EP2454033B1 - Bandzug- und Schlingenregelung - Google Patents

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EP2454033B1
EP2454033B1 EP10732933.6A EP10732933A EP2454033B1 EP 2454033 B1 EP2454033 B1 EP 2454033B1 EP 10732933 A EP10732933 A EP 10732933A EP 2454033 B1 EP2454033 B1 EP 2454033B1
Authority
EP
European Patent Office
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tension
setpoint
controller
control method
compensation signal
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP10732933.6A
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English (en)
French (fr)
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EP2454033A1 (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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    • 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
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2275/00—Mill drive parameters
    • B21B2275/02—Speed
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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
    • B21B37/52—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 loop lifter to a desired 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 limiting the band section rolling stands.
  • a loop lifter is set, which is arranged between the two successive rolling stands and is employed on the belt.
  • the looper are often used in the prior art. Hiring the Loop lifter in the prior art by means of an electric drive (less common) or a hydraulic cylinder unit (more often).
  • the loop lifter not only measures the tension in the belt. Furthermore, an amount of band is set on the deflection of the loop lifter, which is buffered in the respective band section (noose).
  • the loop lifter can be brought into its raised position only after the threading of the tape, in which he deflects the tape. Also, the loop lifter must be lowered again before unthreading the tape.
  • 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 with the tension control.
  • control methods known from the technical articles represent an advance over the conventional control methods. They work with a decoupling of the control interventions from one another.
  • a control method is known, by means of which a ruling in a clamped between two stands rolling band Istzug be regulated to a desired train and an actual position of an arranged between the two rolling stands, employed on the belt loop lifter to a desired position.
  • characteristic values are supplied to a tension controller for the desired tension and the actual tension.
  • the desired position and the actual position are fed to a loop controller.
  • the tension controller determines a train compensation signal on the basis of the characteristic values supplied to it.
  • the loop controller determines a loop compensation signal based on the nominal position and the actual position.
  • an adjustment speed for the loop lifter and an additional speed setpoint for the upstream or downstream rolling stand are determined. From the EP 0 710 513 A1 is also known that the control of the corresponding rolling stand and the loop lifter influence each other.
  • the object of the present invention is to provide ways in which it is ensured that interventions of the loop controller no or only a very small Have an effect on the actual train and that the train controller intervenes with high dynamics.
  • 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.
  • train compensation signal and "loop compensation signal” have been chosen because they express from which controller they originate, which deviation they are to counteract and to distinguish them linguistically from each other. A more important meaning is not the word choice.
  • the two signals could also have been referred to as “output signal of the tension controller” and “output signal of the loop controller”.
  • 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 train compensation signal and the loop output signal are delayed in time.
  • the control method may 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 compensation signal, wherein the modified loop compensation signal is obtained by scaling the loop compensation signal a value taking into account the derivation is determined.
  • 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 continues to be supplied with the resulting desired adjustment speed, that is, the sum of the desired adjustment speed portions. 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 replacement 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 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 which are characteristic of the stability of the tension controller, and the tension controller determines the train compensation signal taking into account the control gain.
  • a feedforward control is connected in parallel with the tape tension observer.
  • 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.
  • a rolling mill has a plurality of rolling stands 1.
  • the rolling mill may in particular be a hot rolling mill. Shown in FIG. 1 a total of three rolling mills 1. In general, however, the rolling mill has more than three rolling mills 1, for example, five to eight mills.
  • 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 looper 3 has a looper roll 4, which is employed on the band 2.
  • the belt 2 between the rolling stands 1 from a rolling line 5 (that is, the direct line connecting the roll nips of the rolling stands 1 with each other) deflected, 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 sections the trains Z may be the same or different from each other.
  • FIG. 2 shows a single band section including the two the band section limiting rolling stands 1.
  • the two rolling stands 1 are in FIG. 2
  • control device 8 available.
  • 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. In general, the control device 8, however, according to the representation of FIG. 2 designed as a software programmable control device 8. 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.
  • the data carrier 11 can be designed for this purpose as needed. Purely by way of example is in FIG. 2 the disk 11 shown as a USB stick. However, the data carrier 11 could be designed differently, for example as an SD memory card or as a CD-ROM.
  • control device 8 is supplied with a desired train Z *. Furthermore, the control device 8 is supplied with a characteristic Z 'characteristic of the actual Z train. Finally, the control device 8 an actual position ⁇ of the loop lifter 3 and a desired position ⁇ * of the loop lifter 3 are supplied. By means of 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 roll stand 1 upstream of the loop 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 value ⁇ v * for the roll stand 1 "downstream of the loop lifter 3 could be determined and output to a speed control 13 of this rolling stand 1". This is in FIG. 2 indicated by dashed lines. A division into both rolling stands 1 ', 1 "can be made.
  • control device 8 uses the variables 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 will be described below in connection with FIG. 3 explained in more detail.
  • the control device 8 further comprises a loop regulator 16.
  • the loop regulator 16 and its operation will be described below in connection with FIG. 4 explained in more detail.
  • the entire control device 8 will be described below in connection with FIG. 5 explained again.
  • the tension controller 15 are according to FIG. 3 a value Z '* characteristic of the reference train Z * and the value Z' characteristic of the actual train Z are supplied.
  • a setpoint determination device 8 ' may be present, to which the desired train Z * and further variables are supplied.
  • the further variables may 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, based on the sizes supplied to it Distances of the looper roll 4 of the rolling stands 1 ', 1 "and the height of the looper roll 4 relative to the rolling line 5 to determine.
  • the setpoint determination device 8 ' is supplied with quantities which describe the strip 2, for example its thickness, its width and its elasticity mode.
  • 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 to a desired force which the belt 2 should exert on the loop lifter 3, or a setpoint torque which the belt 2 should exert on the loop lifter 3.
  • 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 in the operation of the control device 8 can vary dynamically, while parameters are set once during the commissioning of the control device 8 and 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 alternatively be measured or otherwise determined. This will be discussed later.
  • the tension regulator 15 comprises according to FIG. 3 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 kI of the integrator 17 may be a constant. However, it is preferably a variable which increases, inter alia, with increasing control deviation (
  • FIG. 3 is determined on the basis of the integral component IA, a first speed additional setpoint ⁇ v1 * for the upstream rolling stand 1 '.
  • the first additional speed setpoint ⁇ v1 * enters the resulting speed setpoint ⁇ v * as one of two summands.
  • the integral component IA is supplied 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 20 from the train compensation signal ZA. Based on the resulting difference, a first Sollverstell effetiveil ⁇ 1 * for the loop lifter 3 is determined.
  • the first Sollverstell effetanteil ⁇ 1 * enters as one of several summands in the resulting Sollverstell Anlagen ⁇ *.
  • the desired position ⁇ * and the actual position ⁇ are according to FIG. 4 fed to the loop controller 16.
  • the loop controller 16 may be formed as a P-controller. He determined based on the desired position ⁇ * and the actual position ⁇ a loop compensation signal SA.
  • 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 Sollverstell Norwaysanteil ⁇ 2 * for the loop lifter 3. Also, the second Sollverstell Norwaysanteil ⁇ 2 * as summand in the determination of the resulting Sollverstell Anlagen ⁇ * a.
  • a second additional speed setpoint value ⁇ v2 * for the upstream roll stand 1 ' is determined.
  • the second additional speed setpoint ⁇ v2 * is the second summand, which enters the resulting speed setpoint ⁇ v *.
  • a divider link 22 is present.
  • the difference between the train compensation 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 ", after the position ⁇ of the loop lifter.
  • modified loop compensation signal SA In an analogous manner, in determining the second additional speed setpoint value ⁇ v2 *, a multiplication with the value kL is undertaken by means of a multiplier element 23 and a division by the value kL is carried out by means of a divider element 24 to compensate for this multiplication during the determination of the second setpoint speed proportion ⁇ 2 * ,
  • the loop compensation signal multiplied by the value kL is hereinafter referred to as modified loop compensation signal SA ".
  • FIG. 5 shows the total interconnection of the control device 8.
  • the embodiment according to FIG. 5 is functionally completely equivalent to those above in connection with the 3 and 4 explained procedure. 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 is added to the train compensation signal Z. This procedure is especially computationally simpler because the delay element 21 can be saved.
  • the value Z 'characteristic of the actual Z train 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 the FIG. 3 and 5 a tape tension observer 25 available.
  • the measured variables may in particular comprise an adjusting moment MV applied by the loop lifter 3.
  • the tape tension observer 25 can be supplied with quantities that are characteristic of the adjustment speed ⁇ of the loop lifter 3 and a self-moment ME caused by the loop 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 may 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 who in FIG. 3 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, detailed 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. Through the following in conjunction with the FIGS. 6 to 8 described embodiments, the control method is still further improved. The following in conjunction with the FIGS. 6 to 8 Embodiments described are alternatively realized individually or in combination with each other.
  • a torque controller 26 is present.
  • 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 8.
  • a start-up controller 27 may 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 of the actual tension Z from the desired tension Z * (or the corresponding characteristic values Z '*, Z') .
  • the approach control 27 ensures that the loop lifter 3 is quickly set against the belt 2 from the lowered position (below the rolling line 5) ,
  • the control device 8 can according to FIG. 7 continue to have a position controller 28.
  • the position controller 28 is used in particular when the loop lifter 3 is to be held in a fixed position when threading or unthreading the strip 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 a threading and untangling detection.
  • the position controller 28 is preferably constructed as described in detail in Applicant's patent application "Control Device for a Hydraulic Cylinder Unit", Applicant's Mark 200910164 filed with the European Patent Office on Jul. 03, 2009, Official Gazette No. 09 164 543. In individual cases, the resulting additional speed setpoint ⁇ v * can continue to be calculated according to FIG. 6 and 7 delayed by a PT1 delay 31.
  • FIG. 7 further shows that the control device 8 may 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.
  • the tape tension observer 25 determines in this case the value Z 'characteristic of the actual pull 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 29 determines the equivalent time constant T and / or the control gain k, however, the determination is carried out dynamically, ie during operation of the control device 8.
  • the substitute time constant T and the control gain k are thus variables, not parameters.
  • a feedforward control 30 can be connected in parallel to 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 feedforward control 30 is supplied 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 the tape 2 is being unthreaded.
  • 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.

Landscapes

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

Description

  • 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 Schlingenhebers auf eine Sollstellung.
  • 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 Einstellen des Bandzuges wird in der Regel ein Geschwindigkeitszusatzsollwert ermittelt, der auf eines der beiden den Bandabschnitt begrenzenden Walzgerüste wirkt. Weiterhin wird eine Anstellung eines Schlingenhebers 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 Schlingenheber verwendet. Das Anstellen der Schlingenheber erfolgt im Stand der Technik mittels eines elektrischen Antriebs (seltener) oder einer Hydraulikzylindereinheit (häufiger).
  • Mittels des Schlingenhebers wird nicht nur der Zug im Band gemessen. Weiterhin wird über die Auslenkung des Schlingenhebers 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 Schlingenhebers müssen geregelt werden. So kann insbesondere der Schlingenheber erst nach dem Einfädeln des Bandes in seine angehobene Stellung gebracht werden, in welcher er das Band auslenkt. Auch muss der Schlingenheber vor dem Ausfädeln des Bandes wieder abgesenkt werden. Wie sich aus einfachen geometrischen Überlegungen ergibt, beeinflusst ein Verstellen des Schlingenhebers direkt die im Bandabschnitt befindliche Länge des Bandes und damit indirekt den Bandzug. Die Schlingenregelung ist daher mit der Zugregelung verkoppelt.
  • Aus dem Fachaufsatz "Development of Looper Tension Control System for Hot Strip Mill" 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 Schlingenhebers 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 ausgebildet. Beide Regler ermitteln jeweils ein Ausgangssignal. Beide Ausgangssignale wirken sowohl auf die Walzgeschwindigkeit des vor- bzw. nachgeordneten Walzgerüsts und auf die Stellung des Schlingenhebers. Jede der insgesamt vier Wirkungen 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.
  • Aus der EP 0 710 513 A1 ist ein Regelverfahren bekannt, mittels dessen ein in einem zwischen zwei Walzgerüsten eingespannten Band herrschender Istzug auf einen Sollzug und eine Iststellung eines zwischen den zwei Walzgerüsten angeordneten, an das Band angestellten Schlingenhebers auf eine Sollstellung geregelt werden. Zu diesem Zweck werden einem Zugregler für den Sollzug und den Istzug charakteristische Werte zugeführt. Weiterhin werden die Sollstellung und die Iststellung einem Schlingenregler zugeführt. Der Zugregler ermittelt anhand der ihm zugeführten charakteristischen Werte ein Zugausgleichssignal. Der Schlingenregler ermittelt anhand der Sollstellung und der Iststellung ein Schlingenausgleichssignal. In Abhängigkeit von dem Zugausgleichssignal und dem Schlingenausgleichssignal werden eine Verstellgeschwindigkeit für den Schlingenheber und ein Geschwindigkeitszusatzsollwert für das vorgeordnete oder das nachgeordnete Walzgerüst ermittelt. Aus der EP 0 710 513 A1 ist weiterhin bekannt, dass die Ansteuerung des entsprechenden Walzgerüsts und des Schlingenhebers sich gegenseitig beeinflussen.
  • 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 charakteristischen 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 Sollverstellgeschwindigkeitsanteil für den Schlingenheber ermittelt wird,
    • dass die Sollstellung und die Iststellung einem Schlingenregler zugeführt werden, der anhand der Sollstellung und der Iststellung ein Schlingenausgleichssignal ermittelt,
    • dass durch Verzögern des Schlingenausgleichssignals ein zweiter Sollverstellgeschwindigkeitsanteil für den Schlingenheber ermittelt wird,
    • dass anhand des Schlingenausgleichssignals ein zweiter Geschwindigkeitszusatzsollwert 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 Schlingenhebers 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 unterscheiden 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 Schlingenhebers berücksichtigt wird.
  • Im Rahmen des Ermittelns der resultierenden Sollverstellgeschwindigkeit werden sowohl der Integralanteil des Zugausgleichssignals als auch das Schlingenausgangssignal zeitlich verzögert. Das Regelverfahren kann daher dadurch vereinfacht werden, dass im Rahmen des Ermittelns der resultierenden Sollverstellgeschwindigkeit der unverzögerte Integralanteil von einem modifizierten Schlingenausgleichssignal subtrahiert wird, die sich ergebende Differenz verzögert wird und die verzögerte Differenz zum Zugausgleichssignal addiert wird, wobei das modifizierte Schlingenausgleichssignal durch Skalieren 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 Sollverstellgeschwindigkeit zugeführt, also die Summe der Sollverstellgeschwindigkeitsanteile. 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 Stabilität des Zugreglers charakteristischen Größen dynamisch eine Ersatzzeitkonstante für den Bandzugbeobachter ermittelt wird und der Bandzugbeobachter den für den Istzug charakteristischen Wert unter Berücksichtigung der Ersatzzeitkonstante 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 Zugausgleichssignal unter Berücksichtigung der Regelverstärkung ermittelt.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Regelverfahrens ist weiterhin vorgesehen, dass dem Bandzugbeobachter 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 Schlingenheber bewirktes Eigenmoment und ein von einer Verstelleinrichtung für den Schlingenheber bewirktes Verstellmoment zugeführt werden und
    • dass der Momentregler einen Zusatzsollverstellgeschwindigkeitsanteil 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 Walzgerüsten 1 ist jeweils ein Schlingenheber 3 angeordnet. Jeder Schlingenheber 3 weist eine Schlingenheberrolle 4 auf, die an das Band 2 angestellt ist. Mittels der Schlingenheber 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 Abhaspel 6 und dem ersten der Walzgerüste 1 sowie zwischen 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 Bandabschnitten 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 entsprechend 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 Computerprogramm 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 Schlingenhebers 3 und eine Sollstellung ϕ* des Schlingenhebers 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 Regeleinrichtung 8 einen resultierenden Geschwindigkeitszusatzsollwert δv* für das dem Schlingenheber 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 Schlingenheber 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 Schlingenheber 3. Die resultierende Sollverstellgeschwindigkeit ω* wird an eine Verstelleinheit 14 ausgegeben, mittels derer die Stellung des Schlingenhebers 3 eingestellt wird. Die Verstelleinheit 14 kann elektrisch oder - bevorzugt - hydraulisch arbeiten.
  • Die Art und Weise der Ermittlung des resultierenden Geschwindigkeitszusatzsollwerts δv* und der resultierenden Sollverstellgeschwindigkeit ω* 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 Schlingenhebers 3, die Abstände des Schlingenhebers 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 Schlingenheberrolle 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* charakteristische Wert Z'* anhand einfacher geometrischer Berechnungen ermittelt werden. Der charakteristische Wert Z'* entspricht in diesem Falle einer Sollkraft, die das Band 2 auf den Schlingenheber 3 ausüben sollte, bzw. einem Sollmoment, welches das Band 2 auf den Schlingenheber 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 Parameter 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 alternativ 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 kI 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 Geschwindigkeitszusatzsollwert δv1* für das vorgeordnete Walzgerüst 1' ermittelt. Der erste Geschwindigkeitszusatzsollwert δv1* 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 Knotenpunkt 20 vom Zugausgleichssignal ZA subtrahiert. Anhand der sich ergebenden Differenz wird ein erster Sollverstellgeschwindigkeitsanteil ω1* für den Schlingenheber 3 ermittelt. Der erste Sollverstellgeschwindigkeitsanteil ω1* geht als einer von mehreren Summanden in die resultierende Sollverstellgeschwindigkeit 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 Sollstellung ϕ* und der Iststellung ϕ ein Schlingenausgleichssignal 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 Schlingenheber 3. Auch der zweite Sollverstellgeschwindigkeitsanteil ω2* geht als Summand in die Ermittlung der resultierenden Sollverstellgeschwindigkeit ω* ein.
  • Gemäß FIG 4 wird weiterhin anhand des Schlingenausgleichssignals 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 Zugausgleichssignal ZA und verzögertem 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 Schlingenhebers 3.
  • In analoger Weise ist bei der Ermittlung des zweiten Geschwindigkeitszusatzsollwerts δv2* vorgesehen, mittels eines Multipliziergliedes 23 eine Multiplikation mit dem Wert kL vorzunehmen und zur Kompensation dieser Multiplikation im Rahmen des Ermittelns des zweiten Sollverstellgeschwindigkeitsanteils ω2* mittels eines Teilergliedes 24 eine Division 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 Geschwindigkeitszusatzsollwerts δv* verzögerte Ansteuern der Verstelleinheit 14 wird erreicht, dass die Iststellung ϕ des Schlingenhebers 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 Zugausgleichssignal ZA wird erreicht, dass der Integralanteil IA nicht permanent an den Schlingenheber 3 ausgegeben wird, sondern - entsprechend der zeitlichen Verzögerung durch das Verzögerungsglied 19 - vom Schlingenheber 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 ermittelte Differenz verzögert und die verzögerte Differenz zum Zugausgleichssignal 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 Schlingenheber 3 aufgebrachtes Verstellmoment MV umfassen. Weiterhin können dem Bandzugbeobachter 25 Größen zugeführt werden, die für die Verstellgeschwindigkeit ω des Schlingenhebers 3 und ein durch den Schlingenheber 3 bewirktes Eigenmoment ME charakteristisch sind. Bei der Verstellgeschwindigkeit ω kann alternativ ein gemessener Istwert verwendet werden oder die resultierende Sollverstellgeschwindigkeit ω* herangezogen werden. Das Eigenmoment ME ist im Wesentlichen durch die Gewichtskraft der auf die Verstelleinheit 14 wirkenden Komponenten des Schlingenhebers 3 verursacht. Das Eigenmoment ME kann alternativ konstant sein oder eine Funktion der Iststellung ϕ des Schlingenhebers 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 einer 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 Ergebnisse. 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 Schlingenregler 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 8.
  • 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 Schlingenheber 3 nachgeordnete Walzgerüst 1" eingefädelt ist. Der Heranfahrregler 27 wird abgeschaltet, wenn die Schlingenheberrolle 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 Schlingenheber 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 Positionsregler 28 wird insbesondere verwendet, wenn der Schlingenheber 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 Schlingenregler 16 (und gegebenenfalls auch dem Momentregler 26 und/oder dem Heranfahrregler 27) aktiv. Die Umschaltung erfolgt - vorzugsweise gleitend - in Abhängigkeit von einer Ein- und Ausfädelungserkennung. 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 PT1-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 Zugreglers 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 diesem 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 Schlingenhebers 3 herangezogen werden. Unabhängig davon, anhand welcher Größen die Adaptionseinrichtung 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 Variable, 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 Schlingenhebers 3 entstehen, sofort im charakteristischen Wert Z', ohne dass der Bandzugbeobachter 25 erst einschwingen muss. Der Vorsteuerung 30 wird zumindest die Iststellung ϕ des Schlingenhebers 3 als Variable zugeführt.
  • Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Regelverfahren schnell und stabil. 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 Schlingenhebers 3 nahezu keine Auswirkungen auf den Istzug Z. Dies ist insbesondere wichtig beim Absenken des Schlingenhebers 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 Regelverfahrens besteht darin, dass kein Messwert für die Verstellgeschwindigkeit ω des Schlingenhebers 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 (11)

  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 Schlingenhebers (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 (δv1*) für mindestens eines der zwei Walzgerüste (1', 1") ermittelt wird,
    - wobei der Integralanteil (IA) zeitlich verzögert wird,
    - wobei anhand der Differenz von Zugausgleichssignal (ZA) und verzögertem Integralanteil (IA') ein erster Sollverstellgeschwindigkeitsanteil (ω1*) für den Schlingenheber (3) ermittelt wird,
    - wobei die Sollstellung (ϕ*) und die Iststellung (ϕ) einem Schlingenregler (16) zugeführt werden, der anhand der Sollstellung (ϕ*) und der Iststellung (ϕ) ein Schlingenausgleichssignal (SA) ermittelt,
    - wobei durch Verzögern des Schlingenausgleichssignals (SA) ein zweiter Sollverstellgeschwindigkeitsanteil (ω2*) für den Schlingenheber (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 (δv1*, 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 Schlingenhebers (3) eingestellt wird, eine resultierende Sollverstellgeschwindigkeit (ω*) ausgegeben wird, in die als Summanden der erste und der zweite Sollverstellgeschwindigkeitsanteil (ω1*, ω2*) eingehen.
  2. Regelverfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass bei der Ermittlung der Geschwindigkeitszusatzsollwerte (δv1*, δv2*) relativ zu den Sollverstellgeschwindigkeitsanteilen (ω1*, ω2*) die Ableitung der Länge des zwischen den zwei Walzgerüsten (1', 1") eingespannten Bandes (2) nach der Stellung (ϕ) des Schlingenhebers (3) berücksichtigt wird.
  3. Regelverfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass im Rahmen des Ermittelns 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 Zugausgleichssignal (ZA) addiert 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,
    dadurch gekennzeichnet,
    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,
    dadurch gekennzeichnet,
    - 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,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass dem Bandzugbeobachter (25) eine Vorsteuerung (30) parallel geschaltet ist.
  7. Regelverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    - dass einem Momentregler (26) der für den Sollzug (Z*) charakteristische Wert (Z'*), ein durch den Schlingenheber (3) bewirktes Eigenmoment (ME) und ein von einer Verstelleinrichtung (14) für den Schlingenheber (3) bewirktes Verstellmoment (MV) zugeführt werden und
    - dass der Momentregler (26) einen Zusatzsollverstellgeschwindigkeitsanteil (ω3*) ermittelt, der ebenfalls als Summand in die resultierende Sollverstellgeschwindigkeit (ω*) eingeht.
  8. Regelverfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    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,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass es auf einem Datenträger (11) in maschinenlesbarer Form gespeichert ist.
  11. Regeleinrichtung,
    dadurch gekennzeichnet,
    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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