DE4141742A1

DE4141742A1 - Verfahren zur dickenregelung von bandfoermigem walzmaterial in bandstrassen

Info

Publication number: DE4141742A1
Application number: DE19914141742
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dipl Ing Ahrens; Rainer Dipl Ing Fackert; Bert Dipl Ing Wohlers
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1991-12-13
Filing date: 1991-12-13
Publication date: 1993-06-17

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der Dicke von bandförmigem Walzmaterial in Bandstraßen von Walzwerken, wie es im Oberbegriff des Anspruches 1 näher definiert ist.

Wesentliche Zielgröße beim Walzen von Warm- und Kaltband ist die Aus gangsdicke h_a, die möglichst bis auf wenige µm eingehalten werden soll. Um zu diesen engen Toleranzen zu gelangen, wird die Dicke - soweit die Störeinflüsse meßbar und vorhersehbar sind - vorgesteuert. Die nicht vorhersehbaren Störeinflüsse werden ausgeregelt. Dazu gibt es verschiedene Verfahren.

Nach der viel verwendeten Monitorregelung wird ein Dickenmeßgerät ein gesetzt, das in Laufrichtung des Bandes hinter dem Walzspalt laufend die Dicke des Walzbandes als Istwert bestimmt und diese Meß- oder Ab nahmegröße als Regelgröße einem Regler zuführt. Der Regler verarbeitet die Regelgröße mittels bekannter Algorithmen zur gewünschten Stell größe, über die die Anstellung, d. h. der Abstand der Arbeitswalzen über eine Positions- oder Walzkraftregelung verändert wird. Gelegent lich wird auch die Drehzahl der Motoren vorgeordneter oder nachfol gender Gerüste, S-Rollen oder Haspel variiert. Nachteilig bei der Monitorregelung ist, daß zwischen dem Ort des Stell eingriffs und der Messung der Auswirkung (Dickenmeßgerät) die Zeit für den Transport des Bandes vom Stell- zum Meßort vergeht. Das wäh rend dieser Zeit transportierte Band ist nicht mehr beeinflußbar. Re gelungstechnisch stellt die Transportzeit eine Totzeit dar. Reglerein stellung und Ausregelzeiten sind durch diese Totzeiten bedingt. Aus konstruktiven Gründen läßt sich die Totzeit bei hinter dem Walzspalt angeordnetem Meßgerät nicht beliebig verringern.

Es besteht daher der Bedarf einer totzeitfreien Dickenbestimmung. Man hat versucht, den Meßort hinter dem Walzspalt dadurch zu vermei den, indem man statt der Dicke des Walzgutes indirekt den Abstand der oberen und unteren Arbeitswalze mißt und konstant hält. Hierbei stimmen jedoch Meß- und Regelgröße nicht überein. Wegen auftretender Walzenverformungen (-biegungen) können sich dabei zwischen beiden Größen erhebliche Abweichungen ergeben.

Bei einem anderen bekannten Verfahren werden aus Änderungen der Walz kraft und der Anstellungsposition Änderungen der Ausgangsdicke nach der sogenannten Gagemetergleichung berechnet:

Darin bedeuten:

Δh_a = errechnete Änderung der Ausgangsdicke,
ΔF_w = Änderung der Walzkraft,
ΔS = Änderung der Anstellposition,
M = Ständermodul.

Dazu muß - will man den heutigen Genauigkeitsanforderungen entsprechen - die wirksame Walzkraft sehr genau gemessen werden können, was wegen der auftretenden unterschiedlichen Reibungskräfte häufig nicht möglich ist. Meß- und Regelgröße weichen dadurch im Toleranzbereich kaltgewalzter Bleche mitunter erheblich voneinander ab.

Eine weitere Möglichkeit, die Ausgangsdicke des Walzbandes zu ermit teln und als Regelgröße totzeitarm einsetzen zu können, ist ihre Berechnung aus der bekannten Massenflußgleichung.

h_a · v_a = h_e · v_e

Darin bedeuten:

h_a = zu errechnende Ausgangsdicke,
h_e = gemessene Eingangsdicke,
v_e = gemessene Eingangsgeschwindigkeit,
v_a = gemessene Ausgangsgeschwindigkeit.

Bei diesem Verfahren der Massenflußregelung wird die Ausgangsdicke konstant gehalten, indem die Eingangsgeschwindigkeit des Walzbandes am Walzspalt durch Vergrößerung oder Verkleinerung der Geschwindigkeit des vorgelagerten Antriebes variiert wird. Dies bedingt für eine stabile Regelung eine entsprechend genaue Dreh zahlerfassung und große Verstellgeschwindigkeit der Drehzahl. Das ist nur aufwendig und teuer erreichbar. Außerdem muß bei der Verstellung der Drehzahl die Voreilung und Nacheilung des Materials berücksichtigt werden.

Wird zum Beispiel das erste Gerüst einer mehrgerüstigen Walzstraße oder auch eine eingerüstige Walzstraße auf diese Art geregelt, sind der Abhaspel oder eventuell auch eine S-Rolle die Antriebe, deren Drehzahlen zu verändern sind. Im Falle der Abhaspel käme die kriti sche Forderung hinzu, daß zu abrupte Drehzahländerungen nicht auf treten dürfen, damit sich die Windungslagen auf der Haspel nicht ver schieben. Der konstante Zug vor dem Gerüst muß somit sehr genau ein gehalten werden, was zusätzlich über eine überlagerte Walzspaltrege lung ausgeglichen werden muß. Dies ist umständlich und hier setzt die Erfindung ein mit der Aufgabe, das totzeitarme Verfahren der Massenflußregelung zu verbessern und zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird für ein Verfahren der eingangs genannten Art gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Dabei wird die aus der Massenflußgleichung errechnete Ausgangsdicke h_a direkt zur Beeinflussung der Walzenanstellung über deren Walzkraft- oder Posi tionsregelung herangezogen. Dabei kann die Regelverstärkung in be kannter Weise an die Materialeigenschaften des Walzgutes angepaßt werden.

Für die Berechnung der Ausgangsdicke h_a wird die Eingangsdicke h_e in Laufrichtung des Bandes vor dem Walzspalt gemessen, wobei der Meßort zweckmäßig in der gleichen Breitenposition liegt, wie ein praktisch immer vorhandenes Meßgerät, das - mit entsprechend zeit licher Verzögerung - die auslaufende Dicke h_a hinter dem Walzspalt kontrolliert.

Die Meßwerte der Einlaufdicke h_e werden über Schieberegister entspre chend der Bandgeschwindigkeit und der Entfernung Meßort-Walzspalt verzögert, so daß stets die der Rechnung zugrundegelegte Einlauf dicke h_e zeitlich der in den Walzspalt eintretenden Dicke entspricht.

Die Bandgeschwindigkeiten andererseits müssen für die Berechnung entsprechend den Genauigkeitsanforderungen gemessen werden. Das kann mittels teuerer und wartungsintensiver Lasermeßgeräte, aber gegebenen falls auch über die Drehzahl der den Gerüsten zugeordneten S-Rollen oder die Haspel erfolgen.

Besonders bei dicken Bändern ist die Geschwindigkeitsbestimmung schwierig. Einmal werden bei dicken Bändern niedrigere relative Tole ranzen gefordert, zum anderen kann bei dicken Bändern die Geschwin digkeit im Walzspalt eher von der am Meßort abweichen als bei dünne ren Bändern, zum Beispiel wenn das Band nicht völlig glatt liegt, d. h. beult.

In einigen Fällen kann es ausreichend sein, nur eine der beiden nöti gen Bandgeschwindigkeiten zu messen, und zwar die, die sich mit Ände rung der Walzbedingungen am stärksten ändert. Die zweite Geschwindig keit läßt sich dann aus dem Sollwert ermitteln. Mitunter lassen sich Geschwindigkeitsänderungen auch aus den Zugänderungen errechnen, die durch Zugmeßrollen ermittelt werden.

Bei eingerüstigen Walzwerken mit S-Rollen vor und hinter dem Gerüst oder bei zweigerüstigen Walzwerken mit S-Rollen vor und hinter den Gerüsten können die S-Rollen zur Geschwindigkeitsmessung herangezogen werden. Wenn im zweiten Gerüst nur eine sehr geringe oder quasi kon stante Voreilung bzw. Nacheilung der Materialgeschwindigkeit gegen über der Walzenumfangsgeschwindigkeit besteht, kann die Geschwindigkeit der S-Rolle 2 der Ausgangsgeschwindigkeit des Materials aus dem Ge rüst 1 gleichgesetzt werden. Das wird der Fall bei sehr geringer Dickenabnahme im Gerüst 2 sein. Andernfalls kann die Ausgangsdicke des zweiten Gerüstes mit Hilfe der S-Rolle bestimmt und geregelt werden.

Sind keine S-Rollen vorhanden, kann die Geschwindigkeit aus Dreh zahl und Durchmesser der Haspeln errechnet werden.

Die Regelstrecke der Massenflußregelung kann bis auf die Totzeit das gleiche dynamische Verhalten wie die der Monitorregelung haben. Da für die Reglereinstellung keine Totzeit zu berücksichtigen ist, hat die Massenflußregelung allerdings ein wesentlich günstigeres Störverhalten als die Monitorregelung. Weil Regelgröße (Rechengröße) und Abnahmegröße (Meßgröße) unterschiedlich sind, kann der Massen flußregelung vorteilhaft eine Monitorregelung überlagert werden. Fehlmessungen in der Massenflußberechnung durch gestörte Geschwin digkeitsmessungen bei falsch eingegebenem Rollendurchmesser oder bei rutschenden Rollen können so ausgeregelt werden.

Da nicht stets im voraus bekannt ist, für welche Dicken-, Breiten-, Material- und Abnahmebereiche aus dem Massenfluß fehlerfrei die Ausgangsdicke bestimmt werden kann, kann zweckmäßig eine Umschaltung vorgesehen werden, mit der von Massenflußregelung mit überlagerter Monitorregelung auf bloße Monitorregelung übergegangen werden kann. Als Kriterium für die Umschaltung sollte der Vergleich der errechne ten mit der gemessenen Ausgangsdickenabweichung dienen. Um den Ver gleich wirksam durchzuführen, wird zweckmäßig von der errechneten Ausgangsdicke h_a ein eventueller Offset, der dynamisch nicht stört und von der Monitorregelung als Störgröße ausgeregelt wird, abgezogen. Dies kann zum Beispiel durch einen Integrator geschehen, für den vorteilhaft die Integrationsgeschwindigkeit mit der Bandgeschwindig keit geändert wird. Für den Vergleich wird außerdem die errechnete Ausgangsdicke um die Transportzeit zwischen Walzspalt und Meßort vor der Differenzbildung verzögert.

In höheren Geschwindigkeitsbereichen - ab halber bis dreiviertel Anlagengeschwindigkeit - empfiehlt es sich mitunter - um die Anlage zu schonen - die Massenflußregelung abzuschalten oder mit verringer ter Dynamik zu betreiben. Bei Unterschreiten einer gewählten (niedri geren) Geschwindigkeit kann die Massenflußregelung wieder zugeschal tet werden. Für eine stoßfreie Umschaltung sollten die Parameter der Massenflußregelung dann so gesteuert werden, daß die Dynamik der Massenflußregelung kontinuierlich verringert oder vergrößert wird, je nach dem ob zu- oder abgeschaltet werden soll. Die Zu- oder Abschal tung sollte nach einer vorgegebenen Zeit, etwa nach ein oder mehre ren Stützwalzenumläufen oder nach ein oder mehreren Vollwellen ande rer periodischer Vorgänge beendet sein.

Claims

1. Verfahren zur Dickenregelung von bandförmigem Walzmaterial in Bandstraßen von Walzwerken, insbesondere Kaltwalzwerken, nach dem Prinzip der Massenflußregelung, bei dem für eine totzeitarme Re gelgrößenermittlung anstelle einer Messung der Ausgangsdicke (h_a) diese aus der Massenflußgleichung h_a · v_a = h_e · v_eberechnet wird,v_a = Ausgangsgeschwindigkeit,
v_e = Eingangsgeschwindigkeit,
h_e = Eingangsdicke,dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Massenflußgleichung bestimmte Ausgangsdicke (h_a) direkt als Regelgröße auf die Anstellung der Arbeitswalzen über deren Walzkraft- oder Positionsregelung wirksam wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Bestimmung der Ausgangsdicke (h_a) nötigen weiteren Größen Meßgrößen sind, wobei die Einlaufdicke (h_e) in Laufrich tung des Bandes vor dem Walzspalt gemessen und dieser Wert zeit lich verzögert der Berechnung der Ausgangsdicke (h_a) zugrundege legt wird, wenn der Meßpunkt der gemessenen Einlaufdicke (h_e) den Walzspalt erreicht hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Bestimmung der Ausgangsdicke (h_a) nötigen Band geschwindigkeiten, wie Eingangsgeschwindigkeit (v_e) und Ausgangs geschwindigkeit (v_a) aus den Drehzahlen und den Durchmessern der vor- und nachgeschalteten Haspeln gewonnen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von den für die Bestimmung der Ausgangsdicke (h_a) nötigen Bandgeschwindigkeiten nur diejenige gemessen wird, die sich bei Änderung der Walzbedingungen am stärksten ändert, dagegen für die weitere Bandgeschwindigkeit deren Sollwert Verwendung findet.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Massenflußregelung eine herkömmliche Monitorregelung mit nachgeschalteter Ausgangsdickenmessung überlagert ist, die bei gestörter Geschwindigkeits- oder Eingangsdickenmessung Fehlbe rechnungen der Ausgangsdickenmessung korrigiert.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von der Massenflußregelung mit überlagerter Monitorregelung auf bloße Monitorregelung umgeschaltet werden kann.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung von Massenflußregelung auf bloße Monitorre gelung oder umgekehrt von der Höhe der Differenz eines Vergleiches zwischen errechneter und gemessener Ausgangsdicke (h_a) abhängig gemacht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß vom Massenflußsignal vor dem Vergleich ein eventuell vor handener ausregelbarer Offset abgezogen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der abzuziehende Offset über einen Integrator gewonnen wird, dessen Zeitkonstante abhängig von der Bandgeschwindigkeit verän derbar ist.

10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung von Massenflußregelung auf bloße Monitorre gelung zusätzlich abhängig von höheren Bandgeschwindigkeiten in der Anlage erfolgt.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß für Vergleiche der errechneten Ausgangsdicken (h_a) am Walz spalt mit den gemessenen Ausgangsdicken (h_a) am Meßort die Transportzeit zwischen Walzspalt und Meßort berücksichtigt wird, indem die errechneten Ausgangsdicken jeweils um die Transportzeit verzögert zur Verfügung stehen.

12. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltungen, d. h. Zu- oder Abschaltungen der Massen flußregelung nicht abrupt erfolgen, indem über Veränderungen der Regelungsparameter die dynamische Wirksamkeit der Massen flußregelung kontinuierlich vergrößert oder verkleinert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung nach einer oder mehrerer Halbwellen periodi scher Ereignisse beendet ist.