EP2454033A1 - Bandzug- und schlingenregelung - Google Patents

Bandzug- und schlingenregelung

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Publication number
EP2454033A1
EP2454033A1 EP10732933A EP10732933A EP2454033A1 EP 2454033 A1 EP2454033 A1 EP 2454033A1 EP 10732933 A EP10732933 A EP 10732933A EP 10732933 A EP10732933 A EP 10732933A EP 2454033 A1 EP2454033 A1 EP 2454033A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tension
loop
controller
determined
control method
Prior art date
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Granted
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EP10732933A
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English (en)
French (fr)
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EP2454033B1 (de
Inventor
Wilfried Tautz
Dietrich Wohld
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Priority to EP10732933.6A priority patent/EP2454033B1/de
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Application granted granted Critical
Publication of EP2454033B1 publication Critical patent/EP2454033B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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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
    • B21B37/48—Tension control; Compression control
    • B21B37/50—Tension control; Compression control by looper control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2265/00—Forming parameters
    • B21B2265/02—Tension
    • B21B2265/06—Interstand tension
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2275/00—Mill drive parameters
    • B21B2275/02—Speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21B2275/00—Mill drive parameters
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/48—Tension control; Compression control
    • B21B37/52—Tension control; Compression control by drive motor control

Definitions

  • the present invention relates to a control method for controlling a Istzuges, which prevails in a clamped between two stands rolling on a debit train and an actual position of an arranged between the two rolling stands, employed on the band ski lifter to a SoIl position.
  • the present invention further relates to a computer program which has machine code which can be processed directly by a control device and whose execution by the control device causes the control device to carry out such a control method.
  • the present invention further relates to a control device which is designed such that it carries out such a control method during operation.
  • a strip tension is usually set in the individual strip sections (that is to say in the sections of the strip which are located between each two successive strip rolling mills of the rolling train). For technological reasons - for example, to maintain the thickness and width constancy of the strip - the strip tension should be kept as constant as possible.
  • a speed setpoint is usually determined, which acts on one of the two roll stands delimiting the strip section.
  • a ski lifter is set, which is arranged between the two successive rolling stands and is set against the belt.
  • the ski jacks are often used in the prior art. Hiring the Ski jacks take place in the prior art by means of an electric drive (more rarely) or a hydraulic cylinder unit (more frequently).
  • the loop lifter By means of the loop lifter not only the tension in the band is measured.
  • an amount of band that is buffered in the respective band section (loop) is set via the deflection of the loop lifter.
  • the loop lifter can be brought into its raised position only after the threading of the tape, in which he deflects the tape.
  • the ski jack must be lowered before unthreading the tape again.
  • an adjustment of the loop lifter directly affects the length of the band located in the band section and thus indirectly the strip tension.
  • the loop control is therefore coupled to the tension control.
  • Both output signals act both on the rolling speed of the upstream or downstream roll stand and on the position of the loop lifter.
  • Each of the four gene is set via a corresponding gain factor.
  • control method having the features of claim 1.
  • Advantageous embodiments of the control method according to the invention are the subject of the dependent claims 2 to 8.
  • the object is further achieved by a computer program having the features of claim 9. Furthermore, the object is achieved by a control device having the features of claim 11.
  • Integral part comprises, in that, based on the integral component, a first additional speed setpoint is determined for at least one of the two rolling stands,
  • a first desired shift speed component for the ski lift is determined
  • train compensation signal and "loop compensation signal” have been chosen because they express which controller they originate from, what deviation they are to counteract, and to be able to distinguish them verbally. A more important meaning is not the word choice.
  • the derivative the length of the band clamped between the two stands according to the position of the loop lifter.
  • both the integral component of the Buchausgangssignals and the loop output signal are delayed in time.
  • the control method can therefore be simplified by subtracting the instantaneous integral component from a modified loop compensation signal, delaying the resulting difference, and adding the delayed difference to the train output signal as the result of determining the resulting desired adjustment rate, wherein the modified loop compensation signal is obtained by scaling the Loop compensation signal is determined with a derivation taking into account value.
  • the characteristic value for the actual tension is measured directly. In general, however, the value is either not measurable or at least not easy to measure. In the context of the present invention, it is therefore preferable for the value characteristic of the actual tension to be determined indirectly on the basis of measured variables by means of a tape tension observer. Tape tension observers as such are known to those skilled in the art.
  • the tape tension observer will continue to be supplied with the resulting target adjustment speed, that is, the sum of the target adjustment speed components. Due to this circumstance, there is a positive feedback within the control. The positive feedback can lead to instability of the tension controller. Therefore, it is preferably provided that a substitute time constant for the tape tension observer is determined dynamically on the basis of variables which are characteristic of the stability of the tension controller, and the tape tension observer determines the characteristic value for the actual tension, taking into account the equivalent time constant. te determined. Alternatively or additionally, it can be provided that a control gain for the tension controller is determined dynamically on the basis of the variables characteristic of the stability of the tension controller, and the tension controller determines the tension compensation signal taking into account the control gain.
  • a feedforward control is connected in parallel with the tape tension observer.
  • the torque controller determines an additional target displacement speed component, which likewise enters into the resulting setpoint speed as a summand.
  • the computer program according to the invention is characterized in that the execution of its machine code by a control device causes the control device to carry out a control method according to the invention.
  • the computer program can in particular be stored on a data carrier in machine-readable form. Further advantages and details will become apparent from the following description of exemplary embodiments in conjunction with the drawings.
  • 1 shows a multi-stand rolling train
  • FIG. 5 shows a possible combination of the tension control of FIG. 3 and the loop control of FIG. 4, FIG.
  • a rolling train has a plurality of rolling stands 1.
  • the rolling mill may in particular be a hot rolling mill.
  • a total of three rolling stands 1 are shown.
  • the rolling train has more than three rolling stands 1, for example five to eight rolling stands.
  • a band 2 is rolled.
  • the band 2 is usually a metal band, for example a steel band, an aluminum band or a copper band. However, it may be made of a different material, such as a non-ferrous metal or a non-metal.
  • the rolling mills 1 are driven to roll the strip 2 at a roll speed v specific to the respective rolling stand 1.
  • each ski lifter 3 has a looper roller 4, which is employed on the belt 2.
  • the belt 2 is deflected between the rolling stands 1 from a rolling line 5 (that is, the direct connecting line of the roll nips of the rolling stands 1 with each other), usually upwards.
  • band 2 is clamped. In band 2, therefore, there is a current Z.
  • the actual Z within each band section is (of course) uniform. In the individual band the actual Z trains may be the same or different from each other.
  • FIG. 2 shows a single belt section including the two rolling stands 1 delimiting the belt section 1.
  • the two rolling stands 1 are provided with the reference symbols 1 'and 1 "in FIG 2 in order to be able to differentiate them from one another in accordance with their sequence as a front rolling stand 1 'and as a rear rolling stand 1 ", the section shown in FIG. 2 is an arbitrary section.
  • a control device 8 is present.
  • the control device 8 is designed such that it performs a control method during operation, which will be explained in more detail below.
  • the control device 8 can be implemented by circuitry. As a rule, however, the control device 8 is designed as a software programmable control device 8 in accordance with the representation of FIG. In this case, the control device 8 is programmed with a computer program 9.
  • the computer program 9 has machine code 10.
  • the machine code 10 can be processed directly by the control device 8.
  • the processing of the machine code 10 by the control device 8 causes the control device 8 carries out the steps of the control method explained below.
  • the computer program 9 can be supplied to the control device 8 in any manner. For example, it is possible to supply the computer program 9 to the control device 8 via a computer-computer connection, for example a LAN or the Internet.
  • the control device 8 is supplied with a desired train Z *.
  • the control device 8 is supplied with a characteristic Z 'characteristic of the actual Z train.
  • an actual position ⁇ of the loop lifter 3 and a set position ⁇ * of the loop lifter 3 are fed to the control device 8.
  • the actual tension Z and the desired tension Z * and the actual position ⁇ are to be regulated to the desired position ⁇ *.
  • the control device 8 determines a resulting additional speed setpoint value ⁇ v * for the rolling stand 1' arranged upstream of the ski lifter 3.
  • the resulting additional speed setpoint ⁇ v * is output to a speed controller 12 for the upstream rolling stand 1 '.
  • the resulting additional speed setpoint ⁇ v * could be determined for the roll stand 1 "downstream of the ski lifter 3 and output to a speed control 13 of this rolling stand 1". This is indicated by dashed lines in FIG. A division into both rolling stands 1 ', 1 "can be made.
  • control device 8 uses the quantities Z *, Z ', ⁇ , ⁇ * to determine a resulting setpoint speed ⁇ * for the loop lifter 3.
  • the resulting setpoint speed ⁇ * is output to an adjusting unit 14, by means of which the position of the loop lifter 3 is set ,
  • the adjustment unit 14 can operate electrically or - preferably - hydraulically.
  • the control device 8 comprises a tension regulator 15.
  • the tension regulator 15 and its mode of action are explained in more detail below in conjunction with FIG.
  • the control device 8 further comprises a loop controller 16.
  • the loop controller 16 and its mode of action will be explained in more detail below in conjunction with FIG.
  • the entire control device 8 will be explained again in connection with FIG 5 below.
  • the tension regulator 15 is supplied with a value Z '* characteristic of the desired tension Z * and the value Z' characteristic of the actual tension Z.
  • a setpoint determination device 8 ' may be present, to which the desired train Z * and further variables are supplied.
  • the further variables can include, for example, the actual position ⁇ of the loop lifter 3, the distances of the loop lifter 3 from the upstream and downstream rolling stand 1 ', 1 "and further geometry parameters, so that the setpoint determination device 8' is able to reference it Size of the distances of the looper roller 4 of the rolling stands 1 ', 1 "and the height of
  • the setpoint determination device 8 ' is supplied with quantities which describe the strip 2, for example its thickness, its width and its elasticity mode. If these quantities are known, the value Z '* characteristic of the desired tension Z * can be determined on the basis of simple geometric calculations. The characteristic value Z '* corresponds in this case a desired force, the tape 2 on the
  • At least the desired train Z * and the actual position ⁇ are variables. Both other sizes may alternatively be variables or parameters.
  • the difference between variables and parameters is that variables can vary dynamically in the operation of the control device 8, while parameters are set once during the commissioning of the control device 8 and are then kept constant.
  • the setpoint determination device 8 ' can be part of the control device 8. Alternatively, it may be arranged outside the control device 8. In the latter case, the control device 8 is supplied with the corresponding characteristic value Z '* instead of the reference pull Z *.
  • the value Z 'characteristic of the actual pull Z can be measured alternatively or otherwise determined. This will be discussed later.
  • the tension controller 15 comprises an integrator 17.
  • the train compensation signal ZA therefore comprises an integral component IA.
  • the tension controller 15 comprises a branch 18, via which a proportional component PA of the train compensation signal ZA is output.
  • An integration gain kl of the integrator 17 may be a constant. However, it is preferably a variable which increases, inter alia, with increasing control deviation (
  • a first additional speed setpoint value ⁇ vl * for the upstream rolling stand 1 ' is determined.
  • the first additional speed setpoint ⁇ vl * enters the resulting additional speed setpoint value ⁇ v * as one of two summands.
  • the integral component IA is fed to a delay element 19, in which the integral component IA is delayed in time.
  • the time-delayed integral component is referred to below as a delayed integral component IA 'to distinguish it from the instantaneous integral component IA.
  • the time-delayed integral component IA ' is subtracted in a node point 20 from the train compensation signal ZA.
  • a first Sollverstellge- speed ratio ⁇ l * is determined for the ski looper 3.
  • the first Sollverstell effetive stress ⁇ l * goes as one of several summands in the resulting Sollver- Stell effet ⁇ * a.
  • the desired position .phi. * And the actual position .phi. are supplied to the loop regulator 16 as shown in FIG.
  • the loop controller 16 may be formed as a P-controller. It determines a loop compensation signal SA on the basis of the position ⁇ * and the actual position ⁇ .
  • the loop compensation signal SA is supplied to a delay element 21 (among others). In the delay element 21, the loop compensation signal SA is delayed in time, thus determining a delayed loop compensation signal SA '.
  • the delayed loop compensation signal SA ' corresponds to a second desired adjustment speed component ⁇ 2 * for the loop lifter 3.
  • the second desired adjustment speed component ⁇ 2 * also enters into the determination of the resulting target adjustment speed ⁇ * as a summand.
  • a second additional speed setpoint value ⁇ v2 * for the upstream rolling stand 1 ' is furthermore determined on the basis of the loop compensation signal SA.
  • the second additional speed setpoint ⁇ v2 * is the second summand, which enters the resulting speed setpoint ⁇ v *.
  • a divider member 22 is present.
  • the difference between the train output signal ZA and the delayed integral component IA ' is divided by a value kL.
  • the value kL corresponds to the derivation of the length of the band 2, which is between the two the band section limiting rolling stands 1 ', 1 ", according to the position ⁇ of the loop lifter. 3
  • the activation of the adjusting unit 14 delayed relative to the output of the resulting additional speed setpoint value ⁇ v * ensures that the actual position ⁇ of the loop lifter 3 is not tracked until a corresponding adaptation of the between the rolling stands 1 ', 1 by the resulting speed setpoint value ⁇ v *
  • the integral component IA is not permanently output to the loop lifter 3, but rather from the loop lifter 3 in accordance with the time delay by the delay member 19 the upstream roll stand 1 '(optionally alternatively or additionally to the downstream roll stand 1 ") is shifted. Due to the time delay of the delay element 19, the time delay is compensated, which has the regulated path as such.
  • FIG. 5 shows the total interconnection of the control device 8.
  • the embodiment according to FIG. 5 is functionally completely equivalent to the procedure explained above in connection with FIGS. 3 and 4. Only the order of individual addition, subtraction and delay measures is slightly modified.
  • the instantaneous integral component IA is subtracted from the modified loop compensation signal SA ", the difference thus determined is delayed and the delayed difference to
  • the value Z 'characteristic of the actual Z train In principle, it is possible to measure the value Z 'characteristic of the actual Z train. In many cases, however, the measurement is technically complicated or even impossible. For this reason, according to FIGS. 3 and 5, a tape tension observer 25 is present.
  • the measured variables may in particular comprise an adjusting moment MV applied by the ski lifter 3.
  • the tape tension observer 25 can be supplied with quantities which are characteristic of the adjustment speed ⁇ of the ski lifter 3 and a self-moment ME caused by the ski lifter 3.
  • a measured actual value can be used or the resulting desired adjustment speed ⁇ * can be used.
  • the intrinsic moment ME is essentially caused by the weight force of the components of the loop lifter 3 acting on the adjusting unit 14.
  • the intrinsic moment ME can alternatively be constant or be a function of the actual position ⁇ of the loop lifter 3.
  • the Bandzugbeobachter 25 may be constructed as the load observer, in FIG. 3 of the patent application "Load control of a hydraulic cylinder unit with load observer" of the applicant, character of the applicant 200907995, filed with the European Patent Office on 03 July 2009, official file reference 09 164 521 , shown in detail and in conjunction with This figure is described. Further details can therefore be dispensed with.
  • control method according to the invention gives very good results. By the embodiments described below in connection with Figures 6 to 8, the control method is still further improved.
  • the embodiments described below in conjunction with FIGS. 6 to 8 can alternatively be implemented individually or in combination with one another.
  • a torque controller 26 is present in addition to the tension controller 15 and the sling regulator 16.
  • the torque controller 26 is supplied with the characteristic Z '*, the characteristic torque ME and the adjusting torque MV characteristic of the reference train Z *.
  • the torque controller 26 uses the quantities Z '*, ME, MV supplied to it to determine an additional target displacement speed component ⁇ 3 *.
  • the additional target displacement speed component ⁇ 3 * also enters the resulting target displacement speed ⁇ * as a summand.
  • the torque controller 26 may be designed in particular as a P controller or as a PD controller. It causes a stabilization of the behavior of the entire control device
  • a start-up controller 27 can be present.
  • the approach controller 27 is, if it is present, active only in an initial phase.
  • the approach controller 27 is activated as soon as it is detected that the band 2 has been threaded into the roll stand 1 "downstream of the loop lifter 3.
  • the start-up regulator 27 is switched off when the loop lifter roll 4 contacts the band 2.
  • the switch-off can be performed as a function of
  • the difference between the actual pull Z and the desired pull Z * (or the corresponding characteristic values Z '*, Z') is made by the approach controller 27, which ensures that the loop lifter 3 quickly reaches the strip 2 from the lowered position (below the rolling line 5) is hired.
  • the control device 8 can also have a position controller 28 according to FIG.
  • the position Ler 28 is used in particular when the ski jig 3 is to be kept in a fixed position when threading or unthreading of the belt 2 below the rolling line 5. It is active as an alternative to the tension controller 15 and the loop controller 16 (and possibly also the torque controller 26 and / or the approach controller 27).
  • the switchover takes place - preferably in a sliding manner - as a function of an input and output detection.
  • the position controller 28 is preferably constructed as described in the patent application "control device for a hydraulic cylinder unit" of the applicant, character of
  • FIG. 7 furthermore shows that the control device 8 can have an adaptation device 29.
  • the adaptation device 29 is supplied with quantities which are characteristic of the stability of the tension regulator 15.
  • the adaptation device 29 determines, for example, a replacement time constant T for the tape tension observer 25. If this is the case, the adaptation device 29 outputs the equivalent time constant T to the tape tension observer 25. In this case, the tension detector 25 determines the value Z 'characteristic of the actual tension Z, taking into account the equivalent time constant T.
  • the adaptation device 29 can determine a control gain k for the tension controller 15 on the basis of the variables supplied to it and output it to the tension controller 15.
  • the tension controller 15 determines the train compensation signal ZA in this case, taking into account the control gain k transmitted to it.
  • the characteristic of the stability of the Buchreglers 15 sizes can be determined as needed. For example, the actual position ⁇ of the loop lifter 3 can be used. Regardless of which sizes the adaptation device
  • the equivalent time constant T and / or the control gain k is determined by means 29, the determination is carried out dynamically, that is to say during operation of the control device 8.
  • the equivalent time constant T and the control gain k are variables, not parameters.
  • a feedforward control 30 can furthermore be connected in parallel with the tape tension observer 25.
  • the characteristic Z 'characteristic of the actual pull Z can be determined with greater dynamics.
  • changes in the value Z 'characteristic of the actual pull Z which arise as a result of changes in the actual position ⁇ of the loop lifter 3, immediately appear in the characteristic value Z' without the tape tension observer 25 having to settle first.
  • the pre-control 30 is fed at least the actual position ⁇ of the loop lifter 3 as a variable.
  • the present invention has many advantages.
  • the control method according to the invention is fast and stable. Furthermore, a simple retrofitting of existing control devices is given. Furthermore, the control method according to the invention has superior control results.
  • a change in the actual position ⁇ of the loop lifter 3 has virtually no effect on the actual pull Z. This is particularly important when lowering the loop lifter 3 before unthreading the strip 2.
  • deviations of the actual pull Z from the set pull Z * are corrected very quickly. Nevertheless, only a very small excitation of natural vibrations occurs.
  • Another advantage of the control method according to the invention is that no measured value for the adjustment speed ⁇ of the loop lifter 3 is required. There are also no slow, creeping transients, but there is a quick settling.
  • the above description is only for explanation of the present invention. The scope of the present invention, however, is intended to be determined solely by the appended claims.

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Abstract

Einem Zugregler (15) werden ein für den in einem zwischen zwei Walzgerüsten (1', 1") eingespannten Band (2) gewünschten Sollzug (Z*) charakteristischer Wert (Z'*) und der korrespondierende Istwert (Z') zugeführt. Der Zugregler (15) ermittelt anhand der ihm zugeführten charakteristischen Werte (Z'*, Z') ein Zugausgleichssignal (ZA), das einen Integralanteil (IA) umfasst. Anhand des Integralanteils (IA) wird ein erster Geschwindigkeitszusatzsollwert (δv1*) für mindestens eines der zwei Walzgerüste (1', 1") ermittelt. Der Integralanteil (IA) wird zeitlich verzögert und mit dieser Verzögerung vom Zugausgangssignal (ZA) subtrahiert. Anhand der so ermittelten Differenz wird ein erster Sollverstellgeschwindigkeitsanteil (ωl*) für den Schiingenheber (3) ermittelt. Einem Schlingenregler (16) werden eine Iststellung (φ) eines zwischen den zwei Walzgerüsten (1', 1") angeordneten, an das Band (2) angestellten Schiingenhebers (3) und die korrespondierende Sollstellung (φ*) zugeführt. Der Schlingenregler (16) ermittelt anhand der Sollstellung (φ*) und der Iststellung (φ) ein Schlingenausgleichssignal (SA). Durch Verzögern des Schlingenausgleichssignals (SA) wird ein zweiter Sollverstellge- schwindigkeitsanteil (ω2*) für den Schiingenheber (3) ermittelt. Anhand des Schlingenausgleichssignals (SA) wird ein zweiter Geschwindigkeitszusatzsollwert (δv2*) für das mindestens eine der zwei Walzgerüste (1', 1") ermittelt. Die Summe (δv*) von erstem und zweitem Geschwindigkeitszusatzsollwert ((δv1*, δv2*) wird an eine Drehzahlregelung (12) für das mindestens eine der zwei Walzgerüste (1', 1") ausgegeben. An eine Verstelleinheit (14), mittels derer die Stellung des Schiingenhebers (3) eingestellt wird, wird eine resultierende Sollverstellgeschwindigkeit (ω*) ausgegeben, in die als Summanden der erste und der zweite Sollverstellgeschwindigkeits- anteil (ω1*, ω2*) eingehen.

Description

Beschreibung
Bandzug- und Schiingenregelung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Regelverfahren zum Regeln eines Istzuges, der in einem zwischen zwei Walzgerüsten eingespannten Band herrscht, auf einen Sollzug und einer Iststellung eines zwischen den zwei Walzgerüsten angeordneten, an das Band angestellten Schiingenhebers auf eine SoIl- Stellung.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogramm, das Maschinencode aufweist, der von einer Regeleinrichtung unmittelbar abarbeitbar ist und dessen Abarbeitung durch die Regeleinrichtung bewirkt, dass die Regeleinrichtung ein derartiges Regelverfahren ausführt.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Regeleinrichtung, die derart ausgebildet ist, dass sie im Betrieb ein derartiges Regelverfahren ausführt.
Beim Walzen von Bändern - insbesondere von Metallbändern - in mehrgerüstigen Walzstraßen wird in der Regel in den einzelnen Bandabschnitten (das heißt in den Abschnitten des Bandes, die sich zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden, das Band walzenden Walzgerüsten der Walzstraße befinden) ein Bandzug eingestellt. Aus technologischen Gründen - beispielsweise zur Einhaltung der Dicken- und Breitenkonstanz des Bandes - soll der Bandzug möglichst konstant gehalten werden. Zum Einstel- len des Bandzuges wird in der Regel ein Geschwindigkeitszusatzsollwert ermittelt, der auf eines der beiden den Bandabschnitt begrenzenden Walzgerüste wirkt. Weiterhin wird eine Anstellung eines Schiingenhebers eingestellt, der zwischen den zwei aufeinander folgenden Walzgerüsten angeordnet ist und an das Band angestellt ist.
Auch zum Erfassen des Bandzuges werden im Stand der Technik oftmals die Schiingenheber verwendet. Das Anstellen der Schiingenheber erfolgt im Stand der Technik mittels eines elektrischen Antriebs (seltener) oder einer Hydraulikzylindereinheit (häufiger) . Mittels des Schiingenhebers wird nicht nur der Zug im Band gemessen. Weiterhin wird über die Auslenkung des Schlingenhe- bers auch eine Menge an Band eingestellt, die im jeweiligen Bandabschnitt gepuffert ist (Schlinge) . Nicht nur der im Band herrschende Zug, sondern auch die Stellung des Schiingenhebers müssen geregelt werden. So kann insbesondere der Schiingenheber erst nach dem Einfädeln des Bandes in seine angehobene Stellung gebracht werden, in welcher er das Band auslenkt. Auch muss der Schiingenheber vor dem Ausfädeln des Bandes wieder abgesenkt werden. Wie sich aus einfachen geometrischen Überlegungen ergibt, beeinflusst ein Verstellen des Schiingenhebers direkt die im Bandabschnitt befindliche Länge des Bandes und damit indirekt den Bandzug. Die Schiingenregelung ist daher mit der Zugregelung verkop- pelt.
Aus dem Fachaufsatz „Development of Looper Tension Control System for Hot Strip MiIl" von C. J. Park et al . , Proceedings of the IASTED International Conference, Applied Simulation and Modelling 2000, 24. bis 26. Juli 2000, Banff, Alberta,
Kanada, Seiten 423 bis 427, ist ein Regelverfahren zum Regeln eines Istzuges, der in einem zwischen zwei Walzgerüsten eingespannten Band herrscht, auf einen Sollzug und einer Iststellung eines zwischen den beiden Walzgerüsten angeordneten, an das Band angestellten Schiingenhebers auf eine Sollstellung bekannt, die einen Zugregler und einen Schlingenregler umfasst. Dem Zugregler werden der Sollzug und der Istzug zugeführt. Dem Schlingenregler werden die Sollstellung und die Iststellung zugeführt. Beide Regler sind als PI-Regler ausge- bildet. Beide Regler ermitteln jeweils ein Ausgangssignal.
Beide Ausgangssignale wirken sowohl auf die Walzgeschwindigkeit des vor- bzw. nachgeordneten Walzgerüsts und auf die Stellung des Schiingenhebers. Jede der insgesamt vier Wirkun- gen ist über einen entsprechenden Verstärkungsfaktor eingestellt.
Dem Fachaufsatz „Application of ILQ control theory to steel rolling processes" von H. Imanari et al . , Proceedings of The 7th International Conference on Steel Rolling 1998, Chiba, Japan, Seiten 36 bis 41, ist ein im Wesentlichen gleichgelagerter Offenbarungsgehalt zu entnehmen. Die aus den Fachaufsätzen bekannten Regelverfahren stellen einen Fortschritt gegenüber den konventionellen Regelverfahren dar. Sie arbeiten mit einer Entkopplung der Regeleingriffe voneinander. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Möglichkeiten zu schaffen, mittels derer bewirkt wird, dass Eingriffe des Schlingenreglers keine oder nur eine sehr geringe Auswirkung auf den Istzug haben und Eingriffe des Zugreglers mit hoher Dynamik erfolgen.
Die Aufgabe wird durch ein Regelverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Regelverfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 8.
Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Computerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Weiterhin wird die Aufgabe durch eine Regeleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Regelverfahren ist vorgesehen,
- dass einem Zugregler für den Sollzug und für den Istzug charakteristische Werte zugeführt werden,
- dass der Zugregler anhand der ihm zugeführten charakteris- tischen Werte ein Zugausgleichssignal ermittelt, das einen
Integralanteil umfasst, - dass anhand des Integralanteils ein erster Geschwindigkeitszusatzsollwert für mindestens eines der zwei Walzgerüste ermittelt wird,
- dass der Integralanteil zeitlich verzögert wird,
- dass anhand der Differenz von Zugausgleichssignal und verzögertem Integralanteil ein erster Sollverstellgeschwindig- keitsanteil für den Schiingenheber ermittelt wird,
- dass die Sollstellung und die Iststellung einem Schlingen- regler zugeführt werden, der anhand der Sollstellung und der Iststellung ein Schlingenausgleichssignal ermittelt,
- dass durch Verzögern des Schlingenausgleichssignals ein zweiter Sollverstellgeschwindigkeitsanteil für den Schlin- genheber ermittelt wird,
- dass anhand des Schlingenausgleichssignals ein zweiter Ge- schwindigkeitszusatzsollwert für das mindestens eine der zwei Walzgerüste ermittelt wird,
- dass die Summe von erstem und zweitem Geschwindigkeitszusatzsollwert an eine Drehzahlregelung für das mindestens eine der zwei Walzgerüste ausgegeben wird und
- dass an eine Verstelleinheit, mittels derer die Stellung des Schiingenhebers eingestellt wird, eine resultierende Sollverstellgeschwindigkeit ausgegeben wird, in die als Summanden der erste und der zweite Sollgeschwindigkeitsanteil eingehen.
Die Begriffe „Zugausgleichssignal" und „Schlingenausgleichssignal" wurden so gewählt, weil sie zum Ausdruck bringen, von welchem Regler sie stammen, welcher Regelabweichung sie entgegen wirken sollen und um sie sprachlich voneinander unter- scheiden zu können. Eine weitergehende Bedeutung kommt der Wortwahl nicht zu. Man hätte die beiden Signale ebenso als „Ausgangssignal des Zugreglers" und „Ausgangssignal des
Schlingenreglers" bezeichnen können. Zur korrekten Anpassung der von jeweils einem der beiden Regler vorgenommenen Eingriffe ist vorzugsweise vorgesehen, dass bei der Ermittlung der Geschwindigkeitszusatzsollwerte relativ zu den Sollverstellgeschwindigkeitsanteilen die Ableitung der Länge des zwischen den zwei Walzgerüsten eingespannten Bandes nach der Stellung des Schiingenhebers berücksichtigt wird. Im Rahmen des Ermitteins der resultierenden Sollverstellgeschwindigkeit werden sowohl der Integralanteil des Zugausgangssignals als auch das Schlingenausgangssignal zeitlich verzögert. Das Regelverfahren kann daher dadurch vereinfacht werden, dass im Rahmen des Ermitteins der resultierenden Sollverstellgeschwindigkeit der unverzögerte Integralanteil von einem modifizierten Schlingenausgleichssignal subtrahiert wird, die sich ergebende Differenz verzögert wird und die verzögerte Differenz zum Zugausgangssignal addiert wird, wobei das modifizierte Schlingenausgleichssignal durch Skalie- ren des Schlingenausgleichssignals mit einem die Ableitung berücksichtigenden Wert ermittelt wird.
Es ist möglich, dass der für den Istzug charakteristische Wert direkt gemessen wird. In der Regel jedoch ist der Wert entweder nicht oder zumindest nicht einfach messbar. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist daher bevorzugt, dass der für den Istzug charakteristische Wert indirekt anhand gemessener Größen mittels eines Bandzugbeobachters ermittelt wird. Bandzugbeobachter als solche sind Fachleuten bekannt.
In der resultierenden Sollverstellgeschwindigkeit ist - unter anderem - der erste Sollverstellgeschwindigkeitsanteil enthalten, der vom Zugregler ermittelt wird. In vielen Fällen wird weiterhin dem Bandzugbeobachter die resultierende SoIl- Verstellgeschwindigkeit zugeführt, also die Summe der SoIl- verstellgeschwindigkeitsanteile . Auf Grund dieses Umstands entsteht innerhalb der Regelung eine Mitkopplung. Die Mitkopplung kann zur Instabilität des Zugreglers führen. Vorzugsweise ist daher vorgesehen, dass anhand von für die Sta- bilität des Zugreglers charakteristischen Größen dynamisch eine Ersatzzeitkonstante für den Bandzugbeobachter ermittelt wird und der Bandzugbeobachter den für den Istzug charakteristischen Wert unter Berücksichtigung der Ersatzzeitkonstan- te ermittelt. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass anhand der für die Stabilität des Zugreglers charakteristischen Größen dynamisch eine Regelverstärkung für den Zugregler ermittelt wird und der Zugregler das Zugaus- gleichssignal unter Berücksichtigung der Regelverstärkung ermittelt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Regelverfahrens ist weiterhin vorgesehen, dass dem Bandzugbeob- achter eine Vorsteuerung parallel geschaltet ist. Dadurch kann die Dynamik, mittels derer der für den Istzug charakteristische Wert ermittelt wird, gesteigert werden.
In vielen Fällen ist es weiterhin von Vorteil,
- dass einem Momentregler der für den Sollzug charakteristische Wert, ein durch den Schiingenheber bewirktes Eigenmoment und ein von einer Verstelleinrichtung für den Schlingen- heber bewirktes Verstellmoment zugeführt werden und
dass der Momentregler einen Zusatzsollverstellgeschwin- digkeitsanteil ermittelt, der ebenfalls als Summand in die resultierende Sollverstellgeschwindigkeit eingeht.
Dadurch kann eine höhere Dynamik erreicht werden. Der Momentregler ist vorzugsweise als P-Regler (P = proportional) oder PD-Regler (= proportional-differenzial) ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Computerprogramm ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ausführung seines Maschinencodes durch eine Regeleinrichtung bewirkt, dass die Regeleinrichtung ein erfindungsgemäßes Regelverfahren ausführt. Gleiches gilt in analoger Weise für die Regeleinrichtung selbst. Das Computerprogramm kann insbesondere auf einem Datenträger in maschinenlesbarer Form gespeichert sein. Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen in Prinzipdarstellung: FIG 1 eine mehrgerüstige Walzstraße,
FIG 2 einen einzelnen Bandabschnitt,
FIG 3 eine Zugregelung,
FIG 4 eine Schlingenregelung,
FIG 5 eine mögliche Kombination der Zugregelung von FIG 3 und der Schlingenregelung von FIG 4,
FIG 6 ein Gesamtschaltbild mehrerer Regler,
FIG 7 ein weiteres Gesamtschaltbild mehrerer Regler und
FIG 8 eine mögliche Ergänzung eines Bandzugbeobachters.
Gemäß FIG 1 weist eine Walzstraße mehrere Walzgerüste 1 auf. Bei der Walzstraße kann es sich insbesondere um ein Warmwalzwerk handeln. Dargestellt sind in FIG 1 insgesamt drei Walzgerüste 1. In der Regel weist die Walzstraße jedoch mehr als drei Walzgerüste 1 auf, beispielsweise fünf bis acht Walzgerüste. In den Walzgerüsten 1 wird ein Band 2 gewalzt. Das Band 2 ist in der Regel ein Metallband, beispielsweise ein Stahlband, ein Aluminiumband oder ein Kupferband. Es kann jedoch aus einem anderen Material bestehen, beispielsweise ein Buntmetall oder ein Nichtmetall sein. Die Walzgerüste 1 werden zum Walzen des Bandes 2 mit einer für das jeweilige Walzgerüst 1 individuellen Walzgeschwindigkeit v angetrieben.
Zwischen jeweils zwei unmittelbar aufeinander folgenden WaIz- gerüsten 1 ist jeweils ein Schiingenheber 3 angeordnet. Jeder Schiingenheber 3 weist eine Schlingenheberrolle 4 auf, die an das Band 2 angestellt ist. Mittels der Schiingenheber 3 wird das Band 2 zwischen den Walzgerüsten 1 aus einer Walzlinie 5 (das heißt der direkten Verbindungslinie der Walzspalte der Walzgerüste 1 miteinander) ausgelenkt, in der Regel nach oben .
Zwischen den Walzgerüsten 1 (und in der Regel auch zwischen einem Abhaspei 6 und dem ersten der Walzgerüste 1 sowie zwi- sehen dem letzten der Walzgerüste 1 und einem Aufhaspel 7) ist das Band 2 eingespannt. Im Band 2 herrscht daher ein Istzug Z. Der Istzug Z innerhalb jedes Bandabschnitts ist (selbstverständlich) einheitlich. In den einzelnen Bandab- schnitten können die Istzüge Z untereinander gleich oder voneinander verschieden sein.
FIG 2 zeigt einen einzelnen Bandabschnitt einschließlich der beiden den Bandabschnitt begrenzenden Walzgerüste 1. Die beiden Walzgerüste 1 sind in FIG 2 mit den Bezugszeichen 1' und 1" versehen, um sie voneinander unterscheiden zu können. Die beiden Walzgerüste 1', 1" werden nachfolgend entsprechend ihrer Reihenfolge als vorderes Walzgerüst 1' und als hinteres Walzgerüst 1" bezeichnet. Es handelt sich bei dem in FIG 2 dargestellten Abschnitt um einen beliebigen Abschnitt.
Gemäß FIG 2 ist eine Regeleinrichtung 8 vorhanden. Die Regeleinrichtung 8 ist derart ausgebildet, dass sie im Betrieb ein Regelverfahren ausführt, das nachfolgend näher erläutert werden wird.
Die Regeleinrichtung 8 kann schaltungstechnisch realisiert sein. In der Regel ist die Regeleinrichtung 8 jedoch entspre- chend der Darstellung von FIG 2 als softwareprogrammierbare Regeleinrichtung 8 ausgebildet. In diesem Fall ist die Regeleinrichtung 8 mit einem Computerprogramm 9 programmiert. Das Computerprogramm 9 weist Maschinencode 10 auf. Der Maschinencode 10 ist von der Regeleinrichtung 8 unmittelbar abarbeitbar. Die Abarbeitung des Maschinencodes 10 durch die Regeleinrichtung 8 bewirkt, dass die Regeleinrichtung 8 die Schritte des nachfolgend erläuterten Regelverfahrens ausführt. Das Computerprogramm 9 kann der Regeleinrichtung 8 auf beliebige Weise zugeführt werden. Beispielsweise ist es möglich, das Computerprogramm 9 der Regeleinrichtung 8 über eine Rechner-Rechner-Verbindung, beispielsweise ein LAN oder das Internet, zuzuführen. Ebenso ist es möglich, das Computerpro- gramm 9 der Regeleinrichtung 8 über einen Datenträger 11 zuzuführen, auf dem das Computerprogramm 9 in maschinenlesbarer Form gespeichert ist. Der Datenträger 11 kann zu diesem Zweck nach Bedarf ausgebildet sein. Rein beispielhaft ist in FIG 2 der Datenträger 11 als USB-Stick dargestellt. Der Datenträger 11 könnte jedoch anders ausgebildet sein, beispielsweise als SD-Speicherkarte oder als CD-ROM. Gemäß FIG 2 wird der Regeleinrichtung 8 ein Sollzug Z* zugeführt. Weiterhin wird der Regeleinrichtung 8 ein für den Istzug Z charakteristischer Wert Z' zugeführt. Schließlich werden der Regeleinrichtung 8 eine Iststellung φ des Schlin- genhebers 3 und eine Sollstellung φ* des Schiingenhebers 3 zugeführt. Mittels der Regeleinrichtung 8 sollen der Istzug Z und der Sollzug Z* und die Iststellung φ auf die Sollstellung φ* geregelt werden.
Anhand der genannten Größen Z*, Z', φ, φ* ermittelt die Re- geleinrichtung 8 einen resultierenden Geschwindigkeitszusatzsollwert δv* für das dem Schiingenheber 3 vorgeordnete Walzgerüst 1'. Der resultierende Geschwindigkeitszusatzsollwert δv* wird an eine Drehzahlregelung 12 für das vorgeordnete Walzgerüst 1' ausgegeben. Alternativ könnte der resultierende Geschwindigkeitszusatzsollwert δv* für das dem Schiingenheber 3 nachgeordnete Walzgerüst 1" ermittelt werden und an eine Drehzahlregelung 13 dieses Walzgerüsts 1" ausgegeben werden. Dies ist in FIG 2 gestrichelt angedeutet. Auch eine Aufteilung auf beide Walzgerüste 1', 1" kann vorgenommen werden.
Weiterhin ermittelt die Regeleinrichtung 8 anhand der genannten Größen Z*, Z', φ, φ* eine resultierende Sollverstellgeschwindigkeit ω* für den Schiingenheber 3. Die resultierende Sollverstellgeschwindigkeit ω* wird an eine Verstelleinheit 14 ausgegeben, mittels derer die Stellung des Schiingenhebers 3 eingestellt wird. Die Verstelleinheit 14 kann elektrisch oder - bevorzugt - hydraulisch arbeiten.
Die Art und Weise der Ermittlung des resultierenden Geschwin- digkeitszusatzsollwerts δv* und der resultierenden Sollverstellgeschwindigkeit co* ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Die Regeleinrichtung 8 umfasst einen Zugregler 15. Der Zugregler 15 und seine Wirkungsweise werden nachfolgend in Verbindung mit FIG 3 näher erläutert. Die Regeleinrichtung 8 umfasst weiterhin einen Schlingenregler 16. Der Schlingenregler 16 und seine Wirkungsweise werden nachfolgend in Verbindung mit FIG 4 näher erläutert. Die gesamte Regeleinrichtung 8 wird nachfolgend in Verbindung mit FIG 5 nochmals erläutert.
Dem Zugregler 15 werden gemäß FIG 3 ein für den Sollzug Z* charakteristischer Wert Z'* und der für den Istzug Z charakteristische Wert Z' zugeführt. Der Zugregler 15 ist vorzugsweise als PI-Regler (PI = proportional-integral) ausgebildet. Er ermittelt anhand der ihm zugeführten charakteristischen Werte Z'*, Z' ein Zugausgleichssignal ZA.
Beispielsweise kann eine Sollwertermittlungseinrichtung 8' vorhanden sein, welcher der Sollzug Z* und weitere Größen zugeführt werden. Die weiteren Größen können beispielsweise die Iststellung φ des Schiingenhebers 3, die Abstände des Schlin- genhebers 3 vom vorgeordneten und vom nachgeordneten Walzgerüst 1', 1" und weitere Geometrieparameter umfassen, so dass die Sollwertermittlungseinrichtung 8' in der Lage ist, anhand der ihr zugeführten Größen die Abstände der Schlingenheber- rolle 4 von den Walzgerüsten 1', 1" sowie die Höhe der
Schlingenheberrolle 4 relativ zur Walzlinie 5 zu ermitteln.
Weiterhin werden der Sollwertermittlungseinrichtung 8' Größen zugeführt, die das Band 2 beschreiben, beispielsweise dessen Dicke, dessen Breite und dessen Elastizitätsmodus. Wenn diese Größen bekannt sind, kann der für den Sollzug Z* charakteris- tische Wert Z'* anhand einfacher geometrischer Berechnungen ermittelt werden. Der charakteristische Wert Z'* entspricht in diesem Falle einer Sollkraft, die das Band 2 auf den
Schiingenheber 3 ausüben sollte, bzw. einem Sollmoment, welches das Band 2 auf den Schiingenheber 3 ausüben sollte.
Von den Größen, die der Sollwertermittlungseinrichtung 8' zugeführt werden, sind zumindest der Sollzug Z* und die Iststellung φ (alternativ die Sollstellung φ*) Variable. Bei den anderen Größen kann es sich alternativ um Variable oder um Parameter handeln. Der Unterschied zwischen Variablen und Parametern besteht darin, dass Variable im Betrieb der Regeleinrichtung 8 dynamisch variieren können, während Parame- ter im Rahmen der Inbetriebnahme der Regeleinrichtung 8 einmalig eingestellt werden und danach konstant gehalten werden.
Die Sollwertermittlungseinrichtung 8' kann Bestandteil der Regeleinrichtung 8 sein. Alternativ kann sie außerhalb der Regeleinrichtung 8 angeordnet sein. Im letztgenannten Fall wird der Regeleinrichtung 8 anstelle des Sollzuges Z* der entsprechende charakteristische Wert Z'* zugeführt.
Der für den Istzug Z charakteristische Wert Z' kann alterna- tiv gemessen werden oder anderweitig ermittelt werden. Hierauf wird später noch eingegangen werden.
Der Zugregler 15 umfasst gemäß FIG 3 einen Integrator 17. Das Zugausgleichssignal ZA umfasst daher einen Integralanteil IA. Weiterhin umfasst der Zugregler 15 einen Zweig 18, über den ein Proportionalanteil PA des Zugausgleichssignals ZA ausgegeben wird.
Eine Integrationsverstärkung kl des Integrators 17 kann eine Konstante sein. Bevorzugt ist sie jedoch eine Variable, die unter anderem mit zunehmender Regelabweichung (|Z'*-Z' |) ansteigt .
Gemäß FIG 3 wird anhand des Integralanteils IA ein erster Ge- schwindigkeitszusatzsollwert δvl* für das vorgeordnete Walzgerüst 1' ermittelt. Der erste Geschwindigkeitszusatzsollwert δvl* geht als einer von zwei Summanden in den resultierenden Geschwindigkeitszusatzsollwert δv* ein. Gemäß FIG 3 wird weiterhin der Integralanteil IA einem Verzögerungsglied 19 zugeführt, in dem der Integralanteil IA zeitlich verzögert wird. Der zeitlich verzögerte Integralanteil wird nachfolgend zur Unterscheidung vom unverzögerten Integralanteil IA als verzögerter Integralanteil IA' bezeichnet.
Der zeitlich verzögerte Integralanteil IA' wird in einem Kno- tenpunkt 20 vom Zugausgleichssignal ZA subtrahiert. Anhand der sich ergebenden Differenz wird ein erster Sollverstellge- schwindigkeitsanteil ωl* für den Schiingenheber 3 ermittelt. Der erste Sollverstellgeschwindigkeitsanteil ωl* geht als einer von mehreren Summanden in die resultierende Sollver- Stellgeschwindigkeit ω* ein.
Die Sollstellung φ* und die Iststellung φ werden gemäß FIG 4 dem Schlingenregler 16 zugeführt. Der Schlingenregler 16 kann als P-Regler ausgebildet sein. Er ermittelt anhand der SoIl- Stellung φ* und der Iststellung φ ein Schlingenausgleichssig- nal SA. Das Schlingenausgleichssignal SA wird (unter anderem) einem Verzögerungsglied 21 zugeführt. In dem Verzögerungsglied 21 wird das Schlingenausgleichssignal SA zeitlich verzögert und so ein verzögertes Schlingenausgleichssignal SA' ermittelt. Das verzögerte Schlingenausgleichssignal SA' entspricht einem zweiten Sollverstellgeschwindigkeitsanteil ω2* für den Schiingenheber 3. Auch der zweite Sollverstellge- schwindigkeitsanteil ω2* geht als Summand in die Ermittlung der resultierenden Sollverstellgeschwindigkeit ω* ein.
Gemäß FIG 4 wird weiterhin anhand des Schlingenausgleichssig- nals SA ein zweiter Geschwindigkeitszusatzsollwert δv2* für das vorgeordnete Walzgerüst 1' ermittelt. Der zweite Geschwindigkeitszusatzsollwert δv2* ist der zweite Summand, der in den resultierenden Geschwindigkeitszusatzsollwert δv* eingeht .
Gemäß FIG 3 ist ein Teilerglied 22 vorhanden. In dem Teilerglied 22 wird die Differenz von Zugausgangssignal ZA und ver- zögertem Integralanteil IA' durch einen Wert kL dividiert.
Der Wert kL entspricht vom Ansatz her der Ableitung der Länge des Bandes 2, das sich zwischen den beiden den Bandabschnitt begrenzenden Walzgerüsten 1', 1" befindet, nach der Stellung φ des Schiingenhebers 3.
In analoger Weise ist bei der Ermittlung des zweiten Ge- schwindigkeitszusatzsollwerts δv2* vorgesehen, mittels eines Multipliziergliedes 23 eine Multiplikation mit dem Wert kL vorzunehmen und zur Kompensation dieser Multiplikation im Rahmen des Ermitteins des zweiten Sollverstellgeschwindig- keitsanteils ω2* mittels eines Teilergliedes 24 eine Divisi- on durch den Wert kL vorzunehmen. Das mit dem Wert kL multiplizierte Schlingenausgleichssignal wird nachfolgend als modifiziertes Schlingenausgleichssignal SA" bezeichnet.
Durch das gegenüber dem Ausgeben des resultierenden Geschwin- digkeitszusatzsollwerts δv* verzögerte Ansteuern der Verstelleinheit 14 wird erreicht, dass die Iststellung φ des Schiingenhebers 3 erst dann nachgeführt wird, wenn durch den resultierenden Geschwindigkeitszusatzsollwert δv* eine entsprechende Anpassung der zwischen den Walzgerüsten 1', 1" eingespannten Bandlänge erfolgt. Durch das Subtrahieren des zeitlich verzögerten Integralanteils IA' vom Zugausgangssignal ZA wird erreicht, dass der Integralanteil IA nicht permanent an den Schiingenheber 3 ausgegeben wird, sondern - entsprechend der zeitlichen Verzögerung durch das Verzögerungs- glied 19 - vom Schiingenheber 3 auf das vorgeordnete Walzgerüst 1' (gegebenenfalls alternativ oder zusätzlich auf das nachgeordnete Walzgerüst 1") verlagert wird. Durch die zeitliche Verzögerung des Verzögerungsgliedes 19 wird die zeitliche Verzögerung kompensiert, welche die geregelte Strecke als solche aufweist. Dadurch werden die Wirkungen des resultierenden Geschwindigkeitszusatzsollwertes δv* und der resultierenden Sollverstellgeschwindigkeit ω* miteinander synchronisiert . FIG 5 zeigt die Gesamtverschaltung der Regeleinrichtung 8. Die Ausgestaltung gemäß FIG 5 ist funktional völlig gleichwertig zu den obenstehend in Verbindung mit den FIG 3 und 4 erläuterten Vorgehensweise. Lediglich die Reihenfolge der einzelnen Additions-, Subtraktions- und Verzögerungsmaßnahmen ist geringfügig modifiziert. Insbesondere wird im Rahmen von FIG 5 der unverzögerte Integralanteil IA vom modifizierten Schlingenausgleichssignal SA" subtrahiert, wird die so ermit- telte Differenz verzögert und die verzögerte Differenz zum
Zugausgangssignal ZA addiert. Diese Vorgehensweise ist insbesondere rechentechnisch einfacher, weil das Verzögerungsglied 21 eingespart werden kann. Funktional besteht jedoch kein Unterschied.
Prinzipiell ist es möglich, den für den Istzug Z charakteristischen Wert Z' zu messen. In vielen Fällen ist die Messung jedoch messtechnisch aufwändig oder gar nicht möglich. Aus diesem Grund ist gemäß den FIG 3 und 5 ein Bandzugbeobachter 25 vorhanden. Mittels des Bandzugbeobachters 25 wird der für den Istzug Z charakteristische Wert Z' indirekt anhand gemessener Größen ermittelt. Die gemessenen Größen können insbesondere ein vom Schiingenheber 3 aufgebrachtes Verstellmoment MV umfassen. Weiterhin können dem Bandzugbeobachter 25 Größen zugeführt werden, die für die Verstellgeschwindigkeit ω des Schiingenhebers 3 und ein durch den Schiingenheber 3 bewirktes Eigenmoment ME charakteristisch sind. Bei der Verstellgeschwindigkeit ω kann alternativ ein gemessener Istwert verwendet werden oder die resultierende Sollverstellgeschwindig- keit ω* herangezogen werden. Das Eigenmoment ME ist im Wesentlichen durch die Gewichtskraft der auf die Verstelleinheit 14 wirkenden Komponenten des Schiingenhebers 3 verursacht. Das Eigenmoment ME kann alternativ konstant sein oder eine Funktion der Iststellung φ des Schiingenhebers 3 sein.
Der Aufbau und die Wirkungsweise des Bandzugbeobachters 25 sind Fachleuten allgemein bekannt. Insbesondere kann der Bandzugbeobachter 25 so aufgebaut sein wie der Lastbeobachter, der in FIG 3 der Patentanmeldung „Lastkraftregelung ei- ner Hydraulikzylindereinheit mit Lastbeobachter" der Anmelderin, Zeichen der Anmelderin 200907995, eingereicht beim Europäischen Patentamt am 03. Juli 2009, amtliches Aktenzeichen 09 164 521, detailliert dargestellt und in Verbindung mit dieser Figur beschrieben ist. Von näheren Ausführungen kann daher abgesehen werden.
Das erfindungsgemäße Regelverfahren liefert sehr gute Ergeb- nisse. Durch die nachstehend in Verbindung mit den FIG 6 bis 8 beschriebenen Ausgestaltungen ist das Regelverfahren noch weiter verbesserbar. Die nachstehend in Verbindung mit den FIG 6 bis 8 beschriebenen Ausgestaltungen sind alternativ einzeln oder in Kombination miteinander realisierbar.
Gemäß FIG 6 ist zusätzlich zum Zugregler 15 und zum Schlin- genregler 16 ein Momentregler 26 vorhanden. Dem Momentregler 26 werden der für den Sollzug Z* charakteristische Wert Z'*, das Eigenmoment ME und das Verstellmoment MV zugeführt. Der Momentregler 26 ermittelt anhand der ihm zugeführten Größen Z'*, ME, MV einen Zusatzsollverstellgeschwindigkeitsanteil ω3*. Auch der Zusatzsollverstellgeschwindigkeitsanteil ω3* geht als Summand in die resultierende Sollverstellgeschwindigkeit ω* ein. Der Momentregler 26 kann insbesondere als P- Regler oder als PD-Regler ausgebildet sein. Er bewirkt eine Stabilisierung des Verhaltens der gesamten Regeleinrichtung
Zusätzlich kann gemäß FIG 6 ein Heranfahrregler 27 vorhanden sein. Der Heranfahrregler 27 ist, sofern er vorhanden ist, nur in einer Anfangsphase aktiv. Der Heranfahrregler 27 wird aktiviert, sobald erkannt wird, dass das Band 2 in das dem Schiingenheber 3 nachgeordnete Walzgerüst 1" eingefädelt ist. Der Heranfahrregler 27 wird abgeschaltet, wenn die Schlingen- heberrolle 4 das Band 2 kontaktiert. Das Abschalten kann gleitend in Abhängigkeit von der Differenz des Istzuges Z vom Sollzug Z* (bzw. der entsprechenden charakteristischen Werte Z'*, Z') erfolgen. Der Heranfahrregler 27 sorgt dafür, dass der Schiingenheber 3 aus der abgesenkten Position (unterhalb der Walzlinie 5) schnell an das Band 2 angestellt wird.
Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung 8 kann gemäß FIG 7 weiterhin einen Positionsregler 28 aufweisen. Der Positionsreg- ler 28 wird insbesondere verwendet, wenn der Schiingenheber 3 beim Ein- oder Ausfädeln des Bandes 2 unterhalb der Walzlinie 5 in einer festen Position gehalten werden soll. Er ist alternativ zu dem Zugregler 15 und dem Schiingenregler 16 (und gegebenenfalls auch dem Momentregler 26 und/oder dem Heranfahrregler 27) aktiv. Die Umschaltung erfolgt - vorzugsweise gleitend - in Abhängigkeit von einer Ein- und Ausfädelungser- kennung. Der Positionsregler 28 ist vorzugsweise so aufgebaut, wie es in der Patentanmeldung „Steuereinrichtung für eine Hydraulikzylindereinheit" der Anmelderin, Zeichen der
Anmelderin 200910164, eingereicht beim Europäischen Patentamt am 03. Juli 2009, amtliches Aktenzeichen 09 164 543, detailliert beschrieben ist. In Einzelfällen kann weiterhin der resultierende Geschwindigkeitszusatzsollwert δv* gemäß den FIG 6 und 7 durch ein PTl-Verzögerungsglied 31 verzögert werden.
FIG 7 zeigt weiterhin, dass die Regeleinrichtung 8 eine Adaptionseinrichtung 29 aufweisen kann. Der Adaptionseinrichtung 29 werden Größen zugeführt, die für die Stabilität des Zug- reglers 15 charakteristisch sind. Die Adaptionseinrichtung 29 ermittelt beispielsweise eine Ersatzzeitkonstante T für den Bandzugbeobachter 25. Wenn dies der Fall ist, gibt die Adaptionseinrichtung 29 die Ersatzzeitkonstante T an den Bandzugbeobachter 25 aus. Der Bandzugbeobachter 25 ermittelt in die- sem Fall den für den Istzug Z charakteristischen Wert Z' unter Berücksichtigung der Ersatzzeitkonstante T.
Alternativ oder zusätzlich kann die Adaptionseinrichtung 29 anhand der ihr zugeführten Größen eine Regelverstärkung k für den Zugregler 15 ermitteln und an den Zugregler 15 ausgeben. Der Zugregler 15 ermittelt in diesem Fall das Zugausgleichssignal ZA unter Berücksichtigung der an ihn übermittelten Regelverstärkung k. Die für die Stabilität des Zugreglers 15 charakteristischen Größen können nach Bedarf bestimmt sein. Beispielsweise kann die Iststellung φ des Schiingenhebers 3 herangezogen werden. Unabhängig davon, anhand welcher Größen die Adaptionseinrich- tung 29 die Ersatzzeitkonstante T und/oder die Regelverstärkung k ermittelt, erfolgt die Ermittlung jedoch dynamisch, also im laufenden Betrieb der Regeleinrichtung 8. Die Ersatzzeitkonstante T und die Regelverstärkung k sind also Variab- Ie, nicht Parameter.
Gemäß FIG 8 kann weiterhin dem Bandzugbeobachter 25 eine Vorsteuerung 30 parallel geschaltet sein. Durch diese Ausgestaltung kann der für den Istzug Z charakteristische Wert Z' mit höherer Dynamik ermittelt werden. Insbesondere erscheinen Änderungen des für den Istzug Z charakteristischen Wertes Z' , die durch Änderungen der Iststellung φ des Schiingenhebers 3 entstehen, sofort im charakteristischen Wert Z' , ohne dass der Bandzugbeobachter 25 erst einschwingen muss. Der Vorsteu- erung 30 wird zumindest die Iststellung φ des Schiingenhebers 3 als Variable zugeführt.
Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Regelverfahren schnell und sta- bil. Weiterhin ist eine einfache Nachrüstbarkeit bei existierenden Regeleinrichtungen gegeben. Weiterhin weist das erfindungsgemäße Regelverfahren überlegene Regelergebnisse auf. Insbesondere hat eine Änderung der Iststellung φ des Schlin- genhebers 3 nahezu keine Auswirkungen auf den Istzug Z. Dies ist insbesondere wichtig beim Absenken des Schiingenhebers 3 vor dem Ausfädeln des Bandes 2. Weiterhin werden Abweichungen des Istzuges Z vom Sollzug Z* sehr schnell ausgeregelt. Dennoch erfolgt nur eine sehr geringe Anregung von Eigenschwingungen. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Regelver- fahrens besteht darin, dass kein Messwert für die Verstellgeschwindigkeit ω des Schiingenhebers 3 benötigt wird. Auch treten keine langsamen, kriechenden Einschwingvorgänge auf, sondern es erfolgt ein schnelles Einschwingen. Die obige Beschreibung dient ausschließlich der Erläuterung der vorliegenden Erfindung. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung soll hingegen ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche bestimmt sein.

Claims

Patentansprüche
1. Regelverfahren zum Regeln eines Istzuges (Z), der in einem zwischen zwei Walzgerüsten (1', 1") eingespannten Band (2) herrscht, auf einen Sollzug (Z*) und einer Iststellung (φ) eines zwischen den zwei Walzgerüsten (1', 1") angeordneten, an das Band (2) angestellten Schiingenhebers (3) auf eine Sollstellung (φ*),
- wobei einem Zugregler (15) für den Sollzug (Z*) und für den Istzug (Z) charakteristische Werte (Z'*, Z') zugeführt werden,
- wobei der Zugregler (15) anhand der ihm zugeführten charakteristischen Werte (Z'*, Z') ein Zugausgleichssignal (ZA) ermittelt, das einen Integralanteil (IA) umfasst,
- wobei anhand des Integralanteils (IA) ein erster Geschwindigkeitszusatzsollwert (δvl*) für mindestens eines der zwei Walzgerüste (1', 1") ermittelt wird,
- wobei der Integralanteil (IA) zeitlich verzögert wird,
- wobei anhand der Differenz von Zugausgangssignal (ZA) und verzögertem Integralanteil (IA') ein erster Sollverstellge- schwindigkeitsanteil (ωl*) für den Schiingenheber (3) ermittelt wird,
- wobei die Sollstellung (φ*) und die Iststellung (φ) einem Schlingenregler (16) zugeführt werden, der anhand der SoIl- Stellung (φ*) und der Iststellung (φ) ein Schlingenaus- gleichssignal (SA) ermittelt,
- wobei durch Verzögern des Schlingenausgleichssignals (SA) ein zweiter Sollverstellgeschwindigkeitsanteil (ω2*) für den Schiingenheber (3) ermittelt wird,
- wobei anhand des Schlingenausgleichssignals (SA) ein zweiter Geschwindigkeitszusatzsollwert (δv2*) für das mindestens eine der zwei Walzgerüste (1', 1") ermittelt wird,
- wobei die Summe (δv*) von erstem und zweitem Geschwindigkeitszusatzsollwert (δvl*, δ2v*) an eine Drehzahlregelung (12) für das mindestens eine der zwei Walzgerüste (1', 1") ausgegeben wird,
- wobei an eine Verstelleinheit (14), mittels derer die Stellung des Schiingenhebers (3) eingestellt wird, eine resul- tierende Sollverstellgeschwindigkeit (ω*) ausgegeben wird, in die als Summanden der erste und der zweite Sollverstell- geschwindigkeitsanteil (ωl*, ω2*) eingehen.
2. Regelverfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass bei der Ermittlung der Geschwindigkeitszusatzsollwerte (δvl*, δv2*) relativ zu den Sollverstellgeschwindigkeitsan- teilen (ωl*, ω2*) die Ableitung der Länge des zwischen den zwei Walzgerüsten (1', 1") eingespannten Bandes (2) nach der Stellung (φ) des Schiingenhebers (3) berücksichtigt wird.
3. Regelverfahren nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass im Rahmen des Ermitteins der resultierenden Sollverstellgeschwindigkeit (ω*) der unverzögerte Integralanteil (IA) von einem modifizierten Schlingenausgleichssignal (SA") subtrahiert wird, die sich ergebende Differenz verzögert wird und die verzögerte Differenz zum Zugausgangssignal (ZA) ad- diert wird, wobei das modifizierte Schlingenausgleichssignal (SA") durch Skalieren des Schlingenausgleichssignals (SA) mit einem die Ableitung berücksichtigenden Wert (kL) ermittelt wird.
4. Regelverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der für den Istzug (Z) charakteristische Wert (Z' ) indirekt anhand gemessener Größen (MV) mittels eines Bandzugbeobachters (25) ermittelt wird.
5. Regelverfahren nach Anspruch 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
- dass anhand von für die Stabilität des Zugreglers (15) charakteristischen Größen dynamisch eine Ersatzzeitkonstante (T) für den Bandzugbeobachter (25) ermittelt wird und der Bandzugbeobachter (25) den für den Istzug (Z) charakteristischen Wert (Z' ) unter Berücksichtigung der Ersatzzeitkonstante (T) ermittelt und/oder - dass anhand der für die Stabilität des Zugreglers (15) charakteristischen Größen dynamisch eine Regelverstärkung (k) für den Zugregler (15) ermittelt wird und der Zugregler (15) das Zugausgleichssignal (ZA) unter Berücksichtigung der Regelverstärkung (k) ermittelt.
6. Regelverfahren nach Anspruch 4 oder 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass dem Bandzugbeobachter (25) eine Vorsteuerung (30) paral- IeI geschaltet ist.
7. Regelverfahren nach einem der obigen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
- dass einem Momentregler (26) der für den Sollzug (Z*) cha- rakteristische Wert (Z'*), ein durch den Schiingenheber (3) bewirktes Eigenmoment (ME) und ein von einer Verstelleinrichtung (14) für den Schiingenheber (3) bewirktes Verstellmoment (MV) zugeführt werden und
- dass der Momentregler (26) einen Zusatzsollverstellge- schwindigkeitsanteil (ω3*) ermittelt, der ebenfalls als
Summand in die resultierende Sollverstellgeschwindigkeit (ω*) eingeht.
8. Regelverfahren nach Anspruch 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der Momentregler (26) als P-Regler oder als PD-Regler ausgebildet ist.
9. Computerprogramm, das Maschinencode (10) aufweist, der von einer Regeleinrichtung (8) unmittelbar abarbeitbar ist und dessen Abarbeitung durch die Regeleinrichtung (8) bewirkt, dass die Regeleinrichtung (8) ein Regelverfahren mit allen Schritten eines Regelverfahrens nach einem der obigen Ansprüche ausführt.
10. Computerprogramm nach Anspruch 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass es auf einem Datenträger (11) in maschinenlesbarer Form gespeichert ist.
11. Regeleinrichtung,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass sie derart ausgebildet ist, dass sie im Betrieb ein Regelverfahren mit allen Schritten eines Regelverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausführt.
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