DE19727821A1

DE19727821A1 - Verfahren und Einrichtung zur Steuerung und Voreinstellung eines Walzgerüstes bzw. einer Walzstraße

Info

Publication number: DE19727821A1
Application number: DE1997127821
Authority: DE
Inventors: Einar Dr Rer Nat Broese; Otto Dr Gramckow; Dieter Dipl Ing Braisch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1997-06-30
Publication date: 1999-01-21

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Einrichtung zur Steuerung und Voreinstellung eines Walzgerüstes bzw. ei ner Walzstraße zum Walzen eines Walzbandes, wobei die Steue rung und/oder Voreinstellung des Walzgerüstes in Abhängigkeit zumindest der Walzkraft erfolgt, die mittels eines, insbeson dere analytischen, Walzkraftmodells berechnet wird.

Die Prozeßautomatisierung von Walzstraßen hat die Aufgabe, die Einstellungen der Walzgerüste für das nächste zu walzende Band zu berechnen. Dazu wird u. a. die zu erwartende Walzkraft benötigt. Diese kann z. B. mit einem analytischen Walzkraftmo dell in Abhängigkeit von Einflußgrößen wie dem Formänderungs widerstand des Materials ermittelt werden.

Es hat sich gezeigt, daß die Qualitätsanforderungen, insbe sondere für hoherwertige Stähle, häufig nicht eingehalten werden können. Entsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, die Qualität eines gewalzten Stahls, insbesondere durch Einhalten von Dicken- oder Härtetoleranzen, zu erhöhen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren entspre chend Anspruch 1 bzw. eine Einrichtung entsprechend Anspruch 14 gelöst. Dabei wird der mittels eines insbesondere analyti schen, Walzkraftmodells berechnete Wert für die Walzkraft mittels eines sogenannten Globalnetzes in Abhängigkeit von Einflußgrößen auf die Walzkraft korrigiert, die walzgerüst- bzw. walzstraßenunabhängig sind, wobei das Globalnetz zumin dest ein neuronales Netz aufweist. Auf diese Weise ist es möglich, die Prognose für die Walzkraft deutlich zu verbes sern, was wiederum zu einer deutlichen Verbesserung des Wal zergebnisses führt. Ferner ermöglicht die Verwendung walzge rüst- bzw. walzstraßenunabhängiger Einflußgrößen, insbesonde re chemischer Einflußgrößen, daß Erfahrungswissen, das beim Betrieb anderer Walzstraßen gewonnen wurde, verwendet werden kann.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der mittels des insbesondere analytischen, Walzkraftmodells berechnete Wert der Walzkraft mittels eines Korrekturnetzes in Abhängig keit von Einflußgroßen auf die Walzkraft korrigiert, wobei das Korrekturnetz zumindest ein neuronales Netz aufweist. Auf diese Weise kann die Walzkraft noch präziser vorausberechnet und das Walzergebnis verbessert werden. Dabei werden insbe sondere walzgerüst- bzw. walzstraßenabhängige Einflußgrößen berücksichtigt.

Die neuronalen Netze bzw. das neuronale Netz des Korrektur netzes werden bzw. wird in vorteilhafter Ausgestaltung on line oder in bestimmten Zeitabständen an das aktuelle Prozeß geschehen adaptiert. Es kann ferner vorgesehen werden, mehre re neuronale Netze als Korrekturnetz vorzusehen, die in un terschiedlichen Zeitzyklen entsprechend der DE 196 41 431 ad aptiert und verknüpft werden.

Für ein neuronales Netz, dem u. a. verschiedene Legierungsan teile als Eingangsgrößen zugeführt werden, so daß dieses 15 oder mehr Eingangsgrößen hat, hat es sich als vorteilhaft er wiesen, es als Multilayer Peceptron mit einer verdeckten Ebe ne, die 50 bis 200, 80 bis 120 oder auch vorteilhafterweise 100 Knoten aufweist auszuführen.

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 eine beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens

Fig. 2 ein neuronales Netz zur erfindungsgemäßen Anwendung

Fig. 3 eine alternative Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens

Fig. 1 zeigt eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei wird mittels eines analytischen Walzkraftmodells 4 ein Wert F_w ^basic für die Walzkraft in Abhängigkeit, insbesondere physikalischer, Einflußgrößen U_p ermittelt, die walzgerüst- bzw. walzstraßenabhängig sind. Es kann jedoch auch alternativ vorgesehen werden, daß auch walzgerüst- bzw. walzstraßenunab hängige Einflußgrößen U_c Eingangsgrößen des analytischen Walzmodells 4 sind. Anstelle des analytischen Walzmodells 4 kann auch ein hybrides Walzmodell verwendet werden, das zu mindest ein analytisches Modell und zumindest ein neuronales Netz aufweist. Der Ausgang F_w ^basic des analytischen Wälzmodells 4 wird mittels eines Korrekturblocks 1 in Abhängigkeit eines Korrekturwertes K_w ^global korrigiert. Ausgangsgröße des Korrek turblocks 1 ist ein korrigierter Wert F_w ^global für die Walz kraft. Der Korrekturwert K_w ^global wird mittels eines Globalnet zes in Abhängigkeit, insbesondere chemischer, Einflußgrößen U_c auf die Walzkraft korrigiert, die walzgerüst- bzw. walz straßenunabhängig sind. Der korrigierte Wert F_w ^global wird mit tels eines weiteren Korrekturblocks 2 in Abhängigkeit des Korrekturwerts K_w ^special korrigiert. Das Ergebnis dieser Kor rektur ist ein weiter korrigierter Wert F_w ^special für die Walz kraft. Der Korrekturwert K_w ^special wird mittels eines Korrek turnetzes 5 in Abhängigkeit der Größen U_c und U_p gebildet. Als Eingänge U_c in das Globalnetz 3 und das Korrekturnetz 5 kommen die Umgebungstemperatur oder der Temperatur des Walz bandes, Kohlenstoffanteil im Walzband oder von Kohlenstoff äquivalenten im Walzband, der Nutz- und/oder der Schadstoff anteile im Walzband, Siliziumanteil im Walzband, Mangananteil im Walzband, Phosphoranteil im Walzband, Schwefelanteil im Walzband, Kobaltanteil im Walzband, Aluminiumanteil im Walz band, Chromanteil im Walzband, Molydananteil im Walzband, Nickelanteil im Walzband, Vanadiumanteil im Walzband, Kupfer anteil im Walzband, Zinnanteil im Walzband, Calziumanteil im Walzband, Titananteil im Walzband, Boranteil im Walzband, Ni obanteil im Walzband, Arsenanteil im Walzband, Wolframanteil im Walzband, Stickstoffanteil im Walzband und Eisenanteil im Walzband in Frage. Dabei können in das Globalnetz 3 und das Korrekturnetz 5 unterschiedliche Eingangsgrößen U_c eingehen. Für die Eingangsgrößen U_p kommen Breite des Walzbandes, Dicke des Walzbandes vor dem Walzgerüst, Dicke des Walzbandes hin ter dem Walzgerüst, Temperatur des Walzbandes, Zugspannung im Walzband vor dem Walzgerüst, Zugspannung im Walzband hinter dem Walzgerüst, Walzgeschwindigkeit und Arbeitswalzendurch messer in Frage. Die Temperatur des Walzbands kann den Größen U_c, den Größen U_p oder beiden zugeordnet werden. Die Korrek turblöcke 1 und 2 können Multiplikatoren oder Summationsstel len sein, wobei sich Multiplikatoren als besonders vorteil haft erwiesen haben. Es kommen jedoch auch komplexere Ver knüpfungen in Frage.

Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes neuronales Netz als Ausfüh rung eines Globalnetzes bzw. eines Korrekturnetzes. Bei Aus führung des neuronalen Netzes als Globalnetz gehen in die Eingangsknoten 7, 8, 9, 10, 11, 12 des neuronalen Netzes Einfluß größen auf die Walzkraft ein, die walzgerüst- bzw. walzstra ßenunabhängig sind. Bei Einsatz des neuronalen Netzes als Korrekturnetz gehen in die Eingangsknoten 7, 8, 9, 10, 11, 12 walzgerüst- bzw. walzstraßenabhängige sowie walzgerüst- bzw. walzstraßenunabhängige Einflußgrößen auf die Walzkraft ein. Das neuronale Netz weist eine Ebene mit 100 verdeckten Neuro nen 14 auf. Der Ausgangsknoten 15 gibt einen Korrekturwert K_w ^global bzw. K_w ^special oder bei einer Konfiguration gemäß Fig. 3 einen korrigierten Wert F_w ^global bzw. F_w ^special für die Walzkraft aus.

Fig. 3 zeigt eine älternative Struktur zur Ausführung des er findungsgemäßen Verfahrens. Dabei haben U_p, U_c, F_w ^basic, F_w ^global, F_w ^special sowie Bezugszeichen 4 die gleiche Bedeutung wie in Fig. 1. Bezugszeichen 17 bezeichnet ein Globalnetz, das einen korrigierten Wert für die Walzkraft F_w ^global in Abhängigkeit der Werte U_c und F_w ^basic bildet. Der Wert F_w ^global wird durch ein Korrekturnetz 18 in Abhängigkeit des Wertes F_w ^global, U_p und U_c verbessert. Ausgangswert des Korrekturnetzes 18 ist ein prä ziserer Wert F_w ^special für die Walzkraft.

Es hat sich gezeigt, daß die Konfiguration gemäß Fig. 1 der Konfiguration gemäß Fig. 3 in bezug auf Rechenaufwand und Trainingsaufwand bei der Adaption, insbesondere bei der on line Adaption, des Korrekturnetzes 5 und 18, überlegen ist.

Es hat sich bei manchen Anwendungen als vorteilhaft erwiesen, das erfindungsgemäße Verfahren auf einem verteilten Rechensy stem zu implementieren. Dabei erfolgt die Steuerung und Vor einstellung der Walzstraße bzw. des Walzgerüstes auf dersel ben Hardware-Plattform wie die Berechnung der Walzkraft. Je doch wird das rechenintensive Off-Line Training des Global netzes auf einer anderen Hardware implementiert.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung und/oder Voreinstellung eines Walzgerüstes bzw. einer Walzstraße zum Walzen eines Walzban des, wobei die Steuerung und/oder Voreinstellung des Walzge rüstes in Abhängigkeit zumindest der Walzkraft erfolgt, die mittels eines, insbesondere analytischen, Walzkraftmodells (4) berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels des, insbesondere analytischen, Walzkraftmo dells (4) berechnete Wert (F_w ^basic) der Walzkraft mittels eines Globalnetzes (3, 17) in Abhängigkeit von, insbesondere chemi schen, Einflußgrößen (U_c) auf die Walzkraft korrigiert wird, die walzgerüst- bzw. walzstraßenunabhängig sind, wobei das Globalnetz (3, 17) zumindest ein neuronales Netz aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels des, insbesondere analytischen, Walzkraftmo dells (4) berechnete Wert (F_w ^basic) der Walzkraft mittels eines Korrekturnetzes (5, 18) in Abhängigkeit von Einflußgrößen (U_p, U_c) auf die Walzkraft korrigiert wird, wobei das Korrek turnetz (5, 18) zumindest ein neuronales Netz aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels des, insbesondere analytischen, Walzkraftmo dells (4) berechnete Wert (F_w ^basic) der Walzkraft mittels des Globalnetzes (3, 17) in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur oder der Temperatur des Walzbandes korrigiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels des, insbesondere analytischen, Walzkraftmo dells (4) berechnete Wert (F_w ^basic) der Walzkraft mittels des Globalnetzes (3, 17) in Abhängigkeit vom Kohlenstoffanteil im Walzband oder von Kohlenstoffäquivalenten im Walzband korri giert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels des, insbesondere analytischen, Walzkraftmo dells (4) berechnete Wert (F_w ^basic) der Walzkraft mittels des Globalnetzes (3, 17) in Abhängigkeit der Nutz- und/oder der Schadstoffanteile im Walzband korrigiert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels des, insbesondere analytischen, Walzkraftmo dells (4) berechnete Wert (F_w ^basic) der Walzkraft mittels des Globalnetzes (3, 17) in Abhängigkeit vom Siliziumanteil, vom Mangananteil, vom Phosphoranteil, vom Schwefelanteil, vom Ko baltanteil, vom Aluminiumanteil, vom Chromanteil, vom Moly dänanteil, vom Nickelanteil, vom Vanadiumanteil, vom Kupfer anteil, vom Zinnanteil, vom Calziumanteil, vom Titananteil, vom Boranteil, vom Neobanteil, vom Arsenanteil, vom Wolfram anteil und vom Stickstoffanteil oder einer Kombination dieser Anteile korrigiert wird bzw. daß der mittels des, insbesonde re analytischen, Walzkraftmodells (4) berechnete Wert (F_w ^basic) der Walzkraft mittels des Globalnetzes (3, 17) in Abhängigkeit vom Eisenanteil im Walzband korrigiert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrekturnetz (5, 18) on-line trainiert und adaptiert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das die neuronalen Netze als Multilayer Peceptron mit ei ner verdeckten Ebene ausgebildet sind.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die verdeckte Ebene des neuronalen Netzes 50 bis 200, vorteilhafterweise 80 bis 120 Knoten aufweist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels des, insbesondere analytischen, Walzkraftmo dells (4) berechnete Wert (F_w ^basic) der Walzkraft mittels des Korrekturnetzes (5, 18) in Abhängigkeit zumindest einer der Eingangsgrößen (U_c) des Globalnetzes (3, 17) korrigiert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels des, insbesondere analytischen, Walzkraftmo dells (4) berechnete Wert (F_w ^basic) der Walzkraft mittels des Korrekturnetzes (5, 18) in Abhängigkeit aller Eingangsgrößen (U_c) des Globalnetzes (3, 17) korrigiert wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels des, insbesondere analytischen, Walzkraftmo dells (4) berechnete Wert (F_w ^basic) der Walzkraft mittels des Korrekturnetzes (5, 18) in Abhängigkeit zumindest einer der Größen Breite des Walzbandes, Dicke des Walzbandes vor dem Walzgerüst, Dicke des Walzbandes hinter dem Walzgerüst, Tem peratur des Walzbandes, Zugspannung im Walzband vor dem Walz gerüst, Zugspannung im Walzband hinter dem Walzgerüst, Walz geschwindigkeit und Arbeitswalzendurchmesser korrigiert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels des, insbesondere analytischen, Walzkraftmo dells (4) berechnete Wert (F_w ^basic) der Walzkraft mittels des Korrekturnetzes (5, 18) in Abhängigkeit der Größen Breite des Walzbandes, Dicke des Walzbandes vor dem Walzgerüst, Dicke des Walzbandes hinter dem Walzgerüst, Temperatur des Walzban des, Zugspannung im Walzband vor dem Walzgerüst, Zugspannung im Walzband hinter dem Wälzgerüst, Walzgeschwindigkeit und Arbeitswalzendurchmesser korrigiert wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die neuronalen Netze mit der Backpropagation Methode trainiert werden.

15. Recheneinrichtung zur Steuerung und/oder Voreinstellung eines Walzgerüstes bzw. einer Walzstraße zum Walzen eines Walzbandes in Abhängigkeit zumindest der Walzkraft, insbeson dere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Recheneinrichtung die Walzkraft mittels eines, insbesondere analytischen, Walzkraftmodells (4) be rechnend ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Recheneinrichtung ein Globalnetz (3, 17) implemen tiert ist, mittels dessen der mittels des, insbesondere ana lytischen, Walzkraftmodells (4) berechnete Wert (F_w ^basic) der Walzkraft in Abhängigkeit von Einflußgrößen (U_c) auf die Walzkraft korrigiert wird, die walzgerüst- bzw. walzstra ßenunabhängig sind, wobei das Globalnetz (3, 17) zumindest ein neuronales Netz aufweist.

16. Recheneinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Mehrrechnersystem ausgebildet ist.