DE4243045A1 - Controller form cold strip rolling system - matches stage roller forces, roller speed and strip tension to achieve constant strip thickness, with low axial force on strip - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelung für ein Kaltband-Walzwerk, insbesondere für NE-Metalle wie Aluminium, mit zumindest einem geregelt verstellbaren Walzgerüst, in dem das Band durch eine regelbare Walzkraft verformt wird und mit, mit Elektromotoren ausgerüsteten, regelbaren Haspeln, wobei zwischen Haspeln und Walzgerüst oder gegebenenfalls zwischen weiteren Gerüsten, ein geregelter Bandzug eingestellt wird.

Regelungen für entsprechende Kaltband-Walzwerke sind bereits in vielfachen, immer weiter verbesserten Ausführungen, bekannt, so z. B. aus der DE-39 25 104 A1 der Anmelderin. Bei dieser, bereits gute Walzergebnisse liefernden, Regelung wird die Abhaspel des eingerüstigen Walzwerks über die Drehzahl derart auf Geschwindigkeit geregelt, daß die bekannte Massenfluß­ gleichung V_E× H_E = V_A × H_A im Mittel zeitgerecht erfüllt ist. Dabei bezeichnet V_E die Einlaufgeschwindigkeit und H_E die Einlaufdicke sowie V_A die Auslaufgeschwindigkeit und H_A die Auslaufdicke des Bandes. H_A soll möglichst konstant gehalten werden.

Nach der vorbekannten Regelung wird bei einem Dickenfehler möglichst zeitgerecht die Geschwindigkeit des einlaufenden Bandes so verändert, daß der Dickenfehler korrigiert wird. Diese zeitgerechte Korrektur, bei der auch Walzenunrundheiten, Hysteresefehler des Walzgerüstes, die Bundunrundheiten sowie weitere Fehler kompensiert werden müssen, birgt erhebliche Schwierigkeiten in sich, da sie hochdynamisch erfolgen muß.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Regelung für ein Kaltband- Walzwerk, insbesondere für NE-Metalle wie Aluminium, bei denen materialbedingt mit nur relativ geringen Axialzügen gearbeitet werden kann, anzugeben, das zu noch besseren Walzergebnissen als die vorbekannte Technik führt. Insbesondere soll durch das Zusammenwirken von feedforward- und feedback-Kreisen für die einzelnen Einflußgrößen das Zeitverhalten der betroffenen Korrekturmaßnahmen weiter verbessert werden. Dies vorteilhaft in Zusammenwirken mit der Regelung der Antriebsmotoren und der verwendeten Stromrichter.

Die Hauptaufgabe wird dadurch gelöst, daß, voreilend geregelt, zum Erreichen einer konstanten Banddicke über die Bandlänge, die Walzkraft in Abhängigkeit von der Stichabnahme in voraus­ berechneter Größe konstant gehalten wird, wobei die Walzkraft jedes Walzgerüsts, die Walzgeschwindigkeit und der Bandzug aufeinander abgestimmt werden und wobei die Bandgeschwindig­ keit zwischen abwickelndem Haspel und dem ersten Walzgerüst, ebenso wie gegebenenfalls zwischen weiteren Gerüsten, derart beeinflußt wird, daß der Massenfluß durch das Walzwerk je Zeiteinheit konstant ist. So ergibt sich vorteilhaft ein bisher insbesondere für Aluminium nicht erreichbares Walzergebnis.

Die Regelung selbst erfolgt vorteilhaft insbesondere in schnellen Digitalreglern, die Bausteine eines Softwareprogramms sind und vorteilhaft in ein Prozeßleitsystem für das Walzwerk integriert sind. Die Digitalregler in Softwareform sind insbe­ sondere als Betriebspunktregler ausgebildet, wobei ein über­ lagertes System die Betriebspunkte selbsttätig nach technolo­ gischen Gesichtspunkten, wie Anfangswerten etc. auswählt.

Die Betriebspunkte werden vorteilhaft fortlaufend auf ihre Lage im Arbeitskurvenfeld überprüft und einer vorzugsweise linearen, Betriebspunkt-Parameteradaption derart unterzogen, daß sie in dem jeweiligen Betriebspunkt die genauen Regelverhältnisse wiedergeben. Die Betriebspunkt-Parameteradaption wird dabei einer fortlaufenden Ergebniskorrektur unterzogen. So ergibt sich vorteilhaft eine Regelung, die die speziellen Anforde­ rungen an die voreilende Korrektur der systembedingten Fehler erfüllt.

Der erreichte Banddickenverlauf wird in bekannter Weise mittels einer feedback-Schleife, insbesondere für Walzgeschwindigkeit und Walzkraft, überwacht. Diese feedback-Schleife sowie besonders vorteilhaft die Adaption der Regler, kann vorteilhaft durch Fuzzy-Control-Kreise überlagert werden, denen Bandrest­ fehler gewichtet als Eingangsgrößen aufgegeben werden oder die das Expertenwissen der Bedienungsmannschaft verarbeiten. Hier­ durch kann eine weitere Steigerung der Genauigkeit des Band­ dickenverlaufs erreicht werden, wobei es besonders vorteilhaft ist, wenn die Fuzzy-Controller zunächst ohne Einflußnahme mit­ laufen, und erst mit wachsender Gewichtung zugeschaltet werden, wenn ihr Einfluß mit Sicherheit verbessernd wirkt. Der Zuschalt­ zeitpunkt wird vorteilhaft aufgrund von Simulationsrechnungen parallel zur Betriebsregelung bestimmt. Auch hierfür kann der Leitrechner eingesetzt werden, der die Fuzzy-Controller in bekannter Weise in Software nachbildet.

Die Haspelmotoren, die einmal bremsend und einmal antreibend wirken, sind ebenso wie die Walzenantriebsmotoren insbesondere als Drehstrommotoren ausgebildet, vorzugsweise in Form von Synchronmaschinen. Flußrechner nach dem Vektorprinzip zur Bestimmung der Lage und Größe des Flusses ermöglichen es, in bisher unerreicht schneller Weise, den Motordrehmomentverlauf während der einzelnen Umdrehungen an den Drehmomentbedarf zur Erreichung des gewünschten Drehmomenteinflusses auf die Walz­ kraft, die Walzgeschwindigkeit und den Bandzug zu erreichen. Auch das Schlupfverhalten der Walzen wird hierdurch positiv beeinflußbar.

Weitere, auch erfindungswesentliche, Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, anhand der Zeichnungen, die die Regelung in üblichen Schalt­ bilddarstellungen detailliert zeigen, und in Verbindung mit den Unteransprüchen. Es zeigt

Fig. 1 die Regelung in einem zweigerüstigen Walzwerk,

Fig. 2 die Regelung für die Abhaspel,

Fig. 3 ein System zum Einleiten der Regelung,

Fig. 4 die erfindungsgemäße Regelung in schematisierter Form in einer mehrgerüstigen Walzstraße.

In Fig. 1 bezeichnet 1 eine erste und 2 eine zweite Haspel, wobei die Haspel 1 als abwickelnde Haspel und die Haspel 2 als aufwickelnde Haspel arbeitet. Die Walzgerüste, in diesem Beispiel zwei Walzgerüste, sind als 3 und 4 bezeichnet und weisen hydraulische Zylinder 8 und 9 für das Aufbringen der Walzkraft auf. Die Einlaufbanddicken und -geschwindigkeiten h₀, V₀ werden ebenso wie die Bandspannung vor den Walzgerüsten durch bekannte Meßgeräte ermittelt, die Einlaufgeschwindigkeit z. B. durch ein Lasermeßgerät 5 und die Bandspannung durch ein Rollenmeßgerät 6. Zwischen den beiden Geräten ist das Gerät für die Ermittlung der Einlaufdicken-Differenzen Δ h₀ angedeutet.

Die Einlaufgeschwindigkeit V₀ wird ebenso wie die Größe von Δ h₀ unter zeitlicher Berücksichtigung ihrer Messung in bezug auf ihre Lage auf dem Band in einem Regelkreis im Punkt 11 mit dem Geschwindigkeitssollwert und der vorausberechneten Band­ geschwindigkeit unter Aufgabe der gemessenen Geschwindigkeit V₀ zusammengeführt und der Geschwindigkeitsregelung des Haspels 1 aufgegeben.

In Punkten 14, 15 und 16 erfolgt eine Verknüpfung von V₀ und h₀ mit der gemessenen Walzkraft und dem Bandzug unter Berück­ sichtigung der Prozeßkonstanten und den feedback-Informationen durch die Messung der Auslaufdickenabweichungen Δ h₁. Entspre­ chend dem Regelungsprinzip zwischen dem Haspel 1 und dem Walz­ gerüst 3 erfolgt auch die Regelung zwischen dem Walzgerüst 4 und dem Walzgerüst 3 sowie der Aufhaspel 2 und dem Walzgerüst 4. Die Abhaspel 1 wirkt also regelungstechnisch wie ein vor dem Gerüst 3 angeordnetes Gerüst 0.

Für die Regelung des Gerüstes 4 erfolgt im Punkt 12 die Zusammenführung des feedback-Kreises aus der Messung des aus dem Gerüst 4 auslaufenden Bandes bezüglich seiner Geschwindig­ keit und Dicke bzw. Dickenabweichung, mit dem feedforward-Kreis mit der Angabe der Einlaufgrößen in das Gerüst 4. Der Geschwindigkeitssollwert wird auch hier ebenso wie am Gerüst 3 um den Schlupfwert korrigiert. In den Punkten 17, 18 und 19 erfolgt für das Gerüst 4 eine Verknüpfung entsprechend der Verknüpfung in den Punkten 14, 15 und 16 für die Regelung des Gerüstes 3. Die Bandspannung zwischen dem Gerüst 4 und dem Aufhaspel 2 wird in 10 gemessen und über 13, wo der Wert mit dem Bandspannungssollwert verknüpft wird, einem Zugsollwert­ regler für den Haspel 2 aufgegeben. Die Regler selbst, die vorteilhaft als Softwarebausteine ausgebildet sind, arbeiten als konventionelle Regler mit Betriebspunktadaption und/oder mit Vorabschätzung und Nachkorrektur des Sollwerts. Durch Vorab­ schätzung und Nachkorrektur werden die Stellzeiten im System deutlich verringert.

Die vorstehende Regelung ist für den normalen Walzbetrieb, d. h. nach dem Anstich vorgesehen. Der Anstich selbst erfolgt durch eine Einfädelregelung nach im Leitrechner ermittelten Vorgabe­ werten.

Aus Fig. 2, die die Regelung für einen Abhaspel 20 zeigt, ist das Zusammenwirken des Flußrechners mit der erfindungsgemäßen Regelung zu ersehen. Der Abhaspel 20 weist einen Antriebsmotor 21, vorteilhaft einen in den Haspel integrierten Antriebsmotor, auf, dem über den Punkt 22 und die nachgeschalteten elektro­ nischen Elemente die Flußverhältnisse zur Drehmomentanpassung aufgegeben werden. Im Rechnerteil 26, in dem im Punkt 23 der momentane Motorstrom zusammen mit dem Sollmotorstrom, der aus dem Sollfluß berechnet wird, aufgegeben wird, ergibt sich ein Bezugswert für den Punkt 24. Aus dem aktuellen Coilmoment sowie über die Bandgeschwindigkeit und die Beschleunigung bzw. Bremsung des Bandes sowie den aktuellen Coildurchmesser etc. werden weitere Werte gebildet und aufgegeben.

In Punkt 28 wird die Verknüpfung des aktuellen Coildurchmessers mit der Haspelgeschwindigkeit und der vorgesehenen Beschleuni­ gung bzw. Bremsung durchgeführt und das Ergebnis ebenfalls zur Berücksichtigung der Coilexzentrizität dem Punkt 24 aufgegeben. Der Coildurchmesser wird vorteilhaft durch ein Lasermeßgerät 27 ermittelt, ein Lasermeßgerät 26 dient auch zur Ermittlung der momentanen Bandgeschwindigkeit, die gleich der Umfangsgeschwin­ digkeit des Coils ist. Nähere Einzelheiten der Flußregelung sind in dem Sonderheft der Zeitschrift "Energie und Automation", 9 (1987), "Drehzahlveränderbare elektrische Großantriebe", der Anmelderin, insbesondere auf den Seiten 25-29, beschrieben.

In Fig. 3 bezeichnet 30 einen Abhaspel und 31 das erste Walz­ gerüst mit dem Hydraulikzylinder 32 zum Aufbringen der Walz­ kraft. Der Hydraulikzylinder 32 für das Aufbringen der Walz­ kraft erhält seine Werte aus dem Verknüpfungspunkt 38 für die Walzkraft über einen mit Verzögerung arbeitenden Walzkraft­ regler, und weist einen ebensolchen Positionsregler auf, die beide über eine stoßfrei arbeitende Umschalteinrichtung auf die Walzkraft einwirken. Die Bandspannung wird in einem Meßgerät 37 ermittelt. Der Wert aus dem Meßgerät 37 wird einem Bandspan­ nungsregler aufgegeben und über 39 ebenfalls dem Punkt 38 auf­ gegeben. Der Bezugswert für die Abhaspel 30, dessen Umfangs­ geschwindigkeit vorteilhaft über einen Lasergeschwindigkeits­ messer 36 ermittelt wird, wird nach Umformung und Anpassung im Punkt 33 mit dem Geschwindigkeitssollwert V₀ zusammengeführt. So ergibt sich der Eingangswert für einen Geschwindigkeits­ regler des Haspels, der im Punkt 34 mit den Werten des Drehmomentreglers der Haspel unter Berücksichtigung des Bandspannungssollwertes über 35 ebenfalls dem Punkt 38 aufgegeben wird.

In Fig. 4 bezeichnet 40 den Abhaspel und 46 den aufwickelnden Haspel. Der Abhaspel 40 ist regeltechnisch als Walzgerüst 0 mit dem dahinterliegenden Walzgerüst 41 verknüpft. Wie ersichtlich, weist auch bei vielen Gerüsten jedes Walzgerüst bezüglich seiner Walzkraft eine Verknüpfung mit der Bandspannung vor dem Gerüst auf, desgleichen eine entsprechend der Anordnung am Walzgerüst 41 und 44 bzw., in Abwandlung, am Gerüst 45, darge­ stellte Geschwindigkeitsregelung. So erfolgt eine Anwendung des erfindungsgemäßen Systems durchgehend auch bei den Folge­ gerüsten einer vielgerüstigen Walzstraße.

In Zusammenwirken der in der Zeitschrift "Energie und Automa­ tion" beschriebenen Transvektor^(R)-Regelung mit ihrem günstigen dynamischen Verhalten für die einzelnen Antriebe von Haspeln und Walzgerüsten, mit den Reglern, denen mit den Walzgerüst­ daten der Bandgeschwindigkeit, dem Bandzug und den Band­ dickenabweichungen die wesentlichen Einflußgrößen zeitgerecht aufgegeben werden, ergibt sich eine durch feedback- und feed­ forward-Kreise verknüpfte Regelung, die insbesondere der gegenseitigen Beeinflussung der Einflußgrößen auf den Walz­ prozeß bei niedrigen Bandzügen Rechnung trägt. Es versteht sich, daß das entsprechende Regelverfahren auch für Bänder mit höheren Bandzügen, z.B. auch für Stahl, zur Anwendung kommen kann.

Claims (13)

1. Regelung für ein Kaltband-Walzwerk, insbesondere für NE- Metalle wie Aluminium, mit zumindest einem geregelt verstell­ baren Walzgerüst, in dem das Band durch eine regelbare Walz­ kraft verformt wird und mit, mit Elektromotoren ausgerüsteten, regelbaren Haspeln, wobei zwischen Haspeln und Walzgerüst oder ggf. zwischen weiteren Walzgerüsten, ein geregelter Bandzug eingestellt wird, dadurch gekennzeich­ net, daß, voreilend geregelt, zum Erreichen einer konstanten Banddicke über die Bandlänge, die Walzkraft in Abhängigkeit von der Stichabnahme in vorausberechneter Größe konstant gehalten wird, wobei die Walzkraft jedes Walzgerüsts (3, 4; 31, 41-45) die Walzgeschwindigkeit und der Bandzug auf­ einander abgestimmt werden und wobei die Bandgeschwindigkeit zwischen abwickelndem Haspel (1, 40) und dem ersten Walzgerüst (3, 31, 41), ebenso wie ggf. zwischen weiteren Gerüsten, derart beeinflußt wird, daß der Massenfluß durch das Walzwerk je Zeiteinheit konstant ist.

2. Regelung für ein Kaltband-Walzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die voreilende Regelung des abwickelnden Haspels (1, 40) durch eine Anpassung des Haspelgeschwindigkeits-Sollwerts an den aktuell wirkenden Haspeldurchmesser (Lagenzahl, Exzentrizität) und die aktuelle Bandeinlaufdicke in das Walzgerüst (3, 31, 41) erfolgt.

3. Regelung für ein Kaltband-Walzwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die voreilende Regelung des jeweiligen Walzgerüsts (3, 4, 41-45) durch eine Sollwert-Veränderung der Walzkraft, des Motordreh­ moments und der Geschwindigkeit unter Berücksichtigung des Schlupfes entsprechend der aktuellen Bandeinlaufdicke und des aktuellen Bandzuges erfolgt.

4. Regelung für ein Kaltband-Walzwerk nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung, vorzugsweise durchgehend, in Digitalreglern erfolgt, die insbesondere als Teile eines Prozeßleitsystems für das Walzwerk ausgebildet sind.

5. Regelung für ein Kaltband-Walzwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung in Gruppen von Digitalreglern (Reglerblöcken), mit unterschiedlichen Betriebspunkten, insbesondere für unter­ schiedliche Banddicken, erfolgt, wobei die Betriebspunkte selbsttätig nach technologischen Gesichtspunkten ausgewählt werden.

6. Regelung für ein Kaltband-Walzwerk nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzkraft- und Haspel-Geschwindigkeitsregler einer fortlau­ fenden, vorzugsweise linearen, Betriebspunkt-Parameter- Adaption unterzogen werden.

7. Regelung für ein Kaltband-Walzwerk nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebspunkte-Parameter-Adaption einer fortlaufenden Ergebniskontrollkorrektur unterzogen wird.

8. Regelung für ein Kaltband-Walzwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Kontrolle des Banddickenverlaufs mittels einer feed-back- Schleife, eine Nachkalkulation der Adaptionen, insbesondere für Haspelgeschwindigkeit und Walzkraft erfolgt.

9. Regelung für ein Kaltband-Walzwerk nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Adaption der Regler durch Fuzzy-Control-Kreise überlagert ist, denen insbesondere Bandrestfehler gewichtet als Eingangsgrößen aufgegeben werden.

10. Regelung für ein Kaltband-Walzwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bandgeschwindigkeit, zumindest vor dem ersten Gerüst (3, 31, 41), sowie die aktuelle Haspelgeometrie, mit Hilfe von Laser-Meßgeräten gemessen wird.

11. Kaltband-Walzwerk zur Durchführung der Regelung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Haspeln mit Drehstrom­ antriebsmotoren versehen und insbesondere als integrierte Maschinen ausgebildet sind.

12. Kaltband-Walzwerk zur Durchführung der Regelung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es Wechselstromsynchron­ motoren mit Stromrichtern als Antriebseinheiten aufweist.

13. Kaltband-Walzwerk zur Durchführung der Regelung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtungen für die Antriebsmotoren schnelle Rechner, insbesondere Vektor- Flußrechner zur Bestimmung der Lage und Größe des Flusses, zur Drehmomentregelung aufweisen, insbesondere zur Erzeugung eines optimalen Drehmomentverlaufs während jeder Umdrehung.