EP0775536B1 - Einrichtung zum Betrieb einer mehrgerüstigen Walzstrasse - Google Patents

Einrichtung zum Betrieb einer mehrgerüstigen Walzstrasse Download PDF

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EP0775536B1
EP0775536B1 EP96402515A EP96402515A EP0775536B1 EP 0775536 B1 EP0775536 B1 EP 0775536B1 EP 96402515 A EP96402515 A EP 96402515A EP 96402515 A EP96402515 A EP 96402515A EP 0775536 B1 EP0775536 B1 EP 0775536B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
rolling
rolling stock
control
speed
simulation model
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP96402515A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0775536A3 (de
EP0775536A2 (de
Inventor
Luis Rey Mas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GE Energy Power Conversion GmbH
Original Assignee
Alstom Power Conversion GmbH
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Publication date
Application filed by Alstom Power Conversion GmbH filed Critical Alstom Power Conversion GmbH
Publication of EP0775536A2 publication Critical patent/EP0775536A2/de
Publication of EP0775536A3 publication Critical patent/EP0775536A3/de
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Publication of EP0775536B1 publication Critical patent/EP0775536B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby

Definitions

  • the invention relates to a device for operation a multi - stand rolling mill according to the preamble of Claim 1.
  • the device can be both in one Cold rolling mill as well as in other rolling mills, e.g. in be used in a hot rolling mill.
  • the individual scaffolds provide actuators own rolling technological intelligence, i. independent regulation (only superordinate Solléclairage), which is also in a separate assignment from control and control hardware to the individual Scaffolding documents, so that the interaction of individual scaffolding and its operators until the Achieving an optimal rolling process a fair amount Time and effort required.
  • independent regulation only superordinate Solléclairage
  • the endangered Test phase due to not yet determined Operating parameters of the plant.
  • the invention is based on the object, a device to indicate the operation of a multi-stand rolling mill, with the effort and time for the single-function tests and for commissioning including the Optimization phase as well as for re-rolling, e.g. after modernization at the rolling mill, clearly is reduced and at the same time a safe training of the operator personnel during operation as well as a easy and safe functional extension without damage of elements of the rolling mill is possible.
  • a Capture and a preliminary visualization of all Walchnological measurements and rolling conditions with a nach constructed according to rolling technology requirements Visualization picture prepared and about one Transmission line 11 from a card PC 13 to a Display monitor 12 transmitted.
  • a serial data exchange with a rolling program calculator 3 e.g., a stitch map memory or a mathematical rolling model
  • central control device 1 is provided a serial or parallel communication with a Simulation model 2 via link lines 7.
  • the respective number of the aforementioned members is by the corresponding elements of the mill to be operated specified.
  • the executable simulator programs of the individual links of the Simulation models provide the following measured values: Rolling forces, rolling speeds, master setpoint, bending actual values, Thickness deviations, motor currents (in the motors feeding Power converter) and valve currents of the hydraulic Employment regulation.
  • Fig. 2 shows the basic connection of a simulation model 2 reproduced rolling mill, here the example of a Tandem road with four gantries G1 to G4, to the central Control device 1 and the connections to the card PC 13th with the display monitor 12.
  • the simulation model 2 includes nip models for the Scaffolds G1 up to here e.g. G4. These models give appropriate Actual values XFW1 to XFW4 of the rolling force to the central Control device 1 from and there especially to a Material flow tracking MFV, on rolling force controls FW-Reg for the stands G1 to G4, to setpoint generator W-bend for the Roll bends of the scaffolds G1 to G4 and to the Thickness controls DR1 and DR4 for scaffolds G1 and G4. To For this purpose, the roll gap models receive corresponding Actual values XWSP1 to XWSP4 of models one Employment regulation.
  • the nip models for the G1 scaffolding to G4 also provide actual roll gap values XS1 to XS4 on models for belt tension values XFZ1 / 2 and XFZ3 / 4 between the gantries G1 and G2 or G3 and G4.
  • These Bandzugististeptept XFZ1 / 2 and XFZ3 / 4 go into the central Control device 1 and that to the material flow tracking MFV and to the band tension controls FZ-Reg for the band trains between stands G1 and G2, G2 and G3, and G3 and G4.
  • the simulation model 2 further includes models of the rolling motors for the rollers in the stands G1 to G4. These models for the Rolled motors obtained from a model LSW the parent Master setpoint XLSW. In addition, they are from the Band tension control FZ-Reg control commands Delta V1 to Delta V4 for Speed deviations of the rolling motors as well as the actual belt tension values XFZ1 / 2 and XFZ3 / 4 from the models for the belt tension values for the bands between the gantries G1 and G2 or G3 and G4 fed.
  • the models for the rolling mills deliver corresponding actual speed values XV1 to XV4 of the rolling motors of Scaffolding G1 to G4 to the models for the Bandzugistagonist and on material flow tracking MFV as well as actual speed values XV1 and XV4 of the engines of the scaffolds G1 and G4 to a model of Thickness deviations on gantry G1 and on gantry G4.
  • the model of the thickness deviations on the G1 scaffold and on the G4 scaffolding gives the from the actual values of the engine speeds XV1 and XV4 determined thickness deviations Delta H1 and Delta H4 to the Thickness controls DR1 and DR4 within the central Control device 1.
  • the central control device 1 influence the Thickness controls DR1 and DR4 with signals Delta WS1 and Delta WS4 according to the deviation of the roll gap to the Scaffolds G1 and G4 and the tension control FZ-Reg a SW (Setpoint) setting for the nips of the individual stands G1 to G4, the roll gap additional setpoints Delta WS1 to Delta WS4 according to the deviations of the roll gap at the G1 to G4 gantries to the models of the rolling motors.
  • the Thickness controls DR1 and DR4 with signals Delta WS1 and Delta WS4 according to the deviation of the roll gap to the Scaffolds G1 and G4 and the tension control FZ-Reg a SW (Setpoint) setting for the nips of the individual stands G1 to G4, the roll gap additional setpoints Delta WS1 to Delta WS4 according to the deviations of the roll gap at the G1 to G4 gantries to the models of the rolling motors.
  • Fig. 3 is the basic structure of a model replica a powered via a power converter roll motor with his Drive control (speed control with subordinate Armature current control) within the simulation model 2 shown.
  • the rolling motor behaves like an integrator.
  • FIG. 3 therefore represents an integrator 23 to be imitated Rolling motor.
  • the output variable of the integrator 23 is the Speed of the roller motor or the rolling stock speed proportional.
  • the positive input variable of the integrator 23 corresponds to the armature current (electrical work) coming from the Power converter is supplied to the rolling motor.
  • the negative Input signal of the integrator 23 corresponds to the mechanical Work that the rolling motor has to perform to the To be able to maintain speed.
  • the VZ1 element 22 shown in FIG. 3 forms the behavior of a Converter bridge with an armature current regulating Current regulator after.
  • K is the adjustable Converter gain and with T1 the delay time of the Controlled system (e.g., by an existing transformer, the Motor inductance and the behavior of the armature current controller of the Rolling Motor).
  • a separate acceleration application is not provided, but can be installed easily. Therefore must the Leitsollwertgeber model (see Fig. 2) a Supply acceleration signal according to the rolling data.
  • the Proportional and integral parameters of the PI controller 21 correspond to the sizes of the speed controller in the Drive controls within the rolling mill.
  • An engine load model the negative in Fig. 3 on the Integrator 23 provides switched-on size D, taking into account, that the rolling motor through the Walzgutverformungs- and Walzgutzugmomente is loaded.
  • the deformation moment is proportional to the deformation volume (input thickness minus Initial thickness times bandwidth) and the resulting rolling force.
  • the rolling motor is loaded by the withdrawal of the rolling stock and through Advantage of the rolling stock relieved. The difference between the two trains acts as Walzgutzugmoment on the motor shaft.
  • the three sizes Deformation, retraction and preference must be additive limited to the motor model.
  • the Connection of the load models to the negative input of the Integrators 23 must have a signal of the used Rolling stock tracking take place. The burden itself must first the rolling stock deformation without withdrawal contained.
  • This deformation is calculated from the difference in thickness between on and off aus securedder Walzgutdicke (Walzgutquerites).
  • the incoming Rolled cross section of a scaffold is the outgoing one Cross section of the scaffolding in front of it.
  • the incoming Cross section must belong to a rolling stock segment.
  • a Walzgutsegmentv Introduceung must therefore the Walzgutqueritese store and transport depending on rolling stock speed (Walzgutsegmentmodell).
  • the rolling force increase or the load has a slope caused by a slope limiting element can be simulated. Should the friction of the backup rolls in addition to be emulated, one would have to Detecting divider the rolling force increase and the Output of this term additively additional be entered.
  • the overall behavior corresponds, to a first approximation, to a combination of an integrator with a "discharge process" that behaves depending on the rolling stock speed.
  • an adder can be used, which first calculates the instantaneous mass flow difference in the nip. Subsequently, this mass flow difference is treated by a VZ1 member.
  • the VZ1 term contains the combination of an integral and a proportional function, which corresponds exactly to the required replication function.
  • the rolling stock speed, the absolute deformation and, for the rise time, the rolling stock thickness are used for the reinforcement (unloading characteristic).
  • the rolled rolled sections are expediently inserted into two shift registers 25, 26 for a rolling stock model shown in FIG. 4 (A: rolling stock thickness drive side, B: rolled stock operating side ).
  • B rolled stock operating side
  • the accuracy of the mapping depends on the number of memories used in the shift registers 25, 26.
  • the clock frequency for the respective shift registers is derived from the rolling stock speeds. For example, it is the employment of the framework G1 process, and there is a corresponding Walzgutdicke in the nip of the framework G1, which migrates with a certain Walzgutieri VS in the direction of the framework G2.
  • the distance between the stands G1 and G2 is m.
  • the shift registers 25, 26 are e.g. 22 Registeer own, must the stored rolling stock thickness in the time t1 the distance m have been completed or clocked through all 22 registers its (A ': tape thickness drive side after stand distance, B ': tape thickness operating side after stand distance). This means at a maximum rolling speed VSmax must in the Time t1: 22 The stored value from one register to another be clocked. The corresponding time clock is by a Integrator 24, the corresponding rolling stock speed VS is specified and its time constant adjustable with Tn is guaranteed. With a is in Fig. 4 a Initialization signal for the shift registers 25, 26 designated.
  • a (not shown here) roll gap model provides the Ratio between roll gap size and rolling force.
  • the Rolling force is the result of an absolute and a relative Deformation of the rolling stock, which has a deformation resistance having. This resistance decreases as the retreat increases and the merit and is dependent on rolling speed.
  • the rolling force increase at a Roll gap control is different from a classic one Employment regulation.
  • the classical employment forms the Roll gap from adjustment of the setting position and springs of the Framework.
  • the roll gap control detects the distance of the Work roll pins and keep it constant. That's it Elasticity module compensates and needs from the Walzgutzugoder Thickness control can not be readjusted.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Metal Rolling (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Betrieb einer mehrgerüstigen Walzstraße nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Einrichtung kann dabei sowohl in einer Kaltwalzstraße als auch in anderen Walzwerken, z.B. in einem Warmwalzwerk eingesetzt werden.
Die Inbetriebnahme- und Optimierungsphase, aber auch der Betrieb nach einer Modernisierung bei einem Wiederanwalzen einer mehrgerüstigen Walzstraße bereitet Schwierigkeiten. Zum einen stellen die einzelnen Gerüste Stellglieder mit eigener walztechnologischer Intelligenz, d.h. eigenständiger Regelung (bei lediglich übergeordneter Sollwertgebung) dar, die sich auch in getrennter Zuordnung von Regelungs- und Steuer-Hardware zu den einzelnen Gerüsten dokumentiert, so dass das Zusammenspiel der einzelnen Gerüste und deren Bedienungspersonal bis zum Erreichen eines optimalen Walzvorgangs ein gehöriges Maß an Zeit und Aufwand erfordert. Zum anderen gefährdet die Testphase infolge von noch nicht festgelegten Betriebsparametern die Anlage.
Es ist deshalb sinnvoll, Regelungsvorgänge vorab an Modellen zu testen.
Dazu sind mechanische Teilmodelle entwickelt worden. Mechanische Modelle sind sehr kostenintensiv und können auch nicht ohne weiteres zu einer die gesamte Walzstraße umfassenden Modellanlage zusammgeschaltet werden. Das Vervielfachen von Hardwaremodellen, z.B. für eine 5- oder 6-gerüstige Tandemstraße ist auch sehr teuer. Daher werden zur Zeit alle technologischen Regelungen dezentral gebaut (also in mehreren verschiedenen Elektronikschränken) und von mehreren Personen getestet und in Betrieb genommen. Dies verlangt eine sehr straffe Koordination der Tätigkeit der beteiligten Personen.
Darüber hinaus sind zumeist die Ersteller der mechanischen Modelle und die Anwender nicht die gleiche Person. Sie gehören in der Regel auch zu verschiedenen Firmen. Es ist aber sehr wichtig, dass der Regelungsspezialist seinen eigenen Simulator (Stellglied) mathematisch und physikalisch kennt, damit er seine Regelungen optimal einstellt. Dies ist zur Zeit oft nicht gewährleistet.
Soweit Softwaremodelle (in mathematischer Beschreibung von Einzelelementen einer Walzstraße) bisher angewendet wurden, sind sie für den Walzwerkspraktiker in schwer zu verstehenden Programmiersprachen (z.B. Assembler o.ä.) erstellt worden. Diese Modellprogramme laufen außerdem meistens auf speziellen Rechnern und sind daher nicht kompatibel mit den üblichen Anwendungsprozessoren.
Aus Berger, U.: Antriebs- und Regeltechnik an Kaltwalzanlagen, Stahl und Eisen, Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf, Bd. 113, Nr. 8, 16. August 1993, Seiten 83 bis 85 ist es bekannt, ein dynamisches Simulations-Modell für das Gesamtwalzwerk vorzusehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Betrieb einer mehrgerüstigen Walzstraße anzugeben, mit der der Aufwand und die Zeit für die Einzelfunktionstests und für die Inbetriebnahme einschließlich der Optimierungsphase sowie für ein erneutes Anwalzen, z.B. nach Modernisierungen an der Walzstraße, deutlich verringert wird und gleichzeitig eine gefahrlose Schulung des Betreiberpersonals während des Betriebes sowie eine leichte und sichere Funktionserweiterung ohne Beschädigung von Elementen der Walzstraße möglich ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Damit ist vorteilhafterweise eine kompakte Bauweise von sonst umfangreichen Anlagenteilen möglich. So kann sich der Aufwand um ca. 30 % reduzieren. Die Personalkosten in der Softwareerstellung und Implementierung sowie die Hardwarekosten werden ebenfalls um etwa die Hälfte verringert. Infolge des Einsatzes des einfachen, als physikalische Nachbildung der walzwerkstechnologischen Zusammenhänge konzipierten Simulations-Modells in Verbindung mit der zentralen Regelungsvorrichtung können alle Funktionen im geschlossenen Regelkreis mit allen Stellgliedern und durch Simulation der Mechanik auf dynamisches Verhalten mit wenig Personal, d.h. in der Regel von einem einzigen Spezialisten, projektiert und optimiert werden. Gleichzeitig wird eine schnelle und sichere Projektierung und Inbetriebnahme der Walzstraße durch ständige begleitende Tests mit dem Simulations-Modell erreicht. Es ergibt sich somit eine leichte und effektive Schulung des Personals sowohl herstellerals auch betreiberseitig. Eine sichere Funktionserweiterung der Walzstraße ist durch eine Primärprüfung anhand des Simulations-Modells jederzeit durchführbar. Eine Optimierung der Visualisierung für den Anlagenbediener (Walzer) durch wiederholte Walzsimulation während der Testphase kann erreicht werden. Vorab-Vorführungen der Walzstraße in weitgehend simuliertem Betrieb sind jederzeit möglich. Die zentrale Regelungsvorrichtung ist gleichzeitig die Zentrale für alle relevanten technologischen Meßgrößen. Damit lassen sich wichtige Meßwerte und Zustände in Echtzeit erfassen und auswerten. Diese Erfassung (über einen PC) ist um ein Vielfaches kostengünstiger und zeitechter als mittels der bisher verwendeten Systeme. Beim Wiederanwalzen einer modernisierten Walzstraße wird die Walzmannschaft an dem Simulations-Modell geschult, so daß in der Lernphase, trotz möglicher Fehlbedienung, keine mechanischen Schäden verursacht werden. Dadurch ist die Lernphase beim Betreiberpersonal sehr kurz und effektiv. Walzmotoren, Walzspaltsysteme und Arbeitswalzenbiegungen sind als Stellglieder ohne eigene technologische Intelligenz ausgebildet. Damit wird von einer Stelle, nämlich nur von der zentralen Regelungsvorrichtung, die gesamte Walztechnologie geregelt und beeinflußt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Einrichtung nach der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 12 angegeben.
Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1
eine Anordnung von Geräten für eine Simulation mit dem Simulations-Modell und der zentralen walztechnologischen Regelungsvorrichtung,
Fig. 2
das Prinzipschaltbild einer Anbindung des Simulations-Modells an die walztechnologischen Regelungen,
Fig. 3
das Prinzipschaltbild eines Grundmodells zur Antriebsregelung innerhalb des Simulations-Modells und
Fig. 4
das Prinzipschaltbild für ein Bandverlaufmodell innerhalb des Simulations-Modells.
In Fig. 1 ist eine zentrale Regelungsvorrichtung 1 für eine mehrgerüstige Walzstraße (z.B. eine 4-gerüstige Tandemstraße) in prinzipieller Andeutung von Elektronik-Regelungsmagazinen dargestellt. In einer solchen zentralen Regelungsvorrichtung 1 sind folgende Regelungen und Funktionen zusammengefaßt:
  • Alle Dickenregelfunktionen für die einzelnen Gerüste mit einzelnen Dickenvorsteuerungen und Monitorregelungen.
  • Walzkraftabhängige Walzgutzugsollwertadaption.
  • Automatische Setupadaption (Setupoptimierung).
  • Automatische Speicherung von verwendeten Sollwerten für einen Stichplanspeicher und walzgutlängenabhängige Erfassung von Meßwerten für einen Prozeßrechner.
  • Walzkraftabhängige Biege-Sollwertvorgabe für Arbeitswalzenbiegung.
  • Fließend umschaltbare Walzgutzugregelungen über Walzspalt und über Walzgeschwindigkeit.
  • Walzgutverfolgung für die Ein- und Ausfädelphase des Walzguts.
  • Einfädel- und Ausfädeltechnologie mit automatischer Walzgutzugaufbau- und Walzgutzugabbauregelung; automatische Walzkraftentlastung.
  • Halbautomatische Lastverteilung in den Gerüsten mit automatischer Anpassung der entsprechenden Dickensollwerte.
  • Erfassung und Aufbereitung von Meßwerten für eine graphische Auswertung.
  • Serieller Datenaustausch mit Dickenmeßgeräten.
  • Bildung von Zusatzwerten für die Stellglieder einer Anstellungsregelung, einer Geschwindigkeitsregelung der Walzmotoren und einer Arbeitswalzenbiegung.
Ferner wird in der zentralen Regelungsvorrichtung 1 eine Erfassung und eine vorbereitende Visualisierung aller walztechnologischen Meßwerte und Walzzustände mit einem nach walztechnologischen Bedürfnissen aufgebauten Visualisierungsbild vorbereitet und über eine Übertragungsleitung 11 von einem Karten-PC 13 an einen Anzeigemonitor 12 übertragen.
Ferner ist bei der zentralen Regelungsvorrichtung 1 über eine weitere Verbindungsleitung 8 ein serieller Datenaustausch mit einem Walzprogrammrechner 3 (z.B. einen Stichplanspeicher oder ein mathematisches Walzmodell) vorgesehen.
Zusätzlich erfolgt von der zentralen Regelungsvorrichtung 1 eine serielle oder parallele Kommunikation mit einem Simulations-Modell 2 über Link-Leitungen 7.
Außerdem läuft von der zentralen Regelungsvorrichtung 1 eine Verbindungsleitung 10 zu einem einen Bildschirm 6 und einen (nicht näher dargestellten) Drucker aufweisenden PC 5 zur Auswertung bzw. Aufzeichnung von Prozeßvariablen und -signalen.
Schließlich ist die zentrale Regelungsvorrichtung 1 über eine Verbindungsleitung 9 mit einem zentralen Test-Steuer-Pult 4 verbunden.
Das Simulations-Modell 2 umfaßt als Nachbildungen mehrere oder sämtliche folgende Glieder, die walztechnologisch entsprechend der Reihenfolge der Gerüste innerhalb der Walzstraße miteinander verbunden sind und an die zentrale Regelungsvorrichtung 1 ihre Istwerte in Realzeitverhalten abgeben:
  • Stromrichtergespeiste Walzmotoren mit ihrer Drehzahlregelung und ihrem Stromreglerverhalten sowie mit zusätzlicher Verformung- und Bandzugbelastung unter Berücksichtigung gegenseitiger Lastbeeinflussung über das Walzgut.
  • Walzkraftmodelle der Gerüste mit Einflüssen von Walzspalt, Walzgeschwindigkeit, Rück- und Vorzug und Vorverformung.
  • Positionsregelungen der Anstellung und der Walzspaltregelung der Gerüste.
  • Zugistwertbestimmung des Walzguts mit einer Materialflußverrechnung und Geschwindigkeitseinfluß.
  • Walzgutlaufzeitnachbildung und -auswirkung auf Motorbelastung, Walzspalt und Zugistwerte des Walzguts.
  • Leitsollwertgeber mit einer Funktion "konstante Walzgutanfangs- und Walzgutendgeschwindigkeit".
  • Arbeitswalzenbiegung.
  • Handkorrekturen auf die Walzgeschwindigkeit.
Die jeweilige Anzahl der vorgenannten Glieder ist dabei durch die entsprechenden Elemente der zu betreibenden Walzstraße vorgegeben.
Die lauffähigen Simulatorprogramme der einzelnen Glieder des Simulations-Modells liefern folgende Meßwerte: Bandzüge, Walzkräfte, Walzgeschwindigkeiten, Leitsollwert, Biegeistwerte, Dickenabweichungen, Motorströme (im die Motoren speisenden Stromrichter) und Ventilströme der hydraulischen Anstellungsregelung.
Damit die Modelle dem Simulations-Modell 2 die obengenannten Signale liefern können, brauchen sie u.a. folgende Werte und Signale: Banddicke vor dem ersten Walzgerüst, Walzspaltposition der einzelnen Gerüste (Setup-Wert). Positionzusatzwerte für die Seiten A und B der Walzen, Geschwindigkeitszusatzwerte für die einzelnen Gerüste, Biegesollwerte für die Walzen der einzelnen Gerüste, Walzgutverfolgungssignale für die Position des Walzguts beim Eintritt in den bzw. beim Austritt aus dem jeweiligen Walzspalt sowie ein Signal, daß der Leitsollwert größer als Null ist (LSW > 0), nämlich, daß die Anlage in Betrieb ist. Alle diese Signale und Daten werden über die Linkverbindungen 7 zwischen dem Simulations-Modell 2 und der zentralen Regeleinrichtung 1 ausgetauscht.
Fig. 2 zeigt die prinzipielle Anbindung einer im Simulations-Modell 2 nachgebildeten Walzstraße, hier am Beispiel einer Tandemstraße mit vier Gerüsten G1 bis G4, an die zentrale Regelungsvorrichtung 1 und die Verbindungen zum Karten-PC 13 mit dem Anzeigemonitor 12.
Das Simulations-Modell 2 umfaßt Walzspalt-Modelle für die Gerüste G1 bis hier z.B. G4. Diese Modelle geben entsprechende Istwerte XFW1 bis XFW4 der Walzkraft an die zentrale Regelungsvorrichtung 1 ab und dort speziell an eine Materialflußverfolgung MFV, an Walzkraftregelungen FW-Reg für die Gerüste G1 bis G4, an Sollwertgeber W-Bieg für die Walzenbiegungen der Gerüste G1 bis G4 und an die Dickenregelungen DR1 und DR4 für die Gerüste G1 und G4. Zu diesem Zweck erhalten die Walzspalt-Modelle entsprechende Istwerte XWSP1 bis XWSP4 von Modellen einer Anstellungsregelung. Die Walzspalt-Modelle für die Gerüste G1 bis G4 liefern außerdem Walzspaltistwerte XS1 bis XS4 an Modelle für Bandzugistwerte XFZ1/2 und XFZ3/4 zwischen den Gerüsten G1 und G2 bzw. G3 und G4. Diese Bandzugistwerte XFZ1/2 und XFZ3/4 gehen in die zentrale Regelungsvorrichtung 1 und zwar an die Materialflußverfolgung MFV und an die Bandzugregelungen FZ-Reg für die Bandzüge zwischen den Gerüsten G1 und G2, G2 und G3 sowie G3 und G4.
Das Simulations-Modell 2 umfaßt ferner Modelle der Walzmotoren für die Walzen in den Gerüsten G1 bis G4. Diese Modelle für die Walzmotoren erhalten von einem Modell LSW den übergeordneten Leitsollwert XLSW. Außerdem werden ihnen von den Bandzugregelungen FZ-Reg Stellbefehle Delta V1 bis Delta V4 für Drehzahlabweichungen der Walzmotoren sowie die Bandzugistwerte XFZ1/2 und XFZ3/4 von den Modellen für die Bandzugistwerte für die Bandzüge zwischen den Gerüsten G1 und G2 bzw. G3 und G4 zugeführt. Die Modelle für die Walzmotoren liefern entsprechende Drehzahlistwerte XV1 bis XV4 der Walzmotoren der Gerüste G1 bis G4 an die Modelle für die Bandzugistwerte und an die Materialflußverfolgung MFV sowie Drehzahlistwerte XV1 und XV4 der Motoren der Gerüste G1 und G4 an ein Modell von Dickenabweichungen am Gerüst G1 und am Gerüst G4.
Das Modell der Dickenabweichungen am Gerüst G1 und am Gerüst G4 gibt die aus den Istwerten der Motordrehzahlen XV1 und XV4 ermittelten Dickenabweichungen Delta H1 und Delta H4 an die Dickenregelungen DR1 und DR4 innerhalb der zentralen Regelungsvorrichtung 1.
In der zentralen Regelungsvorrichtung 1 beeinflussen die Dickenregelungen DR1 und DR4 mit Signalen Delta WS1 und Delta WS4 entsprechend der Abweichung des Walzspalts an den Gerüsten G1 und G4 und die Bandzugregelungen FZ-Reg eine SW (Sollwert)-Anstellung für die Walzspalte der einzelnen Gerüste G1 bis G4, die Walzspalt-Zusatzsollwerte Delta WS1 bis Delta WS4 entsprechend den Abweichungen der Walzspalte an den Gerüsten G1 bis G4 an die Modelle der Walzmotoren abgibt.
Die Materialflußverfolgung MFV steuert innerhalb der zentralen Regelungsvorrichtung 1 die Bandzugregelungen FZ-Reg, die SW (Sollwert-)Anstellung für die Walzspalte, die Dickenregelungen DR1 und DR4 für die Gerüste G1 und G4, die Walzkraftregelung FW-Reg sowie die Sollwertgeber W-Bieg, die Walzen-Biegesollwerte WBieg1 bis WBieg4 für die Gerüste G1 bis G4 an Modelle für die Biegeregelung innerhalb des Simulations-Modells 2 liefern. Daraus ermitteln diese Modelle für die Biegeregelung die Istwerte XBieg1 bis XBieg4 der Walzenbiegungen an den einzelnen Gerüsten G1 bis G4.
Sowohl die Walzspaltmodelle, die Bandzugistwertmodelle, das Leitsollwertmodell, die Modelle für die Dickenabweichungen an den Gerüsten G1 und G4 als auch die Modelle der Biegeregelung geben - wie in Fig. 2 gezeigt - die durch sie ermittelten Simulationsgrößen an den Karten-PC 13, durch den diese auf dem Anzeigemonitor 12 visualisierbar sind. Gleiches geschieht mit den Ausgangsgrößen der einzelnen Glieder der zentralen Regelungseinrichtung 1, nämlich der Materialflußverfolgung MFV, den Bandzugregelungen FZ-Reg, den mit SW-Anstellung bezeichneten Sollwertgebern für die Walzspaltanstellungen, die Dickenregelungen an den Gerüsten G1 und G4, den Sollwertgebern W-Bieg für die Walzenbiegungen und den Walzkraftregelungen FW-Reg (die die Walzkraftsollwerte WFW1 bis WFW4 für die einzelnen Gerüste G1 bis G4 abgeben).
Von dem physikalischen Simulations-Modell, bei dem eher die tendentielle Richtigkeit der erzeugten Signale und die dynamischen Zusammenhänge und nicht so sehr die metallurgisch exakte Berechnung im Vordergrund stehen, können einzelne Glieder ausgeblendet werden, um bestimmte Sonderfälle zu simulieren. Anstelle der ausgeblendeten Glieder des Simulations-Modells 2 ist es möglich, entsprechende in der Walzstraße erfaßte Istwerte, nämlich reale Meßgrößen zu verwenden. So kann damit z.B. in einer Schulungsphase für das Betreiberpersonal der Walzstraße ein allmählicher Übergang vom simulierten zum tatsächlichen Betrieb erreicht werden.
In Fig. 3 ist der prinzipielle Aufbau einer Modell-Nachbildung eines über einen Stromrichter gespeisten Walzmotors mit seiner Antriebsregelung (Drehzahlregelung mit unterlagerter Ankerstromregelung) innerhalb des Simulations-Modells 2 gezeigt. Der Walzmotor verhält sich wie ein Integrator. In Fig. 3 stellt deshalb ein Integrator 23 den nachzubildenden Walzmotor dar. Die Ausgangsvariable des Integrators 23 ist der Drehzahl des Walzmotors oder auch der Walzgutgeschwindigkeit proportional. Die positive Eingangsvariable des Integrators 23 entspricht dem Ankerstrom (elektrische Arbeit), der von dem Stromrichter an den Walzmotor geliefert wird. Das negative Eingangssignal des Integrators 23 entspricht der mechanischen Arbeit, die der Walzmotor verrichten muß, um die Geschwindigkeit halten zu können. Wenn beide Eingangssignale am Integrator 23 gleich groß sind, entspricht dieses dem Zustand "Summe aller Drehmomente gleich Null", und der Motor dreht mit konstanter Geschwindigkeit weiter. Wenn beide Eingangssignale nicht gleich groß sind, bedeutet das, daß ein resultierendes Drehmoment vorhanden ist, das heißt der Walzmotor wird beschleunigt oder verzögert. Die Hochlaufzeit des Integrators 23 entspricht der Hochlaufzeit des Walzmotors.
Das in Fig. 3 gezeigte VZ1-Glied 22 bildet das Verhalten einer Stromrichterbrücke mit einem den Ankerstrom regelnden Stromregler nach. Mit K ist dabei die einstellbare Stromrichterverstärkung und mit T1 die Verzögerungszeit der Regelstrecke (z.B. durch einen vorhandenen Transformator, die Motorinduktivität und das Verhalten des Ankerstromreglers des Walzmotors) bezeichnet.
Ein dem Drehzahlregler eines realen Motors entsprechender PI-Regler 21, dem die Regelabweichung zwischen einem vorgegebenen Drehzahlsollwert WV und dem am Ausgang des Integrators 23 anstehenden Drehzahlistwert XV zugeführt ist, steht hier gleichzeitig als Erzeuger von Walz- und Beschleunigungsstrom. Eine getrennte Beschleunigungsaufschaltung ist nicht vorgesehen, kann jedoch ohne weiteres eingebaut werden. Dafür muß das Leitsollwertgeber-Modell (siehe Fig. 2) ein Beschleunigungssignal entsprechend den Walzdaten liefern. Die Proportional- und Integral-Parameter des PI-Reglers 21 entsprechen den Größen der Drehzahlregler in den Antriebsregelungen innerhalb der Walzstraße.
Ein Motorbelastungsmodell, das in Fig. 3 die negativ auf den Integrator 23 aufgeschaltete Größe D liefert, berücksichtigt, daß der Walzmotor durch die Walzgutverformungs- und Walzgutzugmomente belastet ist. Das Verformungsmoment ist proportional zum Verformungsvolumen (Eingangsdicke minus Ausgangsdicke mal Bandbreite) und zur entstandenen Walzkraft. Der Walzmotor wird vom Rückzug des Walzguts belastet und durch Vorzug des Walzguts entlastet. Die Differenz der beiden Züge wirkt als Walzgutzugmoment auf die Motorwelle. Die drei Größen Verformung, Rückzug und Vorzug müssen additiv steilheitsbegrenzt zum Motormodell hinzugefügt werden. Die Zuschaltung der Belastungsmodelle auf den negativen Eingang des Integrators 23 muß über ein Signal der verwendeten Walzgutverfolgung stattfinden. Die Belastung selbst muß zuerst die Walzgutverformung ohne Rückzug enthalten. Diese Verformung berechnet sich aus der Dickendifferenz zwischen ein- und auslaufender Walzgutdicke (Walzgutquerschnitt). Der einlaufende Walzgutquerschnitt eines Gerüsts ist der auslaufende Querschnitt des davorliegenden Gerüstes. Der einlaufende Querschnitt muß zu einem Walzgutsegment gehören. Eine Walzgutsegmentverfolgung muß daher die Walzgutquerschnitte speichern und walzgutgeschwindigkeitsabhängig transportieren (Walzgutsegmentmodell). Der Walzkraftanstieg bzw. die Belastung hat eine Steilheit, die durch ein Steilheitsbegrenzungselement simuliert werden kann. Sollte die Reibung der Stützwalzen zusätzlich noch nachgebildet werden, müßte ein Differenzierglied den Walzkraftanstieg erfassen und das Ausgangssignal dieses Gliedes additiv noch zusätzlich eingegeben werden.
Der Walzgutzug zwischen zwei Gerüsten ist das Integral der augenblicklichen Materialflußdifferenz, die in einem Walzspalt entsteht. Damit zwischen zwei Walzgerüsten ein Walzgutzug entstehen kann, muß mindestens einmal das eine Walzgerüst mehr Materialmenge verlangt haben, als das davorliegende Gerüst geliefert hat. Es gilt, daß der Wert aus ∫ (Va - Ve) dt (He - Ha) mit He = Eingangsdicke, Ha = Ausgangsdicke, Ve = Einlaufsgeschwindigkeit, Va = Auslaufsgeschwindigkeit des Walzguts, direkt proportional zum Walzgutzug ist. Da aber das einlaufende Walzgut neu gestreckt werden muß, wird der erzeugende Walzgutzug vom einlaufenden Walzgut wieder entspannt. Das gesamte Verhalten entspricht in erster Näherung einer Kombination eines Integrators mit einem "Entladevorgang", der sich walzgutgeschwindigkeitsabhängig verhält. Als (hier nicht gezeigtes) Rechenmodell für eine Walzgutzugnachbildung kann ein Summierer verwendet werden, der zunächst die augenblickliche Massenflußdifferenz im Walzspalt berechnet. Nachträglich wird diese Massenflußdifferenz durch ein VZ1-Glied behandelt. Das VZ1-Glied beinhaltet die Kombination einer integralen und einer proportionalen Funktion, die genau der benötigten Nachbildungsfunktion entspricht. Zusätzlich wird für die Verstärkung (Entladecharakteristik) die Walzgutgeschwindigkeit, die absolute Verformung und für die Anstiegszeit die Walzgutdicke verwendet.
Um eine reale Beeinflussung der Verformung im Walzspalt und die zugehörige Auswirkung im nächsten Gerüst nachbilden zu können, werden die gewalzten Walzgutabschnitte dickenmäßig zweckmäßig für ein in Fig. 4 gezeigtes Walzgutverlaufsmodell in zwei Schieberegister 25, 26 eingegeben (A: Walzgutdicke Antriebsseite, B: Walzgutdicke Bedienungsseite). Die Genauigkeit der Abbildung hängt von der Anzahl der verwendeten Speicher in den Schieberegi-stern 25, 26 ab. Die Taktfrequenz für die jeweiligen Schieberegister wird aus den Walzgutgeschwindigkeiten abgeleitet. Z.B: es wird die Anstellung des Gerüstes G1 verfahren, und es entsteht eine entsprechende Walzgutdicke im Walzspalt des Gerüsts G1, die mit einer bestimmten Walzgutgeschwindigkeit VS in Richtung des Gerüsts G2 wandert. Der Abstand zwischen den Gerüsten G1 und G2 sei m. Die Durchlaufzeit bei maximaler Walzgutgeschwindigkeit VS ist dann t1 = m : VSmax.
Wenn die Schieberegister 25, 26 z.B. 22 Registeer besitzen, muß die gespeicherte Walzgutdicke in der Zeit t1 die Strecke m zurückgelegt haben bzw. durch alle 22 Register getaktet worden sein (A': Banddicke Antriebsseite nach Gerüstabstand, B': Banddicke Bedienungsseite nach Gerüstabstand). Das heißt bei einer maximalen Walzgutgeschwindigkeit VSmax muß in der Zeit t1:22 der gespeicherte Wert von einem Register zum anderen getaktet werden. Der entsprechende Zeittakt wird durch einen Integrator 24, dem die entsprechende Walzgutgeschwindigkeit VS vorgegeben wird und dessen Zeitkonstante mit Tn einstellbar ist, gewährleistet. Mit a ist in Fig. 4 ein Initialisierungssignal für die Schieberegister 25, 26 bezeichnet.
Ein (hier nicht gezeigtes) Walzspaltmodell stellt das Verhältnis zwischen Walzspaltgröße und Walzkraft dar. Die Walzkraft ist das Ergebnis einer absoluten und einer relativen Verformung des Walzguts, das einen Verformungswiderstand aufweist. Dieser Widerstand sinkt mit der Zunahme des Rückzuges und des Vorzuges und ist walzgutgeschwindigkeitsabhängig. Beim Anstechen der Walzgutspitze im Walzspalt entsteht ein Walzkraftanstieg. Der Walzkraftanstieg bei einer Walzspaltregelung unterscheidet sich von einer klassischen Anstellungsregelung. Die klassische Anstellung bildet den Walzspalt aus Verstellung der Anstellposition und Auffedern des Gerüstes. Die Walzspaltregelung erfaßt den Abstand der Arbeitswalzenzapfen und hält ihn konstant. Damit ist das Elastizitätsmodul kompensiert und braucht von der Walzgutzugoder Dickenregelung nicht nachgeregelt zu werden.
Bei einem Modell einer Anstellungsregelung kann die Anstellung eine elektromotorische, eine hydraulische Anstellungsregelung oder eine direkte Walzspaltregelung zur Voraussetzung haben. Jedes dieser Stellglieder verhält sich anders. Z.B. behält eine elektromotorische Anstellung bei Anstechen die Position und der Walzspalt ändert sich nur durch das Elastizitätsmodul des Gerüstes. Eine hydraulische Regelung geht beim Anstich kurzzeitig auseinander und regelt wieder auf die alte Postition, bleibt jedoch um die elastische Dehnung auseinander. Eine Walzspaltregelung geht beim Anstich auseinander und regelt theoretisch auf die gleiche Anstichöffnung unabhängig vom Elastizitätsmodul. Diese Abhängigkeiten müssen in den Modellen entsprechend den jeweiligen realen Gegebenheiten der Walzstraße eingebaut werden.
Selbstverständlich ist der zuvor beschriebene Betrieb einer mehrgerüstigen Walzstraße auch bei einer eingerüstigen Walzstraße durchführbar.

Claims (12)

  1. Einrichtung zum Betrieb einer mehrgerüstigen Walzstraße, wobei die gesamte Walzstraße in den technologischen Zusammenhängen der einzelnen Gerüste in einem einzigen physikalischen Simulations-Modell (2) gegliedert nachgebildet ist, dadurch gekennzeichnet,
    dass das Simulations-Modell (2) mit einer zentralen Regelungsvorrichtung verbunden ist, die für die gesamte technologische Regelung der Walzstraße allein zum Einsatz kommt und die wahlweise einzelne Funktionen innerhalb jedes Gerüsts oder einzelner Gerüste entweder über Stellglieder der Walzstraße oder in entsprechenden Gliedern des Simulations-Modells (2) steuert,
    dass einzelne Glieder des Simulations-Modells (2) ausblendbar sind, und
    dass ausgeblendete Glieder des Simulations-Modells (2) durch Einblendung entsprechender Istwerte (reale Messgrößen) aus der Walzstraße ersetzt sind.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Simulations-Modell (2) Sollwerte für die Eingangsdicke des Walzguts in die Walzstraße, die Walzspaltpositionen der einzelnen Gerüste, Geschwindigkeitswerte der Walzen der einzelnen Gerüste, Biegewerte der Walzen der einzelnen Gerüste sowie Walzgutverfolgungssignale für den Eintritt des Walzguts in bzw. den Austritt des Walzguts aus dem jeweiligen Walzspalt zur Verfügung stehen.
  3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Simulations-Modell (2) Istwerte für den Zug des Walzguts, die Walzkräfte, die Walzgeschwindigkeiten, die Biegewerte der Walzen, der Dickenabweichungen des Walzguts und der Ströme der Antriebe der einzelnen Gerüste abgibt.
  4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Simulations-Modell (2) als Nachbildungen mehrere oder sämtliche folgende Glieder umfasst, die walztechnologisch miteinander verbunden sind und an die zentrale Regelvorrichtung ihre Istwerte in Realzeitverhalten abgeben:
    Stromrichtergespeiste Walzmotoren mit ihrer Drehzahlregelung und ihrem Stromregelverhalten sowie mit zusätzlicher Verformung- und Bandzugbelastung unter Berücksichtigung gegenseitiger Lastbeeinflussung über das Walzgut.
    Walzkraftmodelle der Gerüste mit Einflüssen von Walzspalt, Walzgeschwindigkeit, Rück- und Vorzug und Vorverformung.
    Positionsregelungen der Anstellung und der Walzspaltregelung der Gerüste.
    Zugistwertbestimmung des Walzguts mit einer Materialflussverrechnung und Geschwindigkeitseinfluss.
    Walzgutlaufzeitnachbildung und -auswirkung auf Motorbelastung, Walzspalt und Zugistwert des Walzguts. Leitsollwertgeber mit einer Funktion "konstante Walzgutanfangs- und Walzgutendgeschwindigkeit".
    Arbeitswalzenbiegung.
    Handkorrekturen auf die Walzgeschwindigkeit.
  5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Simulations-Modell (2) jeder Motor der Walzstraße durch ein integrierendes, zwei Eingänge aufweisendes Glied nachgebildet ist, dessen einer Eingang ein dem elektrischen Drehmoment entsprechendes positiv bewertetes Signal und der andere Eingang ein dem mechanischen Gegendrehmoment entsprechendes, negativ bewertetes Signal aufnimmt und dessen Ausgang ein der Drehzahl des Motors entsprechendes Signal abgibt.
  6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Aufschaltung des dem mechanischen Gegendrehmoment entsprechenden Signals das dem Verformungsvolumen des Walzguts proportionale Verformungsmoment und das Zugmoment des Walzguts steilheitsbegrenzt berücksichtigt sind.
  7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bildung des Verformungsmoments eine einer Walzspaltregelung oder einer Anstellungsregelung der Walzen entsprechende Größe aufgeschaltet ist.
  8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verformungsvolumen von einer Walzgutsegmentverfolgung durch die Walzstraße für die einzelnen Gerüste gebildet ist.
  9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzgutsegmentverfolgung durch ein Schieberegister gebildet ist, dessen Traktfrequenz aus der Walzgutgeschwindigkeit abgeleitet ist.
  10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzgutzugnachbildung durch ein die augenblickliche Massenflussdifferenz im Walzspalt ermittelndes Summierglied mit nachgeschaltetem Verzögerungsglied erster Ordnung gebildet ist.
  11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Simulations-Modell (2) eine auf einen Stromrichter wirkende, aus einer Drehzahlregelung mit unterlagerter Ankerstromregelung aufgebaute Regelung bei der Speisung der einzelnen Motoren der Walzstraße durch ein PI-Regelglied mit einem nachgeschalteten Verzögerungsglied erster Ordnung nachgebildet ist, wobei das Verzögerungsglied eine Verstärkung entsprechend dem Stromrichterverstärkungsfaktor und eine Verzögerungszeit entsprechend der Verzögerungszeit der nachgebildeten Regelstrecke aufweist.
  12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Regelvorrichtung mehrere oder sämtliche folgende Regelungen und Funktionen umfasst:
    Alle Dickenregelfunktionen für die einzelnen Gerüste mit einzelnen Dickenvorsteuerungen und Monitorregelungen.
    Walzkraftabhängige Walzgutzugsollwertadaption.
    Automatische Setupadaption (Setupoptimierung).
    Automatische Speicherung von verwendeten Sollwerten für einen Stichplanspeicher und walzgutlängenabhängige Erfassung von Messwerten für einen Prozessrechner.
    Biegeregelung (wenn Planmessung vorhanden) und Sollwertvorgabe für Arbeitswalzenbiegung mit Walzkraftadaption.
    Fließend umschaltbare Walzgutzugregelungen über Walzspalt und über Walzgeschwindigkeiten.
    Walzgutverfolgung für die Ein- und Ausfädelphase.
    Einfädel- und Ausfädeltechnologie mit automatischer Walzgutzugaufbau- und Walzgutzugabbauregelung; automatische Walzkraftentlastung.
    Halbautomatische Lastverteilung in den Gerüsten mit automatischer Anpassung der entsprechenden Dickensollwerte.
    Erfassung und Visualisierung aller walztechnologischen Messwerte und Walzzustände mit einem nach walztechnologischen Bedürfnissen aufgebauten Visualisierungsbild.
    Erfassung und Aufbereitung von Messwerten für eine graphische Auswertung.
    Serieller Datenaustausch mit einem Walzprogrammrechner (Stichplanspeicher und mathematisches Walzmodell).
    Serieller Datenaustausch mit Dickenmessgeräten.
    Serielle und parallele Kommunikation mit dem Simulations-Modell.
    Bildung von Zusatzwerten für die Stellglieder einer Anstellungsregelung, einer Geschwindigkeitsregelung der Walzmotoren und einer Arbeitswalzenbiegung.
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