DE2200293C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur adaptiven Korrektur eines angenommenen, gespeicherten Walzprozeßparameters, der vor dem Walzen zur Ermittlung von Voraussagewerten einer am Walzgerüst einer Walzstraße auftretenden Prozeßvariablen dient, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Anordnung zur adaptiven Korrektur eines angenommenen, gespeicherten Walzprozeßparameters ist ihrer grundsätzlichen Art nach aus der US-PS 37 87 667 bzw. der US-PS Re. 26 996 bekannt. Bevor dieser Stand der Technik im einzelnen erläutert wird, sei zum besseren Verständnis der Erfindung folgendes ausgeführt.

Beim Hochgeschwindigkeitswalzen von Metallen ist es zum Erzielen hochwertiger Walzprodukte erforderlich, eine Vielzahl voneinander unabhängiger Steuerungen präzise und schnell vorzunehmen. Da dies für die Bedienungsmänner einer Walzstraße äußerst anstrengend und schwierig ist, haben fast alle kürzlich erstellten Walzstraßeninstallationen einen Steuerungsrechner, der den Walzprozeß führt und überwacht.

Wird das Metallblech in Tandemwalzgerüsten gewalzt, enthält der Rechner üblicherweise ein rechnerisch aufgestelltes Modell, in welchem empirisch oder theoretisch bestimmte Daten gespeichert sind, die Beziehungen zwischen kritischen Parametern, beispielsweise Veränderungen in der Leistung entweder in bezug auf die Banddicke oder Bandverlängerung, definieren. Diese gespeicherten Daten werden sowohl während der anfänglichen Einstellung als auch während des Walzbetriebes abgefragt, um Größen wie die optimale Geschwindigkeit für jedes Walzgerüst, die Dickenabnahme in jedem Walzgerüst und die Walzleistungsverteilung zwischen den einzelnen Walzgerüsten zu bestimmen.

Während des laufenden Walzbetriebes ändern sich häufig entlang der Walzstraße gemessene Charakteristiken ein wenig gegenüber vorausgesagten Charakteristiken, so daß eine Ergänzung oder Korrektur des aufgestellten Modells erforderlich ist, um auf diese Weise die Genauigkeit der Modellvoraussagen für den Walzprozeß zu optimieren. Aus den beiden eingangs genannten US-Patentschriften ist es bekannt, die Korrektur des aufgestellten Modells durch sogenannte adaptive Rückkopplung vorzunehmen. So ist beispielsweise für die eine Prozeßvariable darstellende Walzkraft eine Walzkraft-Rückkopplung vorgesehen. Der Zweck der Walzkraft-Rückkopplung besteht darin, für eine kontinuierliche Anpassung der gespeicherten Walzkraft-Information aufgrund der beim Walzen tatsächlich auftretenden Gegebenheiten zu sorgen. Diese adaptive Walzkraft-Rückkopplung erfolgt im einzelnen dadurch, daß die während des Walzens tatsächlich auftretenden, gemessenen Walzkräfte mit berechneten Walzkräften verglichen werden, zu deren Berechnung gespeicherte Walzkraft-Kurvendaten und während des Walzens tatsächlich auftretende Dickenverminderungen herangezogen werden, und bei auftretenden Abweichungen in den gespeicherten Daten enthaltene Kraftkorrektur- Multiplikatoren so geändert werden, daß für nachfolgende Durchläufe die vorausgesagten Walzkräfte genauer sind. Um eine Veränderung der gespeicherten Information durch transiente oder falsch gemessene Werte zu verhindern, werden die gemessenen Werte für gewöhnlich überprüft, um zu bestimmen, ob sie innerhalb einer zulässigen Toleranz liegen, bevor sie für Korrekturzwecke ausgenutzt werden. Diese Datenüberprüfungstechnik verhindert zwar, daß vollkommen unvernünftig erscheinende Meßwerte zur Korrektur herangezogen werden, vermeidet aber nicht die Verwendung leicht inkorrekter Daten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur adaptiven Korrektur eines angenommenen, gespeicherten Walzprozeßparameters der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, daß die zur Korrektur des angenommenen Walzprozeßparameters verwendete Information möglichst gut den wahren Gegebenheiten angenähert ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Patentanspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Anordnung kann man als ein Regelsystem betrachten, das zwei parallele Rückkopplungs-Logikschaltungen verwendet, von denen die eine eine schnelle und die andere eine langsame Ansprechcharakteristik hat, wobei das Ausgangssignal der schnellen Rückkopplungs-Logikschaltung asymptotisch gegen Null läuft, wenn sich das Ausgangssignal der langsamen Rückkopplungs-Logikschaltung einer richtigen Annahme zur Korrektur des angenommenen Walzprozeßparameters nähert, der zur Berechnung der Prozeßvariablen verwendet wird. Das erfindungsgemäße duale Rückkopplungssystem nähert sich dem richtigen Korrekturwert für den angenommenen Walzprozeßparameter durch die aufaddierende Wirkung einer schnellen Korrektur, die durch einen schnellen Rückkopplungsterm bewirkt wird, und einer andauernden bzw. bleibenden Korrektur, die durch einen langsamen Rückkopplungsterm bewirkt wird.

Bei der Prozeßvariablen kann es sich beispielsweise um die Walzkraft und bei dem angenommenen Walzprozeßparameter um den Reibungskoeffizienten an den einzelnen Walzgerüsten einer Walzstraße handeln.

Bevorzugte Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet. In der optimierten Anordnung gemäß Patentanspruch 4 werden die während des Walzbetriebs abgetasteten Ergebnisse gemittelt. Die gemittelten Ergebnisse können für einen Vergleich mit nachfolgend abgetasteten Daten gespeichert werden, bevor sie zur Korrektur herangezogen werden. Dadurch wird sichergestellt, daß zur adaptiven Korrektur nur solche Daten verwendet werden, die während stationärer Zustände anfallen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung soll im folgenden an Hand von Zeichnungen beschrieben werden.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Kaltwalzstraße, bei der die erfindungsgemäße Anordnung angewendet wird.

Fig. 2 ist eine grafische Darstellung und zeigt die lineare Änderung der Leistung pro Durchgangsvolumeneinheit über der Verlängerung, die erhalten wird, wenn die Funktionen im doppeltlogarithmisch-logarithmischen Maßstab aufgetragen sind.

Fig. 3 ist eine grafische Darstellung und zeigt die Adaption der Leistungskurve gemäß Fig. 2 auf lineare Koordinaten.

Fig. 4 ist eine grafische Darstellung und zeigt die Änderung der Walzkraft mit der Walzgerüstdehnung für eine gegebene Kraft pro Breiteneinheit, wie sie in dem rechnerisch aufgestellten Modell gespeichert ist.

Fig. 5 ist ein Fließbild und zeigt die Einstellung der Anstellvorrichtung an einem Walzgerüst, wie sie von der Walzkraft an dem Walzgerüst bestimmt wird.

Fig. 6 ist ein Blockdiagramm und zeigt ein nach der Erfindung verwendetes Walzkraft-Rückkopplungsschema.

Fig. 7 ist ein Blockdiagramm und zeigt ein nach der Erfindung verwendetes Walzleistungs-Rückkopplungsschema.

In Fig. 1 ist eine Kaltwalzstraße dargestellt. Sie umfaßt im allgemeinen fünf einzelne Walzgerüste RS 1 bis RS 5, die im Tandem angeordnet sind, um die Dicke eines blechförmigen Metallbandes ST stufenweise zu verkleinern, wenn das Band zwischen den Antriebsrollen RD 1 bis RD 5 und den zugehörigen gegenüberliegenden Walzen CR 1 bis CR 5 hindurchläuft, die jedes entsprechende Walzgerüst bilden. Da die Konfiguration der dazwischen angeordneten Walzgerüste RS 2 bis RS 4 identisch ist, sind die Walzgerüste RS 3 und RS 4 in Fig. 1 aus Gründen der Klarheit weggelassen. Die Stützwalzen BR 1-BR 5 stoßen an den Stirnflächen der Antriebswalzen RD 1-RD 5 an jedem Walzgerüst an, um ein Verbiegen der Antriebswalzen während einer Dickenverringerung zu verhindern. Die Stützwalzen BI 1-BI 5 üben eine ähnliche Funktion für die Walzen CR 1-CR 5 aus. Üblicherweise wird die Einstellung der Stützwalzen BI 1-BI 5 durch Anstellvorrichtungen SD 1-SD 5 gesteuert, die einzeln einstellbar sind, um die Dickenverringerung in jedem Walzgerüst zu regulieren, während die Antriebsmotoren DM 1-DM 5 das erforderliche Drehmoment für die Antriebswalzen RD 1-RD 5 erzeugen, um das Band ST mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit innerhalb der Walzstraße in Längsrichtung zu bewegen.

Die Regelung des Walzprozesses wird von einem Rechner 20 überwacht, der typischerweise eine oder zwei zentrale Datenverarbeitungseinheiten mit einem Zentralspeicher von etwa 400 000 bits und einen Arbeitstrommelspeicher für die zusätzliche Speicherung von 1 bis 3 Millionen bits Information aufweist. Ein Analog-Digital-Umsetzer 22 sorgt zusammen mit einem Hochgeschwindigkeitsabtaster SC 24 für die richtige Konditionierung der während des on-line-Betriebes abgetasteten Parameter für eine Einfütterung in den Rechner. Der Rechner würde normalerweise auch periphere Geräte wie einen Kartenleser 26 und einen Streifenleser 28 aufweisen, um eine Information bezüglich des verarbeiteten Befehls einzuspeisen, während die in den Rechner eingespeiste oder die von diesem errechnete Information visuell durch einen Zeilendrucker 30 aufgezeichnet werden kann.

Zu den Prozeßparametern, die dem Rechner 20 zu Regelzwecken eingespeist werden, gehört die Dicke des metallischen Blechbandes ST, die durch Röntgenstrahlenvorrichtungen XR 1- XR 3 gemessen wird, die am Ein- und Austritt des Bandes aus der Walzstraße bzw. hinter dem ersten Walzgerüst angeordnet sind. Auf Wunsch kann die Dicke des metallischen Blechbandes gemessen werden, wenn das Band aus jedem Walzgerüst austritt, obwohl eine solche genaue Messung der Banddicke in der ganzen Walzstraße normalerweise nicht erforderlich ist. Kraftmeßdosen LC 1-LC 5 liegen unter den Stützwalzen BR 1- BR 5 jedes Walzgerüsts, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das der Walzkraft des jeweiligen Walzgerüstes proportional ist. Dieses Ausgangssignal wird dem Rechner 20 über den Abtaster SC 24 zugeführt. Zwischen den Walzgerüsten sind Zugspannungsmesser T 1-T 5 angeordnet, um Ausgangssignale zu erzeugen, die dem Rechner als Anzeige der Zugspannung in dem metallischen Blechband ST zugeführt werden. Andere Parameter der Prozeßregelung, die dem Rechner über den Analog-Digital-Umsetzer 22 und den Hochgeschwindigkeitsabtaster SC 24 zugeführt werden, umfassen die Drehzahl der Antriebsmotoren DM 1-DM 5, wie sie von den mit jeder Antriebswalze mechanisch gekoppelten Tachometern S 1-S 5 gemessen werden, die Einstellungen der Anstellschrauben, wie sie von den Anzeigen SPI 1-SPI 5 für die Schraubenstellung gemessen werden, und die Eingangsleistungen für die Antriebsmotoren, wie sie durch Amperemeter A 1-A 5 und Voltmeter V 1-V 5 gemessen werden.

Die relativen Geschwindigkeiten in jedem Walzgerüst sind durch Referenz-Servoeinrichtungen SSRS 1-SSRS 5 unter der Steuerung des Rechners 20 einstellbar, während eine Hauptreferenz-Servoeinrichtung MSRS für die Walzgeschwindigkeit die Beschleunigung oder Verlangsamung der Walzen in den einzelnen Walzgerüsten der Walzstraße als eine Einheit auf ein Regelsignal von dem Rechner hin erlaubt. Auf Wunsch kann auch eine Information, wie die durch die Walzstraße gelaufene Bandlänge (wie sie von dem Tachometer S 5 gemessen wird, der über eine Zahnradverbindung mit der Antriebswalze des Walzgerüstes RS 5 verbunden ist), der Stromfluß zur Ablauftrommel PR und Aufnahmetrommel TR (wie er von den Amperemetern 32 bzw. 34 gemessen wird) und die Biegekraft der Walzen (wie sie von geeigneten, aber nicht gezeigten Biegedrucksensoren gemessen wird), ebenfalls dem Rechner 20 eingefüttert werden, um eine Überwachung des Kaltwalzprozesses zu gestatten.

Zu Beginn des Betriebes wird eine Steuerkarte, die Informationen, wie die Auftragsnummer, Breite, Eingangsdicke, gewünschte Ausgangsdicke, Stahlspezifikationen, chemische Zusammensetzungen, Warmwalzendbearbeitung, Bundgewicht und die Härtegruppe des metallischen Blechbandes ST, enthält, in Form einer geeignet gestanzten Karte direkt in den Rechner eingegeben. Die Karte kann auch eine Information enthalten, die den Lastfaktor für irgendeines der fünf Walzgerüste betrifft, der die an dem Walzgerüst verfügbare Leistung begrenzen würde. Nachdem die durch die Karte in den Rechner eingegebene Information auf Angemessenheit untersucht worden ist, wird das Einrichten der Walzstraße aus mathematischen Modellen berechnet, die in dem errechneten Einrichtmodell 35 des Rechners 20 gespeichert sind, um die Verteilung der Leistung auf die Antriebsmotoren DM 1 bis DM 5 und die Walzkraft zu optimieren, die von den Schraubenanstellvorrichtungen SD 1-SD 5 auf das Band ausgeübt wird.

Das mathematische Leistungsmodell, das zur Berechnung der Leistungsverteilung innerhalb der Walzstraße verwendet wird, enthält zahlreiche, beispielsweise 40, verschiedene Leistungskurven, die empirisch bestimmte Beziehungen zwischen Bandverlängerung und Leistung pro Durchgangsvolumeneinheit (im folgenden als Leistungskurven bezeichnet) für Stähle mit verschiedenen Härteklassifikationen darstellen. Typischerweise sind diese Leistungskurven nicht-linear und erfordern die Speicherung von 10 bis 15 Punkten für jede Kurve innerhalb des Speichers für das Leistungsmodell, um die gewünschte Beziehung mit vernünftiger Genauigkeit zu definieren. Indem jedoch die Leistung pro Durchgangsvolumeneinheit über der Bandverlängerung im doppeltlogarithmisch-logarithmischen Maßstab (log log- log scale) aufgetragen wird, werden lineare Leistungskurven erhalten, wie sie durch die einzige Leistungskurve 36 in Fig. 2 dargestellt ist. Dadurch wird die Speicherung jeder Leistungskurve innerhalb des Leistungsmodells durch Angabe des Koordinaten-Schnittpunktes und der Steigung der Leistungskurve gestattet.

Die lineare Beziehung zwischen der Bandverlängerung und der Leistung pro Durchgangsvolumeneinheit im doppeltlogarithmisch- logarithmischen Maßstab gibt die Existenz der folgenden mathematischen Beziehung zwischen den aufgetragenen Variablen wieder:

KWSI = PBASE × [ln (Verlängerung)] PSLOP

Darin ist
KWSI die Leistung pro Durchgangsvolumeneinheit in kWs/16,4 cm³;
PBASF ist der gewählte Leistungs-Fußpunkt zur Speicherung der linearen Funktion innerhalb des Leistungsmodells und ist typischerweise gleich dem Wert von KWSI gesetzt, wenn die Bandverlängerung gleich e, der Basis des natürlichen Logarithmus, d. h. gleich 2,7183, ist;
PSLOP ist die Steigung der Leistungskurve, wenn sie auf doppeltlogarithmisch-logarithmischen (log log-log) Koordinaten aufgetragen ist.

Da nur ein Proportionalitätsfaktor, K, erforderlich ist, um kWs/16,4 cm³ in PS Std./Ton. umzuwandeln, wird deutlich, daß die Leistungskurven auch durch Angabe des Fußpunktes und der Steigung der empirisch bestimmten Beziehungen zwischen der Bandverlängerung und PS Std./Ton. gespeichert werden könnten, wenn sie im doppeltlogarithmisch-logarithmischen Maßstab aufgetragen werden. Obwohl die Leistungskurven wünschenswerterweise durch die Steigung und den Fußpunkt der Kurven im doppeltlogarithmisch-logarithmischen Maßstab gespeichert sind, werden diese Kurven vorzugsweise in rechtwinklige Koordinaten umgewandelt, wie es durch die graphische Darstellung in Fig. 3 gezeigt ist, um Berechnungen zu vereinfachen, nachdem die gewünschte Betriebskurve aus den mit der Karte eingegebenen Parametern, wie z. B. der Härte des zu walzenden Metallbandes, ermittelt worden ist.

Nach Ermittlung der Betriebsleistungskurve wird aus dieser Leistungskurve die gesamte Reduktionsleistung bestimmt, um die Verlängerung des Bandes ST zu erzeugen, die aus der gewünschten Dickenverringerung entsteht. Dabei wird ein konstantes Durchgangsvolumen angenommen, d. h. das Produkt von Breite, Dicke und Geschwindigkeit des Bandes an irgendeinem Walzgerüst soll gleich dem Produkt von Breite, Dicke und Geschwindigkeit an irgendeinem anderen Walzgerüst sein. Diese Reduktionsleistung muß jedoch um die Leistungsverluste innerhalb der Walzstraße (ein Faktor der Walzenoberflächengeschwindigkeit, wie sie von den Tachometern S 1-S 5 bestimmt wird) und eine Leistung modifiziert werden, die in axialer Richtung durch das Band hindurch übertragen wird (wie sie durch die Zugspannungsdifferenz an den Eintritts- und Austrittsseiten jeder Walze bestimmt wird), um die gesamten Leistungsforderungen der Walzstraße zu errechnen. Wenn die obere Austrittsgeschwindigkeit aus der Walzstraße angenommen wird und das Durchgangsvolumen aus der angenommenen Geschwindigkeit, der Bandbreite und der Austrittsdicke bekannt ist, kann die gesamte erforderliche Walzkraft (falls man temporär Verluste unberücksichtigt lassen würde) durch die folgende Formel in Kilowatt ausgedrückt werden:

PTREQ = [ROLLPOWT + TENSFAC (1)-TENSFAC (6)] · VOLFLOW

Darin ist
ROLLPOWT die gesamte erforderliche Walzleistung pro Durchgangsvolumeneinheit,
TENSFAC (1) die Eingangszugspannungsleistung pro Durchgangsvolumeneinheit in am Walzgerüst RS 1,
TENSFAC (6) ist die Ausgangsleistung pro Durchgangsvolumeneinheit in am Walzgerüst RS 5 und
VOLFLOW ist das Durchgangsvolumen in 16,4 cm³/s.

Die Walzstraße gemäß Fig. 1 ist zugspannungsgeregelt, so daß die Walzstraße bei einer vorbestimmten Zugspannung arbeitet. Diese Zugspannung kann beispielsweise 1050 kg/cm² (15 000 psi) betragen, was von Faktoren wie der Breite, Dicke und Härte des Bandes abhängt. Dabei sei ein perfektes Einrichten angenommen, bei der die Dicken mit den vorausgesagten Dicken identisch sind und die Dickenregelung nicht die Zugspannung (pounds tension) verstellt. Richtige Zugspannungen sind wichtig, da ein überhöhter Bandzug zu einem Bruch des Bandes oder zu einem Rutschen in dem Walzenspalt führen kann, während eine unzureichende Zugspannung erlauben kann, daß das Band in seitlicher Richtung läuft oder wellig wird. Die gewünschte Zugspannungseinstellung wird deshalb durch den Rechner festgelegt. Die Ausgangsdicken an jedem Walzgerüst werden jedoch durch den Rechner eingestellt, um für ein gleiches Verhältnis der Wellenleistung zur Leistung zu sorgen, die an allen fünf Walzgerüsten zur Verfügung steht. Somit kann die Wellenleistung an jedem Walzgerüst (K) durch die Formel definiert werden:

Darin ist
PTREQ die gesamte erforderliche Walzstraßenleistung in kW;
PTAVAIL die gesamte verfügbare Walzstraßenleistung in kW;
PAVAIL(K) die an jedem Walzgerüst (K) zur Verfügung stehende Leistung in kW.

Da nur ein Teil der Wellenleistung an jedem Walzgerüst zur Dickenreduktion des Bandes ST verwendet wird (der Rest ist zur Überwindung von Walzverlusten und zum Ausgleich der Differenz zwischen der Eingangszugspannungsleistung und der Ausgangszugspannungsleistung erforderlich), ist die Walzleistung jedes Walzgerüstes pro Durchgangsvolumeneinheit an jedem Walzgerüst (K) durch die Formel bestimmt:

Darin ist
PRED(K) die Reduktions- oder Walzleistung in kW am Walzgerüst (K),
VOLFLOW das Durchgangsvolumen in 16,4 cm³/s,
PSTAND(K) die gesamte Wellenleistung des Walzgerüstes in kW,
PML(K) die mechanischen Verluste in kW am Walzgerüst (K), wie sie durch einen Lauf der leeren Walzstraße bei verschiedenen Geschwindigkeiten mit einer Nennwalzkraft gemessen wird,
TENSFAC(K) die Eingangszugspannung in und
TENSFAC(K+1) die Ausgangszugspannung am Walzgerüst (K) in

Die kumulative Leistung pro Durchgangsvolumeneinheit durch jedes Walzgerüst der Walzstraße wird durch Summierung der Walzleistung von jedem der vorhergehenden Walzgerüste der Walzstraße und der Walzleistung des in Rede stehenden Walzgerüstes bestimmt, und die der kumulativen Leistung entsprechende Bandverlängerung wird aus der Kurve gemäß Fig. 3 bestimmt. Die fünf Ausgangsdicken von jedem Walzgerüst der Walzstraße werden dann unter Annahme eines konstanten Durchgangsvolumen errechnet, um die Anfangszugspannung für jedes Walzgerüst der Walzstraße zu bestimmen.

Wenn Lastfaktoren, die eine Begrenzung der an irgendeinem Walzgerüst verfügbaren Leistung darstellen, durch eine gestanzte Karte oder manuell von einer Datenstation in den Rechner eingegeben werden, wird bei dem Einrichten der Walzstraße jedes Walzgerüst im Verhältnis zu dem zum Walzgerüst gehörigen Lastfaktor entlastet, indem ein kleiner Antriebsmotor an dem Walzgerüst angenommen wird. Das bedeutet, daß an dem Walzgerüst ein Antrieb angenommen wird, der gleich dem tatsächlichen Antrieb multipliziert mit dem Lastfaktor für das Walzgerüst ist. Wenn die Leistung dann zwischen den Walzgerüsten aufgeteilt wird, wie es vorstehend beschrieben wurde, wird die Walzleistung an dem Walzgerüst mit dem Lastfaktor herabgesetzt, so daß das Walzgerüst weniger als eine gleiche Leistungsverteilung aufnehmen kann.

Nachdem die Austrittsdicken berechnet worden sind, werden die Dickenverminderungsgrenzen für die Walzgerüste 1 und 5 geprüft, um sicherzustellen, daß die Dickenreduktionen an diesen Walzgerüsten innerhalb der zulässigen Dickenverminderungsgrenzen für diese Walzgerüste liegen, die auf Faktoren wie der Eintrittsdicke, der Austrittsdicke, der Bandbreite und dem für das Band gewünschten Oberflächenfinish basieren. Sollte die maximale Grenze für die Dickenabnahme am Walzgerüst RS 1 überschritten sein, stellt der Rechner die Bandverlängerung am Walzgerüst RS 1 auf das vorbestimmte Maximum für dieses Walzgerüst ein. Die der maximalen Verlängerung entsprechende Walzleistung wird dann aus der entsprechenden Leistungskurve bestimmt, d. h. der Leistungskurve gemäß Fig. 3, und diese Leistung wird von der Gesamtleistung abgezogen, die die Walzstraße zur Herbeiführung der gewünschten Gesamtreduktion der Dicke des Bandes ST benötigt. Die verfügbare Leistung des Walzgerüstes RS 1 wird dann von der gesamten verfügbaren Leistung subtrahiert und die sich daraus ergebene Leistung wird erneut in der vorstehend beschriebenen Weise aufgeteilt, als würde die Walzstraße vier Walzgerüste aufweisen. Wenn in ähnlicher Weise die Grenze für die Dickenabnahme am Walzgerüst RS 5 überschritten würde, stellt der Rechner die Bandverlängerung aus dem Walzgerüst RS 4 ein (da die Verlängerung am Walzgerüst RS 5 dann auf das zulässige Maximum fixiert wird), subtrahiert den Beitrag des Walzgerüstes RS 5 zu der insgesamt verfügbaren und erforderlichen Leistung und verteilt die Leistung erneut, als würde die Walzstraße vier Walzgerüste (oder drei Walzgerüste, falls die Dickenverminderungsgrenze des Walzgerüstes RS 1 ebenfalls überschritten werden würde) aufweisen.

Sollte die Grenze der Dickenverringerung von irgendeinem der Zwischenwalzgerüste RS 2-RS 4 überschritten werden, wenn also beispielsweise die Dickenabnahme auf dem Walzgerüst RS 3 überschritten werden würde, bringt der Rechner 20 so viel überschüssige Dickenabnahme wie zulässig auf das Walzgerüst RS 1, wobei eine nicht von dem Walzgerüst RS 1 aufnehmbare überschüssige Dickenabnahme auf das Walzgerüst RS 2 übertragen wird. Sollte das Walzgerüst RS 3 immer noch eine überschüssige Dickenabnahme aufweisen, wird das Walzgerüst auf die maximale Dickenabnahme eingestellt und eine etwa verbleibende Dickenabnahme wird auf das Walzgerüst RS 4 gebracht. Irgendeine von dem Walzgerüst RS 4 nicht aufnehmbare Dickenabnahme wird dann auf das Walzgerüst RS 5 übertragen. Falls das Walzgerüst RS 5 die Dickenverringerungsgrenze des Walzgerüstes für das gewünschte Finish auf dem Band nicht überschreitet, ist das Einrichten zufriedenstellend. Falls die Dickenverringerungsgrenze des Walzgerüstes RS 5 durch die vorhergehende Verschiebung der Dickenabnahme zwischen den Walzgerüsten überschritten wird, ist ein Walzen gemäß dem vorgesehenen Plan nicht möglich.

Da die Bandbreite, Ausgangsdicke und Ausgangsgeschwindigkeit der Walzstraße bekannt sind, kann die Austrittsgeschwindigkeit des Bleches ST und die Motordrehzahl an jedem Walzgerüst berechnet werden. Bei Annahme eines konstanten Massedurchganges durch die Walzstraße und einer konstanten Breite kann die Drehzahl in U/min des Antriebsmotors an jedem Walzgerüst von dem Rechner 20 aus folgender Formel berechnet werden:

Darin ist
VS(K) die Austrittsgeschwindigkeit des Bandes ST am Walzgerüst,
DIAM(K) der Arbeitswalzendurchmesser in Einheiten von 2,54 cm(Zoll).

Falls irgendein Motor oberhalb einer vorbestimmten maximalen Drehzahl läuft, muß die gesamte Walzstraße durch die Hauptreferenz-Servoeinrichtung MSRS verlangsamt werden.

Da die ursprünglichen Leistungsberechnungen keine Walzstraßenverluste einschlossen, weil die Austrittsgeschwindigkeiten an den Walzgerüsten unbekannt waren, muß das Verhältnis der erforderlichen Walzgerüstleistung zur verfügbaren Walzgerüstleistung wieder vom Rechner 20 überprüft werden, wobei Walzstraßenverluste benutzt werden, die empirisch bestimmt wurden, als die Walzstraße bei der errechneten Betriebsgeschwindigkeit leer betrieben wurde. Falls ein oder mehrere Walzgerüste mehr Leistung erfordern als verfügbar ist, wird die Austrittsgeschwindigkeit der Walzstraße herabgesetzt und die Leistung wird dann erneut in oben beschriebener Weise aufgeteilt. Falls alle Walzgerüste innerhalb der zulässigen Dickenverringerungsgrenzen liegen, wird das Leistungsgleichgewicht auf den Walzgerüsten RS 2-RS 4 erneut überprüft, um sicherzustellen, daß die Walzgerüste zufriedenstellend abgestimmt sind. Die Einstellungen der Zugspannungsmesser können dann aus der gewünschten Bandzugspannung innerhalb der Walzstraße berechnet werden, und die Proportionierung der Leistung ist abgeschlossen.

Falls die Austrittsgeschwindigkeit des Walzgerüstes RS 5 begrenzt ist, da das Walzgerüst RS 1 die obere Geschwindigkeitsgrenze des Walzgerüstes erreicht hat, kann häufig eine höhere Ausgangsgeschwindigkeit der Walzstraße erzielt werden, indem die im Walzgerüst RS 1 vorgenommene Dickenverringerung herabgesetzt wird, wobei das Walzgerüst gleichzeitig auf maximaler Geschwindigkeit gehalten wird. Um dieses Ergebnis zu erzielen, wird eine Dickenabnahme am Walzgerüst RS 1 mit einem solchen Wert gewählt (über der minimalen zulässigen Dickenverringerung für das Walzgerüst), der die erforderliche Leistung von irgendeinem anderen Walzgerüst auf etwas weniger als die maximale Walzgerüstleistung erhöht, beispielsweise 90% der Walzgerüstleistung, und dann wird die Leistung erneut auf die übrigen Walzgerüste aufgeteilt.

Die Einstellung der Anstellvorrichtung an jedem Walzgerüst wird dadurch bestimmt, daß die Walzkraft errechnet und die der errechneten Walzkraft entsprechende Walzgerüstdehnung aus empirisch bestimmten Kurven ermittelt wird, die die Änderung der Walzkraft mit der Walzgerüstdehnung für eine konstante Kraft pro Einheitsbreite darstellen. Solche Kurven sind in Fig. 4 gezeigt. Zur Berechnung der Walzkraft an jedem Walzgerüst setzt der Rechner 20 die Eintritts- und Austrittszugspannung an jedem Walzgerüst, die Streckgrenze des Bandes, die Härte der Walzen und einen angenommenen Reibungskoeffizienten in Gleichungen ein, wie es beispielsweise von C. R. Bland et al. in einem Artikel mit dem Titel "The Calculation of Roll Force and Torque in Cold Strip Rolling with Tensions" beschrieben ist, der in Institution of Mechanical Engineers Proceedings, Band 159, Seite 144, 1948, veröffentlicht ist. Die errechnete Kraft wird dann mit der minimalen und maximalen Walzkraft pro Einheitsbreite verglichen, die in dem Rechner gespeichert ist, und falls die errechnete Kraft innerhalb der gespeicherten Kraftgrenzen liegt, wird die errechnete Walzkraft verwendet, um die Walzgerüstdehnung aus der Kurve gemäß Fig. 4 zu erhalten. Sollte der angenommene Reibungskoeffizient zu klein sein, was zu einer vorausgesagten Walzkraft führt, die kleiner als das gespeicherte Minimum ist, würde die minimale Walzkraft verwendet werden, um die Walzgerüstdehnung zu bestimmen. Falls auf ähnliche Weise der angenommene Reibungskoeffizient zu hoch ist, was zu keiner Lösung der algorithmischen Gleichungen für die Walzkraft führt, würde die der maximalen Kraft entsprechende Walzgerüstdehnung verwendet. Andere bekannte Methoden, die zur Berechnung der Walzkraft geeignet sind, sind in dem Artikel von A. R. F. McQueen mit dem Titel "Finding a Practical Method for Calculating Roll Force in Wide Reversing Cold Mills" beschrieben, der in der Ausgabe Juni 1967 von Iron and Steel Engineer auf den Seiten 95 bis 110 veröffentlich ist.

Die Walzgerüstdehnung kann zwar in dem rechnerisch aufgestellten Modell durch zahlreiche Kurven gespeichert sein, die die Veränderung der Walzkraft mit der Walzgerüstdehnung für verschiedene Breiten des Bleches ST darstellen. Die Anzahl der für die Speicherung erforderlichen Kurven kann jedoch wesentlich herabgesetzt werden, wenn die Dehnung für eine konstante Walzkraft pro Breiteneinheit des Bleches gegen die Walzkraft aufgetragen wird. Wünschenswerterweise wird die Walzkraft-Dehnungskurve empirisch als Teil des rechnerischen Planungsverfahrens bestimmt, und die zur Speicherung gewählte Linie der konstanten Kraft pro Breiteneinheit wird aus Beobachtung früherer Walzzustände bestimmt. Wenn also die Walzstraße früher die Tendenz besaß, mit einer Kraft von 25 Tonnen/Zoll zu walzen, würde nur die dieser Walzkraftdichte entsprechende Dehnungskurve innerhalb des rechnerisch ausgestellten Modells 35 gespeichert, wobei die Dehnung für unterschiedliche Walzkräfte pro Breiteneinheiten durch den Rechner 20 gemäß der Formel berechnet wird:

Darin ist
STR(F) der Wert der von der gespeicherten Dehnungskurve erhaltenen Dehnung,
MODIFIER eine gespeicherte, empirisch bestimmte Korrekturkonstante,
die tatsächliche Walzkraft pro Breiteneinheit in Tonnen pro 2,54 cm (Zoll) und
die Walzkraft pro Breiteneinheit der gespeicherten Kurve in Tonnen pro 2,54 cm (Zoll).

Nach Errechnung der durch die errechnete Walzkraft erzeugten Walzgerüstdehnung wird die errechnete Dehnung von der gewünschten Austrittsdicke abgezogen (wie es in Fig. 5 gezeigt ist), und die vorgespannte Dehnung (d. h. die Dehnung, die zur Zeit der Nullstellung der Schraubenstellungsanzeiger SPI 1-SPI 5 auf das Walzgerüstgehäuse ausgeübt wird) wird zu der Differenz hinzuaddiert, um die Schraubeneinstellung zu bestimmen. Während des Betriebes der Walzstraße würde auch eine adaptive Rückkopplungskorrektur zur Dehnung hinzuaddiert werden, um Faktoren wie die der Walzenerwärmung und -abnutzung zu kompensieren, wie es im folgenden noch näher erläutert wird.

Wenn das Band ST durch das erste Walzgerüst RS 1 eingeführt wird, um einen tatsächlichen Walzvorgang zu beginnen, wird der Rechner 20 mit einer Messung der tatsächlichen Kraft auf dem Walzgerüst RS 1 durch die Kraftmeßdose LC 1 gefüttert, während die Röntgenstrahlen-Dickenmesser XR 1 und XR 3 den Rechner mit den Eintritts- und Austrittsdicken des Bandes versorgen. Der Rechner ermittelt dann die Kraft auf dem Walzgerüst RS 1 aus den gemessenen Dicken, der Kraft und der geplanten Stahlgüte, um zu überprüfen, daß die Härte des Bleches ST mit der Blechhärte vergleichbar ist, die dem Rechner über den Kartenleser 26 eingefüttert ist. Sollte die unter Verwendung der geplanten Bandhärte errechnete Kraft von der tatsächlich gemessenen Kraft abweichen, wird ein Korrekturfaktor erzeugt, um die vorausgesagte Kraft und infolgedessen die Schraubeneinstellung an jedem Walzgerüst zu modifizieren. Wenn die tatsächliche Dicke des Bandes um mehr als einen vorbestimmten Betrag, beispielsweise 125 µm, von der geplanten Eintrittsdicke abweicht, plant der Rechner das Einrichten der Walzstraße erneut, um die neuen Einstellungen der Geschwindigkeit, der Zugspannung und der Walzenanstellung für jedes Walzgerüst zu bestimmen.

Während des tatsächlichen Walzens des Bandes ST kann die Kraft, Leistung und die Einstellung der Anstellschraube von jedem Walzgerüst an die tatsächlichen Betriebsbedingungen angepaßt werden, um die Qualität des gewalzten Bleches zu optimieren. Eine Parameteroptimierung wird vor dem Walzen jeder Bandspule durchgeführt, indem während des Walzens des vorhergehenden Bandes festgestellte Messungen an der Walzstraße verwendet werden.

Eine Kraftadaption für jedes Walzgerüst wird gemäß des adaptiven Kraftrückkopplungsverfahrens erzielt, das in Fig. 6 dargestellt ist. Darin ist beispielsweise der vorausgesagte Kraftwert für das Walzgerüst 1 errechnet aus der bekannten Streckgrenze, der gemessenen Eintrittsdicke, wie sie durch die Röntgenstrahleneinrichtung XR 1 festgestellt ist, der gemessenen Austrittsdicke, wie sie durch die Röntgenstrahleneinrichtung XR 3 festgestellt ist, der gemessenen Eingangszugspannung, wie sie von dem Zugspannungsmesser T 0 festgestellt wird, der gemessenen Ausgangszugspannung, wie sie von dem Zugspannungsmesser T 1 gemessen wird, und einem angenommenen Reibungskoeffizienten. Hierbei wird ein Walzkraftalgorithmus verwendet, wie er in den vorstehend angegebenen Publikationen von Bland et al. oder McQueen beschrieben ist. Die vorausgesagte Kraft wird dann an der Software-Summierstelle 40 mit der Kraft verglichen, die von den Kraftmeßdosen LC 1 bis LC 5 tatsächlich gemessen wird, um ein Fehlersignal mit einer Amplitude zu erzeugen, die der Differenz zwischen den verglichenen Signalen entspricht. Daraufhin wird das Fehlersignal einem eine hohe Verstärkung aufweisenden Integrator 42 zugeführt, um einen schnellen Rückkopplungsterm zu erhalten, der der Software-Summierstelle 44 zugeführt wird. Der durch den Integrator 42 erzeugte schnelle Rückkopplungsterm wird auch einem eine kleine Verstärkung aufweisenden Integrator 46 zugeführt, um einen langsamen Rückkopplungsterm zu erzeugen, der der Software-Summierstelle 44 zugeleitet wird, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das der Summe der langsamen und schnellen Rückkopplungsterme proportional ist, um den angenommenen Reibungskoeffizienten einzustellen. Der verbesserte Reibungskoeffizient wird dann im Speicher des Rechners 20 gespeichert, um für genauere Kraftvoraussagen für nachfolgende Bunde verwendet zu werden. Da sich der durch den Integrator 46 erzeugte langsame Rückkopplungsterm einem Wert nähert, der einen Reibungskoeffizienten erzeugt, welcher die vorausgesagte Kraft mit der gemessenen Kraft gleichsetzt, läuft der schnelle Rückkopplungsterm (der der Differenz zwischen diesen Werten proportional ist) asymptotisch gegen Null.

Obwohl die adaptive Rückkopplung bisher verwendet worden ist, um die gespeicherte Information auf tatsächlich abgetastete Betriebsbedingungen hin auf den richtigen Stand zu bringen (siehe beispielsweise US-Patent 33 32 263), wurde die Richtigkeit der Rückkopplungsinformation typischerweise dadurch bestimmt, daß festgestellt wurde, ob die Information in gewisse vorbestimmte Toleranzen fällt, die in dem Rechner 20 gespeichert sind. Im Gegensatz zu derartigen Systemen wird die Informationsrückkopplung gemäß der vorliegenden Erfindung über eine lange Periode digital gefiltert, d. h. durch wiederholte Summierung der von dem Abtaster SC 24 abgetasteten Daten und Dividierung der summierten Daten durch die Anzahl der Abtastungen, um einen Durchschnittswert der Rückkopplungsdaten zu erhalten. Dieser Durchschnittswert wird dann gespeichert und mit anschließend festgestellten Daten verglichen, um zu bestimmen, ob die Daten statistisch feststehend sind oder nicht. Nachdem ein Messungssatz als feststehend bestimmt ist, wird dieser weiterhin auf Angemessenheit überprüft, bevor er verwendet wird. Während normaler stationärer Walzbedingungen sollten die Daten langsam über dem Abtastintervall variieren, und eine Adaption der in dem rechnerisch aufgestellten Modell gespeicherten Daten ist nur erlaubt, wenn die Korrelation zwischen den Durchschnittsdaten, die auf einer Reihe von Abtastern abgetastet sind, und die früher abgetasteten Durchschnittswerte innerhalb einer zulässigen Toleranz liegen.

Um die Feststellung von nur wiederholten Spitzenwerten in sich zyklisch verändernden Daten zu verhindern, ist es höchst erwünscht, daß die Anzahl der Abtastungen mit der Geschwindigkeit des Bandes ST in der Walzstraße verändert wird. Obwohl somit beispielsweise acht Abtastungen geeignet sein können, um die Daten bei Walzgeschwindigkeiten von 1220-1525 m/min (4000 bis 5000 ft/min) zu mitteln, können gut 64 Abtastungen erstrebenswert sein, um die Daten bei kleineren Walzgeschwindigkeiten von 457 bis 488 m/min (1500 bis 1600 ft/min) zu mitteln. Da die Abtastgeschwindigkeit des Abtasters SC 24 fest ist, führt die erhöhte Anzahl von Abtastungen bei kleineren Walzgeschwindigkeiten zu einer Datenermittlung über eine verlängerte Periode, so daß aufgrund des temporären Synchronismus zwischen der Geschwindigkeit der Veränderung der beobachteten Daten und der Abtastgeschwindigkeit eine Fehlermöglichkeit reduziert ist.

Eine Adaption der gespeicherten Leistungskurven wird durch das in Fig. 7 gezeigte Verfahren durchgeführt. Hier werden die Zugspannung von dem Band ST, wie sie von den Zugspannungsmessern T 1 bis T 5 festgestellt wird, die Banddicke, wie sie von den Röntgenstrahlen-Dickenmessern XR 1-XR 2 gemessen wird, die von den Tachometern S 1-S 5 gemessene Geschwindigkeit und die Spannung und Stromstärke für jeden Antriebsmotor in den Rechner 20 eingefüttert, um Leistungsdatenpunkte zu errechnen. Beispielsweise können hierfür Techniken verwendet werden, die in dem Artikel von A. J. Winchester mit dem Titel "How to Get and Use Rolling Mill Power Date" beschrieben sind, der in der Ausgabe Juli 1961 von Iron and Steel Engineer, Seite 2, veröffentlicht ist. Nachdem diese Punkte im doppeltlogarithmisch-logarithmischen (log log-log) Maßstab aufgetragen sind, wird eine nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate gefundene Linie durch die errechneten Punkte gelegt, um die errechnete Leistungskurve zu definieren, die während des Walzens tatsächlich beobachtet ist. Die Steigung der errechneten Leistungskurve wird dann festgestellt und in die Software-Summierstelle 50 eingespeist, um ein Fehlersignal zu erzeugen, das der Differenz zwischen der Steigung der in dem rechnerisch aufgestellten Modell gespeicherten Leistungskurve und der Steigung der errechneten Leistungskurve proportional ist. Nachdem das Fehlersignal durch den Software-Integrator 52 geleitet ist, wird die Steigung der gespeicherten Leistungskurve um einen dem Fehlersignal proportionalen Betrag verändert, wobei die Ausgangsgröße aus dem Integrator 52 ebenfalls zur Summierstelle 50 zurückgeführt wird, um einen stabilen Software-Regler zu bilden. In ähnlicher Weise wird der Fußpunkt der errechneten Leistungskurve mit dem Fußpunkt der gespeicherten Leistungskurve in der Summierstelle 54 verglichen, um ein Fehlersignal zu erzeugen, das der Differenz dazwischen proportional ist. Das Fehlersignal wird dann durch den Software-Integrator 56 geleitet, bevor es zur adaptiven Ergänzung bzw. Korrektur des Fußpunktes der gespeicherten Leistungskurve verwendet wird. Der neu auf den richtigen Stand gebrachte Fußpunkt wird ebenfalls zur Summierstelle 54 zurückgeführt für einen Vergleich mit dem Fußpunkt nachfolgend errechneter Leistungskurve, um die gespeicherten Kurven auf einer kontinuierlichen Grundlage auf den richtigen Stand zu bringen.

Eine Adaption der Schrauben-Nullstellungen, um eine Abnutzung und Erwärmung der Walzen zu kompensieren, wird dadurch herbeigeführt, daß die neuen Schraubeneinstellungen aus den in den Rechner 20 eingefütterten Kräften und Dicken errechnet werden, wobei die gespeicherte Walzgerüst-Dehnungskurve verwendet wird, wie es vorstehend anhand von Fig. 4 erläutert wurde. Die vorausgesagte Schraubeneinstellung wird dann mit der tatsächlichen Schraubeneinstellung verglichen, wie sie von den Anstell-Anzeigern SCI 1-SCI 5 festgestellt wird, und ein Teil von jeder Differenz zwischen den verglichenen Einstellungen wird als ein Korrekturfaktor zur Berechnung der nächsten Schraubenstellung hinzuaddiert.

Auch wenn ein spezifisches bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben worden ist, so wird doch deutlich, daß viele Abänderungen und Modifikationen innerhalb der erfindungsgemäßen Lehren möglich sind. Beispielsweise ist die Zugspannungsregelung der Walzstraße für die Ausführung der Erfindung nicht entscheidend, sondern das Walzwerk könnte auch eine Geschwindigkeitsregelung aufweisen, d. h. die Zugspannung, die aus dem Einrichten der Walzstraße resultiert, ist eine Funktion des Walzstraßeneinrichtens. In ähnlicher Weise könnten die Kraftmeßdosen LC 1-LC 5 relativ zu den Stützrollen BR 1-BR 5 darüberliegend angeordnet werden, anstatt daß sie darunter liegen.

Claims (4)

1. Anordnung zur adaptiven Korrektur eines angenommenen, gespeicherten Walzprozeßparameters, der vor dem Walzen zur Ermittlung von Voraussagewerten einer am Walzgerüst einer Walzstraße auftretenden Prozeßvariablen dient, wobei in einem Rechner der Wert der Prozeßvariablen gemäß einem vorgegebenen Algorithmus aus dem angenommenen, gespeicherten Walzprozeßparameter und weiteren, während des Walzens gemessenen Parametern berechnet wird, der während des Walzens tatsächlich auftretende Wert der Prozeßvariablen gemessen wird, der berechnete und der gemessene Wert der Prozeßvariablen miteinander verglichen werden und aufgrund einer beim Vergleich festgestellten Abweichung der angenommene Walzprozeßparameter im Sinne einer Verminderung der festgestellten Abweichung korrigiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein der festgestellten Abweichung proportionales Signal über zwei Integratoren (42, 46) mit verschiedenen Integrationszeitkonstanten geführt wird und die Korrektur des angenommenen Walzprozeßparameters mittels eines durch Addition der Ausgangssignale der beiden Integratoren gebildeten Summensignals (bei 44) vorgenommen wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Integratoren (42, 46) verschiedene Verstärkungsfaktoren haben.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Integrators (42) mit der kleineren Integrationszeitkonstanten an den Eingang des Integrators (46) mit der größeren Integrationszeitkonstanten gelegt ist.

4. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Korrektur dienende Datensignale durch wiederholte Summierung der von einem Abtaster (SC 24) abgetasteten Daten und Dividierung der summierten Daten durch die Anzahl der Abtastungen gewonnen werden.