DE2713301A1

DE2713301A1 - Verfahren und anordnung zur blechstaerkenregelung bei walzwerken

Info

Publication number: DE2713301A1
Application number: DE19772713301
Authority: DE
Inventors: Shigemichi Matsuka; Yasuo Morooka; Shinya Tanifuji
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1976-03-26
Filing date: 1977-03-25
Publication date: 1977-10-27
Also published as: US4240147A; JPS5638282B2; JPS52116761A; DE2713301C2

Description

Beschreibung:

Die Erfindung bezieht sich auf die Regelung der Blechstärke bei Walzwerken, insbesondere auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Blechstärkenregelung, mit deren Hilfe die Blechstärkenabweichung am oberen und unteren Blechende gegenüber bekannten Verfahren und Anordnungen beträchtlich vermindert werden kann.

Bei herkömmlichen Verfahren zur Blechstärkenregelung bei Walzwerken wird die Stärkenabweichung des gelieferten oder aus der Walzstraße auslaufenden Bleches nach dem Kalibermeßverfahren, dem Massenstromverfahren oder dem Stärkenmeßverfahren erfaßt und die Druckstellung der Arbeitsv/alze und/oder die Geschwindigkeit der Arbeitswalzen werden so geregelt, daß die Abweichung der Stärke vom Sollmaß auf Null verringert werden kann.

Diese Verfahren, bei denen die Rückkopplungsregelung angewendet wird, haben den Nachteil, daß eine genaue Regelung der Blechstärke schwierig ist. Dies liegt an den Verzögerungen der Erfassung der Blechstärke und des Regelungsablaufes in der Regelungsanordnung. Zur Abhilfe wurde bereits ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem eine sog. Blech-Vorwärtskopplungsregelung angewendet wird. Hierbei wird die Blechstärkenabweichung am Einlauf des Walzwerks erfaßt und die Stärke des gelieferten Bleches wird auf der Basis der Blechstärkenabweichung am Eingang geschätzt. Die Druckstellung der Arbeitswalzen und/oder die Geschwindigkeit der Arbeitswalzen werden dann so geregelt, daß die Abweichung der geschätzten Stärke des gelieferten Bleches auf Null verringert wird.

Im folgenden sei ein typisches Beispiel der Vorwärtskopplungsregelung beschrieben. Das Ausgangssignal des am Eingang eines Gerüsts eines Walzwerks angeordneten Stärken-

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meßgeräts wird um eine Zeit T_L verzögert und die Druckstellung der Arbeitswalze wird entsprechend korrigiert. Die Zeit Ty ist durch folgenden Ausdruck gegeben:

v/orin L der Abstand zwischen dem Stärkenmeßgerät und der Arbeitswalze des Walzgerüsts und ν die Blechgeschwindigkeit sind.

In der JA-Patentveröffentlichung 25 509/63 wird vorgeschlagen, den Erfassungspunkt mit dem Regelungspunkt übereinfallend zu machen, indem der Moment der Korrektur der Druckstellung der Arbeitswalze um die Zeit verzögert wird, die der Erfassungspunkt dazu braucht, sich von der Stelle des Stärkenmeßgeräts zur Arbeitswalze zu bewegen. Nach einer Weiterentwicklung dieser Technik wird die Zwischengerüstspannung geregelt, wenn der Erfassungspunkt ein vorherbestimmtes Walzgerüst erreicht. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der JA-Patentveröffentlichung 7 140/76 (entsprechend der US-Patentanmeldung 92 349) beschrieben. Da die Verzögerung des Arbeitseinsatzes des Walzen-Zustellapparats stärker ins Gewicht fällt als die Walzgeschwindigkeit, wird bei dem obigen Verfahren eine Einrichtung verwendet, mit der dem Zustellapparat auf der Grundlage der gemessenen Blechstärke ein Arbeitswalzenstellungs-Korrektursignal zugeführt wird, in dem die Verzögerungszeit T_L entsprechend um eine Verzögerung T_g abgekürzt wird. Da weiter der Zustellapparat eine Ansprechverzögerung hat, wurden die Blechstärkenregelung unter Anwendung der Spannungs-(Geschwindigkeits-)Regelung mit schnellerem Ansprechverhalten und ähnliche Regelverfahren vorgeschlagen und in der Praxis angewendet. Es ist daher klar, daß, wenn diese Verfahren mit dem Rückkopplungsverfahren vereinigt werden, die Genauigkeit der Blechstärke wesentlich verbessert werden kann.

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Nach den bekannten Regelverfahren wird zwar die Länge der Teile des Blechbandes am vorderen und hinteren Ende desselben, an denen die Blechstärkenregelung problematisch ist, beträchtlich vermindert; die bisher bekannten Verfahren sind jedoch nicht zufriedenstellend. So wurde von einem Stahlhersteller berichtet, daß die Stahlmenge, die wegen der nicht erfaßbaren Stahlbandlängen am vorderen und hinteren Ende derselben als kommerzielles Produkt unbrauchbar sind, 450 t ausmacht und daß der Anteil der nicht erfaßten Bandteile etwa 0,6 % der gesamten Stahlmenge des betrachteten Betriebs ausmacht. Es ist daher verständlich, daß die Verminderung der aus diesem Grunde unbrauchbaren Blechmengen verschiedene Vorteile hat, nämlich die Verminderung der Produktionskosten, des Energieverbrauchs usw.

Es wurden daher die Gründe für die Entstehung der bisher nicht von der Regelung erfaßten Teile des einzelnen Blechbandes untersucht und es wurde eine Schwierigkeit gefunden, die der bekannten Vorwärtskopplungsregelung anhaftet. Diese Schwierigkeit wird im folgenden erläutert, wobei die oben beschriebene Vorwärtskopplungsregelung zur Korrektur der Arbeitswalzenstellung als Beispiel genommen wird.

Neuerdings werden bei der Blechstärkenregelung üblicherweise elektronische Rechner verwendet. Die Blechstärke oder Blechstärkenabweichung wird mit einer bestimmten Tastgeschwindigkeit oder -frequenz in den Rechner so eingespeist und weiterverarbeitet, daß der Walzdruck bzw. die Arbeitswalzenstellung entsprechend der Stärke oder Stärkenabweichung bestimmt und die Stellung bzw. der Druck geregelt wird. Die Ansprechverzögerung des Zustellapparats kann bis zu einem gewissen Maße, wie oben beschrieben, dadurch ausgeglichen werden, daß die Druckoder Stellungsregelung um die Arbeitsverzögerungszeit des Zustellapparats vorgeschoben wird. Der Einfachheit

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halber kann daher angenommen werden, daß der Zustellapparat ohne Ansprechverzögerung arbeitet. Nun wird die Blechstärke zu einer Zeit erfaßt oder gemessen und der Korrekturbetrag für die Druckstellung entsprechend der erfaßten Stärke ermittelt. Der Zustellapparat wird dann entsprechend dem Korrekturbetrag betätigt. Tritt der Zustellapparat zu dem Zeitpunkt in Betrieb, wenn der erfaßte Teil des Blechbandes das Walzgerüst erreicht, so kann der erfaßte Teil sehr genau geregelt v/erden. Die der Erfassung oder Messung unterworfenen Punkte liegen jedoch an diskreten Stellen längs des Blechbandes und die Regelanordnung ist auf der Grundlage der Annahme aufgebaut, daß die Blechstärke v/ährend den Tastperioden äquivalent konstant ist. Da nämlich die zu erfassende Blechstärke während der Tastperiode konstant ist, erfolgt die Regelung unter der Bedingung, daß eine stufenweise Veränderung der Blechstärke stattfindet. Tatsächlich ändert sich aber die Blechstärke nicht stufenv/eise, sondern kontinuierlich. Der Meß- oder Tastv/ert ändert sich üblicherweise von einer Meßperiode zur anderen, so daß die Zustellrichtung für einen Tastwert oft entgegengesetzt ist der für einen anderen Tastwert. Bei dieser Art der Regelung ist die Schwankung des Regelbetrages infolge der Ansprechverzögerung oder des Ansprechverhaltens im praktischen Walzbetrieb beträchtlich. Es ist klar, daß eine Regelung unzureichend ist, wenn sie unter der Annahme erfolgt, daß innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls keine Schwankungen der Blechstärke auftreten, tatsächlich sich die Blechstärke aber dauernd ändert. Bei einer derartigen herkömmlichen Blechstärkenregelung ist es schwierig, in einer Reihe von Walzvorgängen stets die Nennblechstärke zu erhalten, nämlich beim Einfädeln, Beschleunigen, beim normalen Walzbetrieb, bei der Verzögerung und beim Ziehen, mit der Ausnahme in obm Teil, in dem normal gewalzt wird, wo Spannung, Walzgeschv/indigkeit und die Stärke des Ölfilms zwischen Walzen und Blech konstant sind. Es ist daher

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leicht verständlich, daß am vorderen Ende des Bleches beim Einfädeln und Beschleunigen und am hinteren Ende des Bleches beim Verzögern und Herausziehen Blechlängen entstehen, deren Stärke vom Nennmaß abweicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur Blechstärkenregelung bei Walzwerken anzugeben, bei deren Anwendung die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden. Angesichts der vorstehenden Betrachtungen kann die Aufgabe der Erfindung speziell darin gesehen werden, ein Verfahren und eine Anordnung zur Blechstärkenregelung bei Walzwerken anzugeben, bei deren Anwendung die Länge oder der Anteil der vom Nennmaß abweichenden Teile an den beiden Enden des Blechbandes auf ein Minimum verringert werden kann.

Nach einem Merkmal der Erfindung wird die Abweichung der Stärke des ausgelieferten Bandes durch eine optimale Regelung auf ein Minimum herabgedrückt, und zwar unter Berücksichtigung der zeitlichen Änderung der Blechstärkenabweichung oder der dynamischen Charakteristik.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anordnung zur Blechstärkenregelung bei Walzwerken eignen sich besonders für Tandemwalzwerke. Erfindungsgemäß wird die Änderung der Blechstärke von einer Tastperiode zur anderen auf der Basis zweier Tastwerte berechnet, nämlich der Blechstärke und der Blechstärkenabweichung, und zwar am Eingang eines Walzgerüsts. Die Zustellgeschwindigkeit und die Blechbandspannung werden gemäß einer solchen Bedingung bestimmt, daß die berechnete Änderung während der Tastperiode auf ein Minimum verringert wird. Die Zustellgeschwindigkeit und die Zwischengerüstspannung werden durch die so bestimmte Walzgeschwindigkeit und Spannung reguliert, wenn ein gewisser Teil des Blechbandes den Walzspalt des nächsten Walzgerüsts erreicht.

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Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. In der beigefügten Zeichnung zeigen:

Fig. 1 in einem Diagramm die Abhängigkeit der Blechstärkenabweichung von der Walzzeit und

Fig. 2 in einem Blockschaltbild ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Regelanordnung.

Vor der Beschreibung des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Regelanordnung sei zunächst das Prinzip der Erfindung näher erläutert. Die herkömmliche Blechstärkenregelung ist wegen der Schwankung der Blechstärke während der Tastperiode nicht befriedigend, so daß mit der Kombination der Rückkopplungsregelung und der Vorwärtskopplungsregelung keine zufriedenstellende Genauigkeit erreichbar ist.

Fig. 1 zeigt die zeitliche Änderung der Stärke des von einem Kalt- oder Warmwalzwerk gelieferten Bleches, bei dem das herkömmliche Blechstärkenregelverfahren angewendet wird. Gemäß Fig. 1 ändert sich am vorderen und hinteren Ende des Blechbandes seine Stärke exponentiell. Dies liegt an der Spannungserzeugung am Eingang des Blechbandes in das erste Walzgerüst, an der Spannungsentlastung am Ausgang des letzten Walzgerüsts, an der Änderung der Härte des Bandes, an den Eigenschaften der Walzstraße und am Regelsystem.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Stärkenabweichung des auslaufenden Bleches zeitlich entsprechend der Änderung der Stärkenabweichung des einlaufenden Bleches, der Zustellgeschwindigkeit der Arbeitswalze und der Zwischengerüstspannung veränderlich ist, und daß die Änderung der Stärkenabweichung des gelieferten Blechbandes proportional der Zeit τ während einer sehr kurzen Tastperiode (z.B. einige zehn Millisekunden) ist und daher

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durch einen linearen Ausdruck dargestellt werden kann. Die Tatsache, daß die Änderung der Stärkenabweichung des gelieferten Blechbandes linear dargestellt werden kann, ist beachtenswert, da in vielen Fällen die optimale Regelung durch direkte Digitalregelung (DDC) unter Ausnutzung eines elektronischen Rechners angewendet werden kann. Wie oben erwähnt, ist es der Kern der Erfindung, daß die Blechstärkenabweichung proportional ist zur Zeit τ innerhalb einer Tastperiode, und daß sie durch einen linearen Ausdruck darstellbar ist. Der wichtigste Zusammenhang wird im folgenden beschrieben. Bezüglich eines Walzgerüsts sei die Stärkenabweichung des einlaufenden Bleches mit ΔΗ(_τ)ι die Zustellgeschwindigkeit der Arbeitswalze während der Tastperiode mit ν_β und die Abweichung der Zwischengerüstspannung von einem Bezugswert mit At bezeichnet. Dann kann die Stärkenabweichung Δη(τ) des gelieferten Bleches folgendermaßen ausgedrückt werden:

worin τ die Zeit, fiH die Stärkenabweichung des einlaufenden Bleches, T die Tastperiode, S die Zustell- oder Druckstellung, At_fp die Spannungsabweichung in Vorwärtsrichtung „ t dte Rückwärtsspannungsabweichung und Äh(kT) die Stärkenabweichung des gelieferten Bleches bei einer Tastperiode kT sind. Die Änderungsgeschwindigkeit der Stärke des gelieferten Bleches gegenüber der Stärke des einlaufenden Bandes ist mit

& Θ bezeichnet, üblicherweise eine Konstante, die einzig durch die Härte des Bleches und den Walzdruck bzw. die Stellung der Arbeitswalze bestimmt wird. Das Symbol 57* ist der partielle Differentialquotient der Stärke des gelieferten Bleches gegenüber der Druckstellung, rr und §-r sind die

^drf ^dt

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partiellen Differentialquotienten der Stärke des gelieferten Bleches gegenüber der Vorwärts- bzw. Rückwärtsspannung. Die obige Gleichung (2) ist die dynamische Kenngleichung, die im Zusammenhang mit der Erfindung benutzt wird. In Gleichung (2) kann die Zwischengerüstspannung durch die Geschv/indigkeitsabweichung zwischen den Gerüsten ersetzt v/erden. Entsprechend einer noch zu beschreibenden bevorzugten Ausführungsform der Erfindung arbeiten die Gerüste des Walzwerks gemäß Gleichungen entsprechend (2) und die Regelvariabtei v/ie die Druckstellung, die Motordrehzahl und die Spannung des Bleches jedes Gerüsts können entsprechend der gewünschten Regelart gewählt werden.

Für das i-te Walzgerüst wird die dynamische Kenngleichung (2):

+ Ah₁CkT) (3)

worin die Indizes i und i-1 sich auf die Variablen mit Bezug auf das i-te und das (i+1)-te Walzgerüst beziehen. ¹¹Si' ¹Hi ¹^ ^tI-I ^s*^nc* ^d*^e Regelartkoeffizienten mit dem Wert 1 oder O entsprechend der gewünschten Regelart, A^i.i ist die Rückwärtsspannung mit Bezug auf das i-te Walzgerüst (d.h. die Vorwärts spannung mit Bezug auf das G--1)-te Walzgerüst), ^t , ist die Vorwärtsspannung gegenüber dem i-ten Walzgerüst.

Gleichung (3) wird dann in eine Schätz- oder Berechnungsfunktion zur Berechnung des Optimalzustandes und der Zustellgeschwindigkeit Vat der Arbeitswalze, der Spannung

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4t . usw. für jedes Gerüst eingesetzt.

In einer Schätz- oder Berechnungsfunktion zur Regelung sollte die Summe der erfaßten Werte der Blechstärkenabweichung Ah(T) innerhalb eines endlichen Intervalls, z.B. der Tastperiode T, minimal sein. Es ist daher notwendig, das endliche Integral von Ah(O zu minimisieren. Während einer bestimmten Tastperiode ist aber die Blechstärkenabweichung nicht nur positiv, sondern sie ändert sich üblicherweise über positive und negative Werte. Dementsprechend ist es nicht immer günstig, die Regelung derart auszuführen, daß das endliche Integral von Ah(T) ein Minimum ist.

Unter Berücksichtigung der Möglichkeit, daß sich die Blechstärkenabweichung Über positive und negative Werte ändert, wurde erfindungsgemäß eine Berechnungsfunktion J derart gewählt, daß die Summe der Quadrate der erfaßten Werte der Blechstärkenabweichung des gelieferten Blechs an jedem Walzgerüst über eine Tastperiode minimisiert wird:

k+1)T
Min \Γ

Darin ist η die Anzahl der Walzgerüste, d.h., η =.5 bei einem 5-gerüstigen V/alzwerk. Erfindungsgemäß sind auch weitere Berechnungsfunktionen anwendbar, bei denen die absolute Summe oder die Summe der Quadrate der erfaßten Werte der Zwischengerüstspannung, der Änderungen der Druckstellung und die Zustellgeschwindigkeit der Arbeitswalze minimisiert wird. Als derartige Berechnungsfunktionen können verwendet werden:

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- *5 - j NACHGEREICHT

J = Min

, Ρ* J

kT

Si , Ρ* J

(τ) + ^ν² _(τ)] dT (5)

r(k+i)T

J = Min \ ΣΐίαΐΔΜ(τ)Ι + ßiAt_{f ±}(τ)| + _υ1δ1^ .(τ

^vSi,^AtpiJ ^L

• kT

+ 6

ΐΔν_±(τ)ί} ατ (6)

worin α, β, _γ, δ» ^e» ^α'» β'* γ'» 6'ünd e' Gewichtungsoder Bewertungskoeffizienten mit einem Wert zwischen O und 1 und LvAr) die JSnderung der Walzengeschwindigkeit des i-ten Gerüsts zur Zeit τ sind.

Falls die Berechnungsfunktion J der Gleichung (4) verwendet wird, wird der Ausdruck (3) in die Gleichung (4) eingesetzt, so daß die Bedingung zur Erfüllung des Ausdrucks (4) gegeben ist durch die Werte, die die folgenden Simultangleichungen ersten Grades erfüllen. Die im folgenden aufgeführten Gleichungen gelten für den Fall einer 5-gerüstigen Tandem-Walzstraße.

\ ' ^Ähl<^kT> ⁺ J * <§>i * <fr>l* T3 = 0 —. (7)

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^Ά\2 ,3h \

^Kwz^}2

- 17 - ■

j NAOHGEREICHT

83^L"T" ^ν8?'3 " ""83

?· ^ih3^<kT1

^{T] =} ° ^C9)

||)₅· (|f)₅-T] -0— (ID

709843/0639 ORIGINAL LNSPECTED

NACHGEREICHT

Φι ■ ^τ · '.ι ⁺ "ti

? ■ <Hy

1 /3h%

2 · ⁽3H^}2 *

_{v + n} s3 ⁿt2

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ig - InaohoereiohtI

x 1 tSlL\ . (2ϋ) · T } ⁺ 2 :⁽ä5f^}3 ¹»τ'3 η ι. ^y,

Ah₁₁CkT)

ⁿt4 ^{L (}3Vt '¹T"

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Bei der Ausführungsform gemäß der Erfindung v/erden die Werte n_Si und -^ in den Gleichungen (7) bis (15) gleich 1 oder 0 gesetzt und die gewünschten Gleichungen und Variablen werden so gewählt, daß sich die Variablen wie die Zustellgeschwindigkeit Vg^ der Arbeitswalze und die Spannungsänderung At . ergeben.

Im folgenden wird das bevorzugte Ausführungsbeispiel erläutert.

Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels, bei dem die Erfindung auf ein 5-Gerüst-Tandem-Kaltwalzwerk angewendet ist. Das in Fig. 2 schematisch gezeigte Kaltwalzwerk enthält 5 Walzgerüste 12a bis 12e in Tandemanordnung zum Walzen eines in x-Richtung laufenden Bleches 10. Die Arbeitswalzen der einzelnen Walzgerüste werden mittels Walzmotoren 16a bis I6e angetrieben und mittels Druck- oder Zustellreglern 14a bis 14e verschoben. An den Eingängen des ersten und zweiten Walzgerüsts 12a bzw. 12b sind Blechstärkendetektoren 18a und 18b angeordnet; zwischen den Walzgerüsten befinden sich Zwischengerüst-Spannungs-Detektoren 20a bis 2Od. Ein Rechner 22 dient zur Berechnung der Stärkenabweichungen des gelieferten Blechbandes an den Liefer- oder Austrittsseiten der einzelnen Gerüste. Der Rechner 22 empfängt die Ausgangssignale der Stärkendetektoren 18a und 18b, die Walzgeschwindigkeits-Ausgangssignale, die proportional sind der Drehzahl der Motoren 16a bis 16e und die Ausgangssignale der Zwischengerüstspannungs-Detektoren 20a bis 2Od. Er berechnet die Blechstärken an den Ausgängen der einzelnen Gerüste und liefert die Abweichungen der Stärke vom Bezugs- oder Sollwert. Das Ausgangssignal des Rechners 22 zur Berechnung der Stärkeabweichung des gelieferten Bleches und die Walzgeschwindigkeits-Ausgangssignale, d.h., die Ausgangssignale, die die Drehzahl der

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Arbeitswalzen der einzelnen Gerüste darstellt, werden einem Speicher 24 zugeführt, der die Stärkenabweichung des vom einzelnen Gerüst gelieferten Bleches speichert, während das Blech zwischen den Walzgerüsten 12a und 12b, 12b und 12c, 12c und 12d sowie 12d und 12e übertragen wird. Die im Speicher 24 gespeicherten Werte werden als Stärkenabweichungen des einlaufenden Bandes dem Rechner 22 zur Berechnung der Stärkenabweichung des gelieferten Bleches zugeführt. Der Speicher 24 führt weiter die beiden letzten der gespeicherten Vierte einer arithmetischen Einheit bzw. einem Rechner 26 zur Berechnung des Differentialverhältnisses der Stärkenabweichung des einlaufenden Bleches zur Zeit, d.h. (dAH/dT), zu, das als zeitliche Änderung in der Stärkenabweichung des einlaufenden Bleches dient, das dem nächsten Walzgerüst zugeführt wird. Der Rechner 26 unterzieht die Differenz zwischen den beiden empfangenen gespeicherten Werten einer Division, so daß die zeitliche Änderung der Stärkenabweichung des einlaufenden Bleches berechnet wird, d.h. die Änderungsgeschwindigkeit der Stärke des einlaufenden Bleches. Das als Ausgangssignal des Rechners 26 abgegebene Rechenergebnis wird einem Optimalregler 28 zugeführt. Der Rechner 26 rechnet nach der Gleichung fAH(O-/\H(kT)/T^. Der Optimalregler 28 empfängt die Ausgangssignale der beiden Rechner 22 und 26 und berechnet die optimalen Regelbeträge für die Zustellgeschwindigkeit v«, bzw. die Spannungsänderung At. entsprechend den Ausdrücken (7) bis (15) und einem vorbestimmten Signal CM zur Vorgabe der gewünschten Regelart. Die optimalen Regelbeträge werden einem Zustell-Regelsystem und einem Spannungs-Regelsystem zugeführt.

Die Ausgangssignale des Optimalreglers 28, d.h. die Änderung der Spannung, wird zur Korrektur der Einstellwerte der Spannung t ^ und t . in Addierern 30a bzw. 30b verwendet. Es sind automatische Spannungsregler (ATR) 32a

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bis 32e vorgesehen, von denen die Spannungsregler 32a bis 32d die Ausgangssignale der Spannungsdetektoren 20a bis 2Od, die Ausgangssignale der Addierer 30a und 30b und die eingestellten Werte der Spannung t ₂ und t , empfangen. Sie liefern ein Regelsignal zur Verminderung der Differenz zwischen beliebigen zwei der obigen Ausgangssignale auf 0. Automatische Geschwindigkeitsregler (ASR) 34a bis 34e, denen die Ausgangssignale der Regler 32a bis 32e zugeführt werden, regeln die Drehzahlen der Walzmotoren 16a bis I6e entsprechend den Ausgangssignalen. Die vom Optiinalregler 28 gelieferten Zustellgeschwindigkeits-Regelsignale werden den Zustellapparaten 14b bis 14d zugeführt.

Die Ausgangs-Blechstärken an den einzelnen Walzgerüsten 12a bis 12e können durch Stärkedetektoren erfaßt werden, die an den einzelnen Walzgerüsten vorgesehen sind, und zwar nach dem Kalibermeßverfahren. Bei dieser Ausführungsform werden die Stärken des gelieferten Bleches unter Anwendung des Prinzips einer konstanten Volumengeschwindigkeit erhalten, d.h. aufgrund der Tatsache, daß die Volumengeschwindigkeiten des einlaufenden und des auslaufenden Bleches an einem Gerüst gleich sind, so daß die Einflüsse der Abnutzung der Arbeitswalzen, der Wärmedehnung, der Fehler in den Nullpunkten der Druckstellungen und der Extentrizitäten der Walzen vermieden werden. Bezeichnet man die Stärke des einlaufenden Bleches und dessen Geschwindigkeit sowie die Stärke des auslaufenden Bleches und dessen Geschwindigkeit am i-ten Walzgerüst mit H₁, Vj, h^ bzw. V₁, so ist

H₁-V₁ = Ii₁-V₁ (16)

Dabei ist angenommen, daß die Geschwindigkeit V₁ des einlaufenden Bleches am i-ten Gerüst gleich ist der Geschwindigkeit Vj₁ des auslaufenden Bleches am (i-1)-ten Gerüst.

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Die Blechgeschwindigkeit V₁ am Ausgang des i-ten Gerüsts ist

v_Ri (1+JT₁) (17)

Darin ist v_R1 die Umfangsgeschwindigkeit der Arbeitswalze und f* der Vorschubfaktor.

Der Vorschubfaktor f.^ kann, wie durch Versuche festgestellt wurde, folgendermaßen ausgedrückt werden:

= a (l^-bit^.,) (18)

Darin sind a bestimmt durch eine Funktion der Stärke H₁ des einlaufenden Bleches am i-ten Gerüst, die Stärke des einlaufenden Bleches zum ersten Walzgerüst und die Spannung, b durch eine Funktion der Stärke des einlaufenden Bleches zum i-ten und ersten Gerüst, r* ist die Zustellgeschwindigkelt des l-ten Gerüsts, "t ₁ und "b . «j sind die Vorwärts- bzw. Rückwärtsspannung am i-ten Gerüst, wobei die Rückwärtsspannung t ,^ gleich ist der Vorwärtsspannung am (i-1)-ten Gerüst.

Nach den Gleichungen (16) und (17) wird die Stärke des einlaufenden Bleches zur Stärke h* des auslauf Bleches folgendermaßen in Beziehung gesetzt:

Die Vorschubfaktoren f^ und ^_-1 für das i-te bzw. (i-1)-te Gerüst können folgendermaßen auf dreierlei Weise erhalten werden. Nach dem ersten Verfahren werden die Vorschub-

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faktoren f^ und ϊ*ά als Konstanten betrachtet und aus der Zustellung bzw. dem Druck und der Art des verwendeten Stahls zur Zeit des Entwurfs des Walzprogramms berechnet. Nach dem zweiten Verfahren werden die Werte f_i (oder F. ^). die nach dem ersten Verfahren erhalten wurden, durch die Blechstärkenabweichung und die Spannungsabweichung korrigiert. Das zweite Verfahren kann folgendermaßen ausgedrückt werden:

worin (§§)_±, (ff J₁ und(|l )_± die Koeffizienten von δΗ_±, At . bzw. At ._-j sind.

Der virtuelle oder tatsächliche Faktor £λ wird aus der Gleichung (20), die virtuelle Stärke h^ des gelieferten Bleches durch Einsetzen von f^ in Gleichung (19) und f^ durch Verwendung von f^ und h^ entsprechend folgender Gleichung berechnet:

worin (§]j)j_ ein Koeffizient und h^ die Soll-Blechstärke sind.

Das dritte Verfahren führt zur Lösung der Gleichung (19) aufgrund der Annahme, daß die Gleichung (19) eine Funktion von h^ ist. Erfindungsgemäß wird die Gleichung (18) unter Anwendung des dritten Verfahrens benutzt. Setzt man die Gleichungen (17) und (18) in Gleichung (16) ein, so folgt

worin Y^ = 1 + a + b (t .-t ._₁).

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Nach dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Stärkedetektoren 18a und 18b an der Eingangs- bzw. Ausgangsseite des ersten Gertists 12a angeordnet. Die Walzgeschwindigkeiten an den einzelnen Gerüsten und die Zwischengerüstspannungen werden erfaßt, die Stärken der aus den einzelnen Gerüsten auslaufenden Bleche werden entsprechend Gleichung (22) berechnet und es werden die Abweichungen der Stärken von den Sollwerten erhalten. Diese Berechnungen werden durch den Rechner 22 zur Berechnung der Stärkenabweichung des auslaufenden Bleches vollendet, und zwar bei jeder Tastperiode T, deren Dauer beispielsweise 20 ms beträgt. Erfindungsgemäß wird als Stärke H* des einlaufenden Bleches in Gleichung (22) die Stärke des auslaufenden Bleches verwendet, die sich aus der Berechnung fUr das (i-1)-te Gerüst ergibt und mit Hilfe des Speichers 24 um eine Zeit verzögert, die für die übertragung des Bleches von einem Gerüst zum anderen notwendig ist.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Anordnung beschrieben. Die in Fig. 2 gezeigte Regelanordnung arbeitet nach der Art der Formregelung und regelt die Blechstärke durch Regelung der Zustellgeschwindigkeiten der Arbeitswalzen des zweiten bis vierten Gerüsts und der Vorwärtsspannungen bezüglich des ersten und vierten Gerüsts. Entsprechend ist in den Gleichungen (7) bis (15) η₃^ = 0, *S2 ⁼ ^3 ⁼ ^Sk ^{= 1}» ^η« ⁼ ^4 ^{= 1 bis} ^2 ⁼ ^3 - °· ^Dle jeweiligen Regelbeträge sind durch folgende Gleichungen gegeben:

^s2 (Hl) ft f^8h )²

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(23)

s3 ⁼ -73H

Ah_n(kT)

. /3h_v r _f3jL_

(25)

-1

(26)

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2" - I

' j nachqereioht]

*** "WW^WW ¹^" ^ih"^(kT)

3H» -,

aTV (27)

Die Berechnungen gemäß den Gleichungen (23) bis (27) werden durch den Optimalregler 28 während ^eder Tastperiode wiederholt und der Optimalregler 28 liefert die Regelsignale Ät_p1, Lt^, v_ß2, v_g3 und v_&^ Jeder Tastdi Aflih

_p ^

periode. Da bei dieser Ausflihrungsf orm nach dem Formregelverfahren geregelt wird, wird das letzte Gerüst 12e, das den größten Einfluß auf die Form des Produkts hat, nicht direkt geregelt. Beim normalen Walzen ist jedoch eine Regelung möglich, bei der viele andere Kombinationen / angewendet werden. Beispielsweise können sämtliche Gerüste geregelt werden, indem nur die Zustellgeschwindigkeit v_ oder nur die Spannung &t geregelt wird.

Für andere Regelverfahren, bei denen nur die Zustellgeschwindigkeiten der Arbeitswalzen des zweiten und fünften Gerüsts geregelt werden, d.h., daß n_s1 = O, ^g = tu* ■ η . = η₈^ = 1 und η^ = 0, gilt für die Zustellgeschwindigkeiten der einzelnen Gerüste:

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- 28 - NACHQEREICHT

^vsi - - TTCT ^{Ä ^Ähi^{(kT) +} Φι<Ιτ>ι> — ⁽²⁸>

!τ>₂ ^} — <²⁹>

l&⁾3⁽i?⁾3¹ ~ ⁽³⁰⁾

gV — (3D

Ιη>5⁽ΪΤ>5^> — ⁽³²⁾

Da die Zustellgeschwindigkeit v_s, die Spannung &t usw. als Regelvariable geregelt werden können, ist eine freie Regelung der Blechstärke durch willkürliche Wahl der Regelvariablen möglich, d.h. durch willkürliche Wahl der unabhängigen Variablen in den obigen Gleichungen (7) bis (15).

Erfindungsgemäß wird also die Änderung der Blechstärke innerhalb der Tastperiode unter Anwendung zweier Tastwerte für die Stärke des einlaufenden Bleches betrachtet. Die Regelanordnung ist so aufgebaut, daß die Blechstärkenabweichung innerhalb dieser Periode auf ein Minimum

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vermindert wird. Demzufolge ist das erfindungsgemäße Blechstärken-Regelverfahren v/esentlich genauer als das herkömmliche Regelverfahren. Gleiches gilt für die herkömmliche und die erfindungsgemäße Anordnung. Erfindungsgemäß werden die außerhalb des Nennmaßes liegenden Teile der einzelnen Blechbänder auf fast die Hälfte der nach dem Stand der Technik erzielbaren Werte verringert.

Darüberhinaus kann erfindungsgemäß die Regelung frei geändert werden durch entsprechende Wahl der Regelarten entsprechend den Formen der Arbeitsv/alzen und den Materialien des Bleches. Daher ist bei Anwendung der Erfindung eine optimale Walzregelung möglich. Dabei kann die Erfindung bei verschiedenerlei Walzwerken angewendet werden.

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Leerseite

Claims

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MARIAHILFPLATZ 9. Λ 3, MCNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95 OI 6O, D-8OOO MÖNCHEN O5 2 7 I 3 3 Q

KARL LUDWIO

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DIPL. IMG. PETER STREHL

DIPL. CKEM. DR. UKSULA SCHÜBEL-HOPF

DIPL. INQ. DIETER EBBINQHAUS

TELEFON (OBS) 4 8 2Ο6« TELEX Β-93 6β6 AURO D

auromarcpat München

HITACHI, LTD. DA-14114

25. März 1977

Verfahren und Anordnung zur Blechstärkenregelung bei Walzwerken

Patentansprüche;

Verfahren zur Regelung der Blechstärke bei Walzwerken, insbesondere der Stärke des aus einer Tandem-Walzstraße auslaufenden Bleches auf einen gewünschten Wert, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitlichen Änderungen der Stärke des einlaufenden Bleches an einzelnen WaIzgerUsten ermittelt werden, daß die Optimalwerte der Regelvariablen an den einzelnen Walzwerken unter Verwendung der Änderungen ermittelt werden, wobei die Optimalwerte einer Berechnungsfunktion angepaßt werden, die die Stärkenab-

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weichungen des auslaufenden Bleches in den nachfolgenden Perioden auf ein Minimum beschränken, und daß die Regelvariablen für die einzelnen Gerüste unter Anwendung der Optimalwerte reguliert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungsfunktion ein endliches oder bestimmtes Integral über eine Tastperiode der Summe der Quadrate der Stärken des auslaufenden Bleches ist, die aus den Änderungen der Stärken des einlaufenden Bleches erhalten v/erden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung und/oder Zustellgeschwindigkeit als Regelvariablen gewählt v/erden und daß die Spannung und/oder die Zustellgeschwindigkeit willkürlich für jedes V/alzgerüst geregelt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke des einlaufenden Bleches am zweiten und dem folgenden Gerüst entsprechend der Beziehung eines konstanten Massenstroms unter Verwendung des Ausgangssignals eines Stärkendetektors errechnet werden, der am Eingang des ersten Gerüsts angeordnet ist, sowie der Geschwindigkeiten

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des Bleches an dem jeweiligen Gerüst, und daß die zeitlichen Änderungen der Stärke des einlaufendes Bleches am jeweiligen Gerüst unter Verwendung der erhaltenen Stärke des einlaufenden Bleches errechnet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitswalzendrehzahlen an den einzelnen Gerüsten unter Korrektur durch einen Vorschubfaktor als Geschwindigkeiten des Bleches am jeweiligen Gerüst verwendet werden.
6. Verfahren zur Regelung der Blechstärke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitlichen Änderungen der Stärke des einlaufenden Bleches durch Erfassung der Stärken des einlaufenden Bleches oder der Stärkenabweichungen desselben am jeweiligen Gerüst je vorbestimmte Tastperiode ermittelt werden, indem die Differenz zwisehen zwei Stärken des einlaufenden Bleches oder Stärkenabweichungen, die während zweier Tastperioden erfaßt wurden, gebildet, und indem die Differenz durch die Tastperiode geteilt wird.
7. Anordnung zur Minimisierung der Abweichungen der Blechstärke bei Walzwerken, inbesondere Tandem-Walzstraßen, gekennzeichnet durch einen Rechner (22) zur Ermittlung der Zeitlichen Änderungen

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der Stärken des an den jeweiligen Gerüsten (12a bis 12e) des Tandem-Walzwerks einlaufenden Bleches, und durch einen Optimalregler (28) zur Ermittlung der Optimalwerte der Regelvariablen an den jeweiligen Gerüsten unter Beachtung der Änderungen, so daß die Werte eine vorbestimmte Berechnungsfunktion erfüllen können, wobei die Walzstraße durch das Ausgangssignal des Optimalreglers so geregelt wird, daß die Optimalwerte beibehalten werden.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungsfunktion so gewählt ist, daß die Summe der Quadrate der Stärkenabweichungen des auslaufenden Bleches, die Zwischengerüstspannungsabweichungen, die Änderungen der Zustell-Stellungen oder die Änderungen der Zustell-Geschwindigkeiten ausgenutzt werden.
9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Optimalregler (28) so aufgebaut ist, daß er als Regelvariablen wenigstens die Zustell-Stellung, die Zustell-Geschwindigkeit oder die Zwischengerüstspannung für jedes Walzgerüst entsprechend einem vorbestimmten Regelartsignal wählt.

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10. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (22) eine Einrichtung zur Erfassung der Je vorbestimmter Tastperiode ermittelten Werte der Stärke des auslaufenden Bleches an jedem Gerüst, eine Einrichtung (24) zur Speicherung jedes der getasteten Werte für die Zwischengerüst-Übertragungszeit, und eine Einrichtung (26) zum Lesen der getasteten Werte je Zwischengerüstübertragungsperiode zur Verwendung derselben als Stärke des einlaufenden Bleches am nächsten Gerüst und zur Ausgabe der Stärke des vom nächsten Gerüst auslaufenden Bleches zum Optimalregler (28) aufweist.
11. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Rechner (22) eine Einrichtung zur Erfassung der je vorbestimmter Tastperiode ermittelten Werte der Stärke des auslaufenden Bleches an jedem Gerüst, eine Einrichtung (24) zum aufeinanderfolgenden Speichern jedes der getasteten Werte für die Zwischengerüst-Übertragungszeit, und eine Einrichtung zur Berechnung der zeitlichen Änderung der Stärke des einlaufenden Bleches durch aufeinanderfolgendes Lesen der gespeicherten, getasteten Werte und durch Teilen der Differenzen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Werten durch die Tastperiode enthält.

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12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zur Erfassung der getasteten Werte der Stärken des auslaufenden Bleches einen ersten und einen zweiten Stärkendetektor (18a, 18b) enthält, die am Einlauf bzw. am Auslauf eines beliebigen Gerüsts angeordnet sind, und Einrichtungen zur Erfassung der Walzendrehzahl an dem Gerüst enthält, wobei die Einrichtung zur Erfassung der getasteten Werte so aufgebaut ist, daß die Stärke des auslaufenden Bleches aus den AusgangsSignalen der Stärkendetektoren und den Walzendrehzahlen unter Ausnutzung des Prinzips ermittelt wird, daß die Volumengeschwindigkeiten am Einlauf und Auslauf jedes Gerüsts einander gleich sind.

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