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Die Erfindung bezieht sich auf eine
Einrichtung zur Simulation des Bebtriebs einer mehrgerüstigen Walzstraße. Die
Einrichtung kann dabei sowohl in einer Kaltwalzstrasse als auch
in anderen Walzwerken, z.B. in einem Warmwalzwerk eingesetzt werden.
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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 Betriesparametern die Anlage.
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Es ist deshalb sinnvoll, Regelungsvorgänge vorab
an Modellen zu testen.
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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 zusammenschaltet 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.
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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. Die ist zur Zeit oft nicht gewährleistet.
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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.
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Aus der Druckschrift Ironmaking and
Steelmaking, 1993, Vol. 20, No.4, Seiten 286–290 ist ein Simulator für eine mehrgerüstige Walzstrasse
bekannt, der zur Ausbildung des Betreiberpersonals, zur Auslegung
eines Regelsystems oder zum Testen von Walzwerk-Automatisierungssystemen
in Echtzeit verwendet werden kann. Bei diesem Simulator handelt
es sich um eine Einrichtung, bei der sämtliche Vorgänge der
Walzstrasse auf einem Computer simuliert werden. Zu diesem Zweck
müssen
alle Merkmale und Eigenschaften der realen Walzstrasse vorab auf
den Simulator übertragen
werden. Zwischen dem Simulator und der realen Walzstrasse werden während einer
Simulation keinerlei Informationen ausgetauscht. Der Simulator stellt
somit ein Abbild der Walzstrasse dar, das auf der realen Walzstrasse basiert,
das aber während
der Simulation nicht mit der realen Walzstrasse gekoppelt ist.
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In der
DE 34 30 971 C1 wird eine Einrichtung zum
Simulieren der Betriebsabläufe
in einer Werkstück-Bearbeitungsanlage
beschrieben und anhand eines Warmband-Walzwerkssystems erläutert. Dieses
Simulationssystem veranlasst Steuergeräte zur Steuerung der Operationen
der Walzstrasse in einer vorbestimmten Sequenz. Jede Einheit leitet
eine automatische Operation synchron mit der Ankunft einer Metallplatte
in einer vorbestimmten Position ein. Diese Position wird mit einem
Metallplattendetektor erfasst. Die Steuergeräte erhalten ein Signal von
dem Metallplattendetektor oder von Kontakten, die von einer Kontaktfolge-Steuereinheit
gesteuert werden. Durch Kombination zweier Kontaktfolge-Steuereinheiten
können
vier Simulationsarten zum Simulieren der Funktionen der Metallplattendetektoren
ausgeführt
werden. Der beschriebene Simulator ist jedoch nicht in der Lage,
die gesamte Walzstrasse in den technologischen Zusammenhängen der
einzelnen Gerüste
gegliedert nachzubilden und somit die Arbeit des Bandwalzwerksystems
und der Steuer- und Regelfunktionen im Test wiederzugeben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Einrichtung zur Simulation des Betriebs 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 Betriebs sowie eine leichte und sichere Funktionserweiterung
ohne Beschädigung
von Elementen der Walzstrasse möglich
ist.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung
durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
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Damit ist vorteilhafterweise eine
kompakte Bauweise von sonst umfangreichen Anlagenteilen möglich. So
kann sich der Aufwand um ca. 30 % reduzieren. Die Personalkosten
in der Softwareerstellung und Implementierung sowie die Hardwarekosten werden
ebenfalls um etwa die Hälfte
verringert. Infolge des Einsatzes des einfachen, als physikalische Nachbildung
der walzwerkstechnologischen 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 herstellerals auch betreiberseitig.
Eine sichere Funktionserweiterung der Walzstraße ist durch eine Primärprüfung anhand
des Simulations-Modells
jederzeit durchführbar.
Eine Optimierung der Visualisierung 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 Regelungsvorrichtung 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.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der
Einrichtung nach der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 12 angegeben.
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Die Erfindung soll im folgenden anhand
von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden.
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Es zeigen:
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1 eine
Anordnung von Geräten
für eine Simulation
mit dem Simulations-Modell und der zentralen walztechnologischen
Regelungsvorrichtung,
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2 das
Prinzipschaltbild einer Anbindung des Simulations-Modells an die
walztechnologischen Regelungen,
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3 das
Prinzipschaltbild eines Grundmodells zur Antriebsregelung innerhalb
des Simulations-Modells und
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4 das
Prinzipschaltbild für
ein Bandverlaufmodell innerhalb des Simulations-Modells.
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In 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 1 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.
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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.
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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.
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Zusätzlich erfolgt von der zentralen
Regelungsvorrichtung 1 eine serielle oder parallele Kommunikation
mit einem Simulations-Modell 2 über Link-Leitungen 7.
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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.
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Schließlich ist die zentrale Regelungsvorrichtung 1 über eine Verbindungsleitung 9 mit
einem zentralen Test-Steuerpult 4 verbunden.
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Das Simulations-Modell 2 umfaßt als Nachbildungen
mehrere oder sämtliche
folgende Glieder, die walztechnologisch entsprechend der Reihenfolge der
Gerüste
innerhalb der Walzstraße
miteinander verbunden sind und an die zentrale Regelungsvorrichtung 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.
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Die jeweilige Anzahl der vorgenannten
Glieder ist dabei durch die entsprechenden Elemente der zu betreibenden
Walzstraße
vorgegeben.
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Die lauffähigen Simulatorprogramme der einzelnen
Glieder des Simulations-Modells liefern folgende Meßwerte:
Handzüge,
Walzkräfte,
Walzgeschwindigkeiten, Leitsollwert, Biegeistwerte, Dickenabweichungen,
Motorströme
(im die Motoren speisenden Stromrichter) und Ventilströme der hydraulischen
Anstellungsregelung.
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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.
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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.
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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
Walzspaltistwerte 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.
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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.
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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.
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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 abgeben. Die Materialflußverfolgung
MFV steuert innerhalb der zentralen Regelungsvorrichtung 1 die
Bandzugregelungen FZ-Reg, die SW (Sollwert-)Anstellung für die Walzspalte,
die Dickenregelungen 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.
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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 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).
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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.
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In 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 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 Integrators 23 entspricht der Hochlaufzeit
des Walzmotors.
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Das in 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.
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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 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.
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Ein Motorbelastungsmodell, das in 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.
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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.
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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 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 Schieberegi-stern 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
= m : VSmax.
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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 4 ein Initialisierungssignal
für die
Schieberegister 25, 26 bezeichnet.
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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.
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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.
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Selbstverständlich ist der zuvor beschriebene
Betrieb einer mehrgerüstigen
Walzstraße
auch bei einer eingerüstigen
Walzstraße
durchführbar.