstellung bei Anstechen die Position und der
Walzspalt ändert sich nur durch das Elastizitätsmodul des
Gerüstes. Eine hydraulische Regelung geht beim Anstich
kurzzeitig auseinander und regelt wieder auf die alte
Postition, bleibt jedoch um die elastische Dehnung auseinander.
Eine Walzspaltregelung geht beim Anstich auseinander und regelt
theoretisch auf die gleiche Anstichöffnung unabhängig vom
Elastizitätsmodul. Diese Abhängigkeiten müssen in den Modellen
entsprechend den jeweiligen realen Gegebenheiten der Walzstraße
eingebaut werden.
Selbstverständlich ist der zuvor beschriebene Betrieb einer
mehrgerüstigen Walzstraße auch bei einer eingerüstigen
Walzstraße durchführbar.
Claims (14)
1. Einrichtung zum Betrieb einer mehrgerüstigen
Walzstraße,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die gesamte Walzstraße in den technologischen Zusammenhängen der einzelnen Gerüste in einem einzigen physikalischen Simulations-Modell gegliedert nachgebildet ist und
- - daß das Simulations-Modell mit einer zentralen Regelungsvorrichtung verbindbar ist, die für die gesamte technologische Regelung der Walzstraße allein zum Einsatz kommt und die wahlweise einzelne Funktionen innerhalb jedes Gerüsts oder einzelner Gerüste entweder über Stellglieder der Walzstraße oder in entsprechenden Gliedern des Simulations-Modells steuert.
2. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Simulations-Modell Sollwerte für die
Eingangsdicke des Walzguts in die Walzstraße, die
Walzspaltpositionen der einzelnen Gerüste,
Geschwindigkeitswerte der Walzen der einzelnen
Gerüste, Biegewerte der Walzen der einzelnen
Gerüste sowie Walzgutverfolgungssignale für den
Eintritt des Walzguts in bzw. den Austritt des
Walzguts aus dem jeweiligen Walzspalt zur Verfügung
stehen.
3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet
daß das Simulations-Modell Istwerte für den Zug des
Walzguts, die Walzkräfte, die Walzgeschwindigkeiten,
die Biegewerte der Walzen, der Dickenabweichungen des
Walzguts und der Ströme der Antriebe der einzelnen
Gerüste abgibt.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet
daß einzelne Glieder des Simulations-Modells
ausblendbar sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet
daß ausgeblendete Glieder des Simulations-Modells
durch Einblendung entsprechender Istwerte (reale
Meßgrößen) aus der Walzstraße ersetzt sind.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet
daß das Simulations-Modell als Nachbildungen mehrere
oder sämtliche folgende Glieder umfaßt, die
walztechnologisch miteinander verbunden sind und an
die zentrale Regelvorrichtung ihre Istwerte in
Realzeitverhalten abgeben:
- - Stromrichtergespeiste Walzmotoren mit ihrer Drehzahlregelung und ihrem Stromreglerverhalten sowie mit zusätzlicher Verformung- und Bandzugbelastung unter Berücksichtigung gegenseitiger Lastbeeinflussung über das Walzgut.
- - Walzkraftmodelle der Gerüste mit Einflüssen von Walzspalt, Walzgeschwindigkeit, Rück- und Vorzug und Vorverformung.
- - Positionsregelungen der Anstellung und der Walzspaltregelung der Gerüste.
- - Zugistwertbestimmung des Walzguts mit einer Materialflußverrechnung und Geschwindigkeitseinfluß.
- - Walzgutlaufzeitnachbildung und -auswirkung auf Motorbelastung, Walzspalt und Zugistwert des Walzguts. Leitsollwertgeber mit einer Funktion "konstante Walzgutanfangs- und Walzgutendgeschwindigkeit".
- - Arbeitswalzenbiegung.
- - Handkorrekturen auf die Walzgeschwindigkeit.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Simulations-Modell jeder Motor der Walzstraße
durch ein integrierendes, zwei Eingänge aufweisendes
Glied nachgebildet ist, dessen einer Eingang ein dem
elektrischen Drehmoment entsprechendes positiv
bewertetes Signal und der andere Eingang ein dem
mechanischen Gegendrehmoment entsprechendes, negativ
bewertetes Signal aufnimmt und dessen Ausgang ein der
Drehzahl des Motors entsprechendes Signal abgibt.
8. Einrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Aufschaltung des dem mechanischen
Gegendrehmoment entsprechenden Signals das dem
Verformungsvolumen des Walzguts proportionale
Verformungsmoment und das Zugmoment des Walzguts
steilheitsbegrenzt berücksichtigt sind.
9. Einrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Bildung des Verformungsmoments eine einer
Walzspaltregelung oder einer Anstellungsregelung der
Walzen entsprechende Größe aufgeschaltet ist.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verformungsvolumen im Zuge einer
Walzgutsegmentverfolgung durch die Walzstraße für die
einzelnen Gerüste zur Verfügung gestellt wird.
11. Einrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Walzgutsegmentverfolgung durch ein
Schieberegister gebildet ist, dessen Taktfrequenz aus
der Walzgutgeschwindigkeit abgeleitet ist.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
dadurch gekennzeichnet
daß die Walzgutzugnachbildung durch ein die
augenblickliche Massenflußdifferenz im Walzspalt
ermittelndes Summierglied mit nachgeschaltetem
Verzögerungsglied erster Ordnung gebildet ist.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet
daß im Simulations-Modell eine auf einen Stromrichter
wirkende, aus einer Drehzahlregelung mit unterlagerter
Ankerstromregelung aufgebaute Regelung bei der
Speisung der einzelnen Motoren der Walzstraße durch
ein PI-Regelglied mit einem nachgeschalteten
Verzögerungsglied erster Ordnung nachgebildet ist,
wobei das Verzögerungsglied eine Verstärkung
entsprechend dem Stromrichterverstärkungsfaktor und
eine Verzögerungszeit entsprechend der
Verzögerungszeit der nachgebildeten Regelstrecke
aufweist.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet
daß die zentrale Regelvorrichtung mehrere oder
sämtliche folgende Regelungen und Funktionen umfaßt:
- - Alle Dickenregelfunktionen für die einzelnen Gerüste mit einzelnen Dickenvorsteuerungen und Monitorregelungen.
- - Walzkraftabhängige Walzgutzugsollwertadaption.
- - Automatische Setupadaption (Setupoptimierung).
- - Automatische Speicherung von verwendeten Sollwerten für einen Stichplanspeicher und walzgutlängenabhängige Erfassung von Meßwerten für einen Prozeßrechner.
- - Biegeregelung (wenn Planmessung vorhanden) und Sollwertvorgabe für Arbeitswalzenbiegung mit Walzkraftadaption.
- - Fließend umschaltbare Walzgutzugregelungen über Walzspalt und über Walzgeschwindigkeit.
- - Walzgutverfolgung für die Ein- und Ausfädelphase.
- - Einfädel- und Ausfädeltechnologie mit automatischer Walzgutzugaufbau- und Walzgutzugabbauregelung; automatische Walzkraftentlastung.
- - Halbautomatische Lastverteilung in den Gerüsten mit automatischer Anpassung der entsprechenden Dickensollwerte.
- - Erfassung und Visualisierung aller walztechnologischen Meßwerte und Walzzustände mit einem nach walztechnologischen Bedürfnissen aufgebauten Visualisierungsbild.
- - Erfassung und Aufbereitung von Meßwerten für eine graphische Auswertung.
- - Serieller Datenaustausch mit einem Walzprogrammrechner (Stichplanspeicher und mathematisches Walzmodell).
- - Serieller Datenaustausch mit Dickenmeßgeräten.
- - Serielle oder parallele Kommunikation mit dem Simulations-Modell.
- - Bildung von Zusatzwerten für die Stellglieder einer Anstellungsregelung, einer Geschwindigkeitsregelung der Walzmotoren und einer Arbeitswalzenbiegung.
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