DE19713004A1 - Verfahren und Einrichtung zur Voreinstellung der Planheit eines Walzbandes - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Voreinstellung der Planheit eines Walzbandes

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Einrichtung zur Voreinstellung der Planheit eines Walzbandes durch Vor­ einstellung des Walzspaltprofils eines Walzgerüstes zum Wal­ zen eines Walzbandes, bei dem das Walzspaltprofil durch Stellwerte für das Walzspaltprofil beeinflußt wird und bei dem die Zugspannungsverteilung über das Walzspaltprofil ein­ gestellt wird, wobei die Stellwerte für das Walzspaltprofil mittels eines Walzspaltprofilmodells, daß das Walzspaltprofil berechnet, ermittelt werden.
Zur Vermeidung von Unplanheiten beim Walzen, insbesondere beim Kaltwalzen, muß Einflüssen, die das benötigte Walzspalt­ profil der Walzen stören, durch entsprechendes Einstellen der Planheitsstellglieder entgegengewirkt werden. Bis die dazu verwendete Planheitsregelung sich eingeregelt hat, wird ein Walzprodukt minderer Qualität, das sogenannte Abmaß, erzeugt. Um dieses Abmaß möglichst gering zu halten und den Walzbe­ trieb sicherer zu gestalten, ist es Aufgabe der Erfindung, die Walzstraße derart einzustellen, daß das Walzband von An­ fang an die richtige Planheit aufweist. Dazu wird eine Vor­ einstellungsfunktion benötigt. Diese soll beim Stichbeginn, d. h. bei Einlauf des zu walzenden Bandes, den einzustellenden Summencrown, d. h. das Walzspaltprofil, möglichst genau voraus ermitteln und die Planheitsstellglieder entsprechend einstel­ len.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. eine Einrichtung gemäß Anspruch 13 gelöst. Dabei werden bei einem Verfahren bzw. einer Einrichtung zur Voreinstellung des Walzspaltprofils eines Walzgerüstes zum Stellwerte für das Walzspaltprofil beeinflußt wird, und bei dem die Zugspannungsverteilung über das Walzspaltprofil be­ einflußt wird, die Stellwerte für das Walzspaltprofil mittels eines Walzspaltprofilmodells, daß das Walzspaltprofil berech­ net, ermittelt, wobei das errechnete Walzspaltprofil oder ei­ ne äquivalente Größe mit einem Korrekturwert zu einem korri­ gierten errechneten Walzspaltprofil verknüpft wird, und wobei das Walzspaltprofilmodell mittels des Korrekturwertes an das tatsächliche Walzspaltprofil des Walzgerüstes angepaßt bzw. adaptiert wird. Es hat sich gezeigt, daß mittels dieses Ver­ fahrens eine besonders präzise Voreinstellung des Walzspalt­ profils erreicht wird.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung werden das kor­ rigierte errechnete Walzspaltprofil und das tatsächliche Walzspaltprofil miteinander verglichen und auf der Basis die­ ses Vergleichs, insbesondere mittels Wichtung mit einer Lern­ funktion, ein neuer, aktualisierter Korrekturwert ermittelt.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird das tatsächliche Walzspaltprofil aus, insbesondere gemesse­ nen, Werten für die Zugspannungsverteilung ermittelt. Die Be­ stimmung des tatsächlichen Walzspaltprofils aus der Zugspan­ nungsverteilung ist ein besonders geeignetes Verfahren zur Bestimmung des Walzspaltprofils.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird bei Einlauf des Walzbandes das Walzspaltprofil zunächst gemäß der Stellwerte für das Walzspaltprofil, die mittels des Walz­ spaltprofilsmodells berechnet werden, eingestellt und das Walzspaltprofil danach gemäß Stellwerten für das Walzspalt­ profil, die mittels einer Planheitsregelung berechnet werden, eingestellt. Dabei übernimmt die Planheitsregelung die Ein­ stellung der Stellwerte vorteilhafterweise nach Vorliegen von Meßwerten für die Zugspannungsverteilung bzw. nach Einrege­ lung der Planheitsregelung. Während das Walzspaltprofil durch die Planheitsregelung eingestellt wird, wird der Korrektur­ faktor für das Walzspaltprofilmodell neu berechnet. Dabei werden vorteilhafterweise dieselben Meßwerte für die Zugspan­ nungsverteilung wie für die Planheitsregelung verwendet. Auf diese Weise kann das Walzspaltprofilmodell ohne zusätzliche Meßwerte korrigiert werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß viele Meßwerte für die Korrektur des Walzspaltprofilmo­ dells zur Verfügung stehen, so daß eine besonders gute Kor­ rektur des Walzspaltprofilmodells erreicht wird.
Weitere Vorteile und erfinderische Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, anhand der Zeichnungen und in Verbindung mit den Unteransprü­ chen. Im einzelnen zeigen:
Fig. 1 den funktionalen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfah­ rens zur Voreinstellung des Walzspaltprofils
Fig. 2 eine Planheitsregelung.
Fig. 1 zeigt den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Voreinstellung des Walzspaltprofils. Bei Einlauf eines Walz­ bandes in das Walzgerüst 1 wird das Walzspaltprofil zunächst gemäß der Stellwerte cactuator für das Walzspaltprofil einge­ stellt. Die Stellwerte cactuator werden mittels des Walzspalt­ profilmodells 5 in Abhängigkeit des vorgegebenen Bandprofils cp und von Sollwerten Δσ* für die Zugspannungsverteilung er­ mittelt. Um eine besonders präzise Voreinstellung des Walz­ spaltprofils zu erreichen, wird das Walzspaltprofilmodell 5 an das tatsächliche Walzspaltprofil angepaßt. Dazu wird zu­ nächst die Zugspannungsverteilung Δσ gemessen. Aus der Zugs­ pannungsverteilung Δσ wird mittels einer Bandprofilermittlung 2 das aktuelle Bandprofil cactual ermittelt. Dieses wird mit­ tels eines Vergleichers 3 mit einem korrigierten errechneten Walzspaltprofil csum verglichen, das mittels des Walzspaltpro­ fils 5 ermittelt wird. Auftragsgröße des Vergleichers 3 ist ein Wert Δσ, der ein Maß dafür darstellt, wie ein Korrektur­ wert k zur Anpassung des Walzspaltprofilmodells 5 an das tat­ sächliche Walzspaltprofil angepaßt wird. Die Anpassung des Korrekturwerts k erfolgt mittels einer Korrekturwertermitt­ lung 4.
Die in Fig. 1 gestrichelt dargestellten Datenflüsse, d. h. cp, Δσ* und cactuator beziehen sich auf die Voreinstellung des Walzgerüstes 1. Die durchgezogen dargestellten Datenflüsse, d. h. die Datenflüsse für Δσ, cactual, csum, Δk und k beziehen sich auf die Adaption des Walzspaltprofilmodells 5. Dieses Training findet vorteilhafterweise dann statt, wenn das Walz­ spaltprofil geregelt wird. Eine solche Regelung zeigt Fig. 2. Dabei bezeichnet Bezugszeichen 6 ein Walzgerüst, dessen Walz­ spaltprofil gemäß Stellwerten cactuator,control mittels einer Planheitsregelung 7 in Abhängigkeit der Zugspannungsvertei­ lung Δσ und der Sollzugspannungsverteilung Δσ* eingestellt wird.
Die funktionalen Abläufe gemäß Fig. 1 und Fig. 2 werden im fol­ genden in detaillierterer Form erläutert.
Aufgabe der Planheitsregelung ist es, alle Stellglieder, die einen Einfluß auf das Walzspaltprofil haben, so einzustellen, daß die der geforderten Sollkurve entsprechende Bandspan­ nungsverteilung über die Bandbreite möglichst gut erreicht wird. Dabei sind die unterschiedlichen Einflußfaktoren, soge­ nannte Stellgliedwirksamkeiten, der einzelnen Stellglieder auf das Walzspaltprofil zu beachten.
Neben den Stellgliedern gibt es eine Reihe weiterer Einfluß­ größen, deren Wirkung am Walzspalt durch die Stellglieder kompensiert werden muß. Diese Einflüsse sind
  • - der mechanische Crown Cm, d. h. der mechanische Ballen durch Walzenschliff
  • - der Verschleißcrown Cw, d. h. der Walzenabrieb
  • - der Temperaturcrown Ct, d. h. die Verformung der Walzen durch Änderung des thermischen Zustandes
  • - der Crown Cfr des Walzensatzes infolge der Walzkraft, d. h. die Durchbiegung der Walzen infolge der an den Stützwalzen angreifenden Walzkraft
  • - das vorgegebene Bandprofil Cp, d. h. die Bandquerschnitts­ form des Warmbandes
Diese können zum Teil nur näherungsweise bestimmt werden. Die Summe dieser Werte unter Berücksichtigung der unterschiedli­ chen Vorzeichen wegen der Wirkungsrichtung im Walzspalt ad­ diert um einen oder multipliziert mit einem Korrekturwert k ergibt das erfindungsgemäß verwendete Crownmodell. Grundsätz­ lich gilt, daß sich alle Anteile im Walzspalt additiv überla­ gern, entsprechend ergibt sich der modellierte Walzspalt Csum aus
Cmod = -Cm + Cw - Ct + Cfr + Cp + k.
Dabei ist
  • - der mechanische Crown cm (Walzenschliff) konstant zwischen 2 Walzenwechsel
  • - der Verschleißcrown cw (Walzenabrieb) abhängig von der gewalzten Bandlänge und der Walzkraft
  • - der Temperaturcrown ct (Verformung durch Änderung des thermischen Zustandes) zeitabhängig
  • - der Crown cfr des Walzensatzes infolge der Walzkraft (Verformung durch an den Stützwalzen angreifende Walzkraft) zeitabhängig
  • - das vorgegebene Bandprofil cp (Bandquerschnittsform des Warmbandes).
Aus den näherungsweise ermittelten Systemeinflüssen und der Sollkurve kann ein Näherungswert csum,ps für den voreinzustel­ lenden Crown berechnet werden. Dieser wird im folgenden Sum­ mencrown bezeichnet.
csum = csp + cmod
= csp - cm + cw - ct + cfr + cp + k
wobei csp der Crown aus der Sollkurve ist. Er stellt die gewünschte Bandspannungsverteilung dar. Die Sollkurve enthält dabei nicht die Bundformkorrektur, d. h. csp = f(Δσ*).
csum wird als Voreinstellungswert cactuator zum Einstellen der Planheitsstellglieder verwendet. Diese Stellgröße ist diesel­ be, die bei aktiver Regelung für diese Aufgabe eingesetzt wird.
Mit cactuator werden die Stellwerte für die Planheitsstellglie­ der bestimmt. Dabei gelten die Zusammenhänge der Form:
cactuator = ef1,ps.sp1,ps + ef2,ps + sp2,ps + . . . + efn,ps.spn,ps
wobei
  • - efi,ps die Wirksamkeitsfaktoren der Stellglieder zum Zeit­ punkt der Voreinstellung. Diese sind aus den aktuellen Bunddaten zu ermitteln
  • - spi,ps die voreinzustellenden Stellwerte sind.
Ein cactuator kann bei i<1 durch unendlich viele Stellwert­ kombinationen erzielt werden.
Für das Finden geeigneter Stellwertkombinationen zur Errei­ chung von cactuator werden deshalb Algorithmen verwendet, die mit zweckmäßigen Strategien die Stellwertkombinationen erge­ ben. Dabei wird das schnelle Stellglied für Biegen so auf ei­ nen positiven Wert gesetzt, daß dieses Stellglied sowohl in Richtung positiver, vor allem aber in Richtung negativer Bie­ gung genügend Regelreserve besitzt. Nur wenn der einzustel­ lende Crown, d. h. das Walzspaltprofil, so nicht erreicht werden kann, wird dieser Wert verlassen.
Ähnlich wie bei der Voreinstellung des einzustellenden Crowns kann während des Walzbetriebes der Istcrown als Summencrown berechnet werden. Dieser ist nun abhängig von der Zeit t und vom thermischen Zustand des Gerüstes:
csum(t) = csp(t) + cmod(t)
= csp(t) - cm + cw(t) + ct(t) + cfr(t) + cp + k(t).
Dabei sind
cm der mechanische Crown (der Walzenschliff), konstant zwischen 2 Walzenwechsel
cw(t) der Verschleißcrown (der Walzenabrieb), abhängig von der gewalzten Bandlänge und der Walzkraft
ct(t) der Temperaturcrown (Verformung durch Änderung des thermischen Zustandes), zeitabhängig
cfr(t) der Crown des Walzensatzes infolge der Walzkraft (Verformung durch die an den Stützwalzen angreifen­ de Walzkraft), zeitabhängig
cp das vorgegebene Bandprofil (Bandquerschnittsform des Warmbandes), konstant während eines Stichs
k(t) der bisherige Korrekturwert.
Bei aktiver Regelung werden die Stellglieder durch den Plan­ heitsregler ständig nachoptimiert. Die jeweils aktuellen Stellwerte spi(t) sind bekannt. Daraus läßt sich mit der Be­ ziehung
cactuator (t) = ef1 (cd.sp1(t) + ef2 (cd).sp2(t) + . . . + efn
(cd).spn(t)
der aktuell durch den Regler eingestellte Summencrown cactuator (t) ermitteln.
Der tatsächliche Walzspaltcrown wird über die augenblicklich vorliegende Bandspannungsverteilung ermittelt, die von einem Spannungsmeßgerät ständig gemessen wird. Die Formel für die Ermittlung aus der Bandspannungsverteilung ist:
Dabei ist
x die Position eines Spannungsmeßpunkts über die Bandbreite gesehen
Δσ, (x) Bandspannungsabweichung an der Stelle x der Band­ breite zum Zugspannungsmittelwert
hstrip Banddicke
E E-Modul des Bandmaterials.
Somit steht der Istcrown als Vektor Cactual zur Verfügung. Der mit dem Summencrown ermittelte Wert kann nun mit dem Ist­ crown verglichen werden. Man erhält dadurch den Fehler im Mo­ dellcrown.
Δk = cactual (t) - csum (t).
Der in Csum(t) enthaltene Korrekturwert k kann somit optimiert werden. Um von Meßfehlern möglichst unabhängige, zuverlässige Werte für k zu erhalten, wird k mit Hilfe eines integralen Reglers langsam gelernt:
k = k + VLEARN.Δk.
VLEARN ist dabei der Einstellparameter für die Lerngeschwin­ digkeit. VLEARN ist vorteilhafterweise 0,01 bis 0,1.
Das Lernen des Korrekturwertes wird bei aktiver Regelung z. B. etwa alle 10 Sekunden durchgeführt.
Der Korrekturwert k fällt in Abhängigkeit von den Bund- und Gerüstdaten wie Banddicke, Bandbreite, Arbeitswalzendurchmes­ ser und Walzkraft deutlich unterschiedlich aus. Da die genau­ en funktionalen Beziehungen aber nicht bekannt sind, muß k (t) für eine Reihe einzelner, fester Stützwerte gelernt wer­ den, für Werte zwischen diesen gelernten Werten ist zu inter­ polieren.
Umgekehrt ist für Zwischenwerte der Korrekturwert k(t) für die nächstliegendsten Stützwerte zu lernen. Dies muß mit ei­ ner Gewichtung entsprechend der Entfernung vom Zwischenwert zum Stützwert erfolgen. Es ist also sowohl beim Lernen wie auch bei der Abfrage zu interpolieren.
Die dargestellten Zusammenhänge, Variablen und Formeln bezie­ hen sich jeweils auf eine Position x über die Breite des Me­ tallbandes, sind also eine Funktion f(x). Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in der Regel die ausdrückliche Bezug­ nahme auf x in der Beschreibung und in den Patentansprüchen nicht erfolgt.

Claims (13)

1. Verfahren zur Voreinstellung des Walzspaltprofils eines Walzgerüstes zum Walzen eines Walzbandes, bei dem das Walz­ spaltprofil durch Stellwerte für das Walzspaltprofil beein­ flußt wird und bei dem die Zugspannungsverteilung über das Walzspaltprofil eingestellt wird, wobei die Stellwerte für das Walzspaltprofil mittels eines Walzspaltprofilmodells, das das Walzspaltprofil berechnet, ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das errechnete Walzspaltprofil oder eine äquivalente Grö­ ße, insbesondere additiv oder multiplikativ, mit einem Kor­ rekturwert (k) zu einem korrigierten errechneten Walzspalt­ profil (csum) verknüpft wird, so daß das Walzspaltprofilmodell (5) mittels des Korrekturwertes (k) an das tatsächliche Walz­ spaltprofil (cactual) des Walzgerüstes (1) angepaßt bzw. adap­ tiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das korrigierte errechnete Walzspaltprofil (csum) und das tatsächliche Walzspaltprofil (cactual) miteinander verglichen werden und daß auf der Basis dieses Vergleichs, insbesondere mittels Wichtung mit einer Lernfunktion, ein neuer, aktuali­ sierter Korrekturwert (k) ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das tatsächliche Walzspaltprofil (cactual) aus, insbesonde­ re gemessenen, Werten für die Zugspannungsverteilung (Δσ) ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einlauf des Walzbandes das Walzspaltprofil zunächst mittels der Stellwerte (cactuator) für das Walzspaltprofil, die mittels des Walzspaltprofilmodells (5) berechnet werden, ein­ gestellt wird und daß das Walzspaltprofil danach mittels Stellwerten (cactuator,control) für das Walzspaltprofil, die mit­ tels einer Planheitsregelung (7) berechnet werden, einge­ stellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzspaltprofil nach Ermittlung von, insbesondere nach Messung von, Werten für die Zugspannungsverteilung (Δσ) bzw. nach Einregelung der Walzspaltregelung gemäß Stellwerten (cactuator,control) für das Walzspaltprofil, die mittels eines Walzspaltprofilreglers (7) berechnet werden, eingestellt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der neue, aktualisierte Korrekturwert (k) ermittelt wird, während das Walzspaltprofil gemäß Stellwerten (cactuator,control) für das Walzspaltprofil, die mittels einer Walzspaltprofil­ regelung (7) berechnet werden, eingestellt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Stellwerte (cactuator) für das Walz­ spaltprofil in Abhängigkeit von Sollwerten (Δσ*) für die Zugspannungsverteilung erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Stellwerte (cactuator) für das Walz­ spaltprofil in Abhängigkeit des vorgegebenen Bandprofils (cp) des Walzbandes erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß korrigierte errechnete Walzspaltprofile (csum) als Stell­ wert (cactuator) für das Walzspaltprofil verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es für komplexe Walzgerüste mit mehr als vier Walzen, insbesondere für Quarto-Sexto-Walzgerüste und 20 Rollen-Walzgerüste, verwendet wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzspaltprofilmodell (5) zumindest eine der Einfluß­ größen Walzenschliff (cm), d. h. den sogenannten mechanischen Crown, den Walzenabrieb (cw), d. h. den sogenannten Ver­ schleißcrown, die Verformung des Walzspaltes durch Temperatu­ ränderung, d. h. den sogenannten Temperaturcrown (ct), der Verformung (cfr) durch die an den Stützwalzen angreifende Walzkraft, d. h. den sogenannten Crown des Walzenspaltes, so­ wie das vorgegebene Bandprofil (cp), d. h. die Bandquer­ schnittsform des in das Walzgerüst einlaufenden Walzbandes, aufweist.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung des korrigierten errechneten Walzspaltpro­ fils (csum) gemäß dem Zusammenhang
Csum = Cp - (-Cm + Cw - Ct + Cfr + k)
erfolgt, wobei
cm der mechanische Crown, d. h. der Walzenschliff,
cw der Verschleißcrown, d. h. der Walzenabrieb,
ct der Temperaturcrown d. h. die Verformung durch Ände­ rung des thermischen Zustandes,
cfr der Crown des Walzensatzes infolge der Walzkraft, d. h. die Verformung durch die an den Stützwalzen angreifende Walzkraft,
cp das gewünschte Bandprofil,
k der Korrekturwert
ist.
13. Einrichtung zur Voreinstellung des Walzspaltprofils eines Walzgerüstes zum Walzen eines Walzbandes, bei dem das Walz­ spaltprofil durch Stellwerte für das Walzspaltprofil beein­ flußt wird und bei dem die Zugspannungsverteilung über das Walzspaltprofil eingestellt wird, insbesondere zur Durchfüh­ rung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stellwerte für das Walzspaltprofil mittels eines Walzspaltprofilmodells, das das Walzspaltprofil berechnet, ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Voreinstellung des Walzspaltprofils eine Recheneinrichtung aufweist, die das errechnete Walz­ spaltprofil oder eine äquivalente Größe, insbesondere additiv oder multiplikativ, mit einem Korrekturwert (k) zu einem kor­ rigierten errechneten Walzspaltprofil (csum) verknüpfend aus­ gebildet ist, so daß das Walzspaltprofilmodell (5) mittels des Korrekturwertes (k) an das tatsächliche Walzspaltprofil (cactual) des Walzgerüstes (1) angepaßt bzw. adaptiert wird.
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