EP2480351A2 - Steuerverfahren für eine behandlungsanlage für ein langgestrecktes walzgut - Google Patents

Steuerverfahren für eine behandlungsanlage für ein langgestrecktes walzgut

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EP2480351A2
EP2480351A2 EP10754744A EP10754744A EP2480351A2 EP 2480351 A2 EP2480351 A2 EP 2480351A2 EP 10754744 A EP10754744 A EP 10754744A EP 10754744 A EP10754744 A EP 10754744A EP 2480351 A2 EP2480351 A2 EP 2480351A2
Authority
EP
European Patent Office
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manipulated variable
rolling stock
plant
manipulated
control method
Prior art date
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EP10754744A
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English (en)
French (fr)
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EP2480351B1 (de
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Matthias Kurz
Klaus Weinzierl
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Priority to EP10754744.0A priority patent/EP2480351B1/de
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Publication of EP2480351B1 publication Critical patent/EP2480351B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • 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
    • B21B37/74—Temperature control, e.g. by cooling or heating the rolls or the product
    • 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
    • B21B37/74—Temperature control, e.g. by cooling or heating the rolls or the product
    • B21B37/76—Cooling control on the run-out table

Definitions

  • the present invention relates to a control method for a treatment plant for an elongate rolling stock, in particular ⁇ a strip-shaped rolling stock,
  • the treatment plant has at least one upstream part of the plant and a downstream part of the plant, which are passed through by the rolling stock immediately after each other,
  • the upstream or downstream plant part is designed as a finishing train, in which the rolling stock is cut cross-cutting reduction, and the other part of the plant as ⁇ from the finishing train different plant part is ⁇ forms,
  • control device for the treatment plant is predetermined in each case at least one final variable for sections of the rolling stock passing through the treatment plant
  • the respective final size is derived from a respective desired ⁇ th final state, which should have the respective portion of the rolling stock after passing through the downstream part of the plant.
  • the present invention further relates to a Computerpro ⁇ program, comprising machine code, can be executed directly by a control device for a treatment system for a rolling stock, in particular ⁇ sondere a strip-shaped rolling stock and its processing effected by the control device, that the control device performs such a control method ,
  • the present invention further relates to a control device for a treatment plant for a rolling stock, in particular ⁇ special a strip-shaped rolling stock, which is designed such that it performs such a control method during operation.
  • a control device for a treatment plant for a rolling stock in particular ⁇ special a strip-shaped rolling stock, which is designed such that it performs such a control method during operation.
  • the aforementioned objects are well known. Purely by way of example to DE 101 56 008 AI or kor ⁇ respondierende US 7,197,802 B2 reference. The EP 1 596 999 B1 or the corresponding US Pat. No. 7,251,971 B2 and US Pat. No. 7,310,981 B2 can also be mentioned in this connection.
  • each piece of equipment is controlled separately by itself.
  • the upstream part of the plant is designed as a finishing mill and the downstream part of the plant is designed as a cooling section
  • cooling of the sections of the rolling stock takes place in the cooling section, so that the sections of the rolling stock leave the cooling section at a predetermined reel temperature.
  • a tuning of the operation of the two system parts takes place in the prior art only in that the final rolling temperature of the respective section is detected metrologically and the cooling section is specified as the starting value for the respective Ab ⁇ cut.
  • the manipulated variable detectors by means of which the manipulated variables for the individual devices are determined, can be used as be designed conventional controller, for example, as a P, PI or PID controller. It is already known from the cited prior art to design the controllers as prediction controllers which have a prediction horizon. In particular, the procedure latter is already leading to re ⁇ tively good results. However, the last-mentioned approaches can still be improved, in particular with regard to the configuration of the manipulated variable determination. The object of the present invention is to carry out a corresponding improved control variable determination.
  • control device implements at least one manipulated variable averaging
  • the manipulated variable determiner outputs a manipulated variable of at least one state of at least one of the sections of the treatment plant ⁇ continuous rolling influencing means
  • That the manipulated variable investigator outputs the manipulated variable at a time at which the at least one section is located in the upstream part of the plant
  • the manipulated variable determinant takes into account model-based expected states of the at least one section of the rolling stock which are within a first prognosis horizon of the respective regulator, and
  • That the first prognosis horizon is determined such that the manipulated variable investigator in the determination of the output by him manipulated variable at least one for the at least a portion of the rolling projected state be ⁇ taken into account, which is expected for the at least a portion of the rolling stock in the downstream part of the plant.
  • the respective local manipulated variable determiner then outputs a manipulated variable of a ⁇ the state of the treatment plant continuous rolling ⁇ good locally influencing device when the respective means acts on the respective section of the rolled stock.
  • the manipulated variable determination can be simplified.
  • At least one of the state of the treatment plant passing through rolling material locally influencing facilities is arranged in the upstream part of the plant.
  • the control device may alternatively be formed as a single, not divided into a plurality of sub-control devices, controlling the entire treatment plant control device or be divided into several sub-control devices.
  • the respective actuating ⁇ size investigator is preferably implemented during the entire passage of the jeweili ⁇ gene portion of the rolled material through the treatment plant on the same part of the control device.
  • control device can implement a manipulated variable detector for all sections of the rolling stock, which acts as a global manipulated variable determinator on the mass flow of the rolling stock.
  • the manipulated variables determined by the local manipulated variable detectors in accordance with the manner explained above are initially provisional manipulated variables, wherein the local manipulated variable investigators determine the provisional manipulated variables on the assumption that a currently given Massenhne- course is not changed,
  • Manipulated variable investigators determined provisional manipulated variables and at least one evaluation parameter for the preliminary manipulated variables include, the evaluation parameter a mini ⁇ times possible manipulated variable, a maximum manipulated variable, a maximum possible change in manipulated variable or an intermediate is's value between the minimum possible controlling variable ⁇ SSE and maximum possible manipulated variable is, and
  • Further input variables of the global manipulated variable determiner can be determined as required.
  • vorgese ⁇ hen that the input variables and expected states Any artwork least a portion of the rolling stock, which has not yet been run in the upstream part of the plant, and / or determined for this section of the rolled stock from a corresponding local control variable investigators expected preliminary manipulated ⁇ sizes and include the respective corresponding evaluation size.
  • the at least one manipulated variable determiner are at multiple time points in each case a manipulated variable to the status at ⁇ at least one of the portions of the specialistssan- would continuous rolling influencing means from. In this case, often the time interval of a first and a second of the times is smaller than the first prog ⁇ nose horizon.
  • the at least one ne manipulated variable can be designed as a model-predictive controller. The first forecast horizon can be determined as needed.
  • the first prognosis horizon can be determined in such a way that it extends at least from the initial influencing of the state of the rolling stock in the upstream part of the installation to the outlet of the rolling stock from the downstream part of the installation.
  • the prognosis refers only to the individual sections of the rolling stock.
  • the control method can be further improved in that the control device for at least one of the condition of the rolling devices influencing expected within a second forecast period states of the respective device he ⁇ averages and that the control device, the expected during the two- ⁇ th forecast horizon states of the respective The device is taken into account in the determination of the manipulated variables output by the manipulated variable detectors to the respective device.
  • Stell275mittler determines the manipulated variable by optimizing (ie maximizing or minimizing) a target function, wherein in the target function except the deviation of a predicted state of at least a portion of the rolling stock of a corresponding desired state, an energy consumption of the treatment plant received. By doing so, it is possible, possibly to minimize the energy requirements of the treatment plant to reduzie ⁇ ren and even.
  • the finishing train usually has several rolling stands, which are passed through by the rolling stock during the passage of the finishing line in succession.
  • the control method according to the invention is inter alia applicable when no cooling devices are arranged before the first by rolling stand of the finishing train and Zvi ⁇ rule the roll stands of the finishing line.
  • the upstream part of the plant is designed as a finished street and the downstream part of the plant is designed as a cooling section.
  • the downstream part of the plant is designed as a finishing train.
  • the upstream part of the installation is preferably designed as a furnace, for example as an induction furnace.
  • the control method according to the invention is particularly applicable to an embodiment of the treatment plant in which the furnace is preceded by a roughing, Vorstrus a continuous casting is arranged upstream and the plant is operated at a casting speed, so that a speed at which the rolling enters the finishing train , Is determined by the casting speed and the cross-section ⁇ decrease of the rolling stock in the roughing train.
  • the object is further achieved by a computer program of the type mentioned above, the machine code is designed such that its execution by the Steuerein ⁇ direction causes the controller performs an inventive control method.
  • the computer program can in particular be stored on a data carrier in machine-readable form (in particular in an exclusively machine-readable form, for example electronically).
  • a control device for a treatment plant for a rolling stock in particular a strip-shaped rolling stock, which is designed such that it performs an inventive control method during operation ⁇ .
  • FIGS. 6 to 9 are flow charts and FIGS.
  • FIG 1 comprises a treatment system for a rolling stock 1-stretched Langge ⁇ an upstream and a lower-tier system part 2; 3.
  • the upstream and nachge ⁇ arranged plant part 2, 3 are passed through by the rolling stock 1 immediately after each other.
  • the rolling stock 1 may in particular be a strip-shaped rolling stock. It usually consists of a metal, for example steel, aluminum, copper, brass or another non-ferrous metal.
  • the upstream or downstream plant part 2, 3 is designed as a finishing train.
  • the upstream part of the plant 2 is designed as a finishing train.
  • the downstream part of the plant 3 is as finishing train forms ⁇ .
  • the finished ⁇ road usually several roll stands 4, which are traversed by the rolling stock 1 during the passage through the finishing train one after ⁇ other.
  • the rolling stands 4 of the finishing mill the rolling stock 1 is rolled in a cross-section reducing manner.
  • the number of rolling stands 4 is generally between 4 and 8, for example at 6 or 7. Alternatively, a reversing of rolling can take place. In this case, a single roll stand 4 is usually available.
  • the other part of the plant 3, 2 is formed as ver of the finishing road ver ⁇ separate plant part.
  • the downstream part of the plant is designed as a cooling section, which has a roller table 5 and 6 cooling devices.
  • the upstream system part 2 is designed as a furnace, for example as an induction furnace.
  • an oven and / or further components may additionally be arranged upstream.
  • the furnace is preceded by a roughing road as a further plant part 7.
  • the pre ⁇ road turn is preceded by a continuous caster.
  • the subordinate plant part 3 according to the dashed representation of FIG 1 further plant parts 9 may be arranged downstream.
  • the finishing train can be arranged downstream as another system part 9, a cooling section.
  • the other plant parts 7, 9 can be integrated in with the nä below ⁇ forth described control concept. Alter ⁇ natively, it is possible to operate only the upstream and downstream plant part 2, 3 in accordance with the invention and to operate the other parts of the plant 7, 9 otherwise.
  • the boundaries between the plant parts 8, 7, 2, 3, 9 can be determined as needed.
  • the boundaries between the plant parts 8, 7, 2, 3, 9 between the last active element of the respective upstream plant part 8, 7, 2, 3 and the first active element of the respective downstream Anla ⁇ genteils 7, 2, 3, 9 are.
  • the boundary between an oven and the finishing line is between the last heating device 18 of the furnace and the first stand 4 of the finishing train.
  • the boundary between the finishing train and the cooling section is between the last rolling stand 4 of the finishing train and the first cooling device 6 of the cooling section.
  • a temperature measuring station 19 (or another measuring station, for example for the strip thickness or the strip profile) is arranged between in each case two directly successive plant parts 8, 7, 2, 3, 9, preferably the location of the corresponding measuring device 19 forms the boundary between the plant parts 8, 7, 2, 3, 9.
  • FIGS. 1 to 5 The treatment installation of FIGS. 1 to 5 is controlled by a control device 10 (shown only in FIG. 1).
  • the control device 10 is designed as a software programmable control device. This is because ⁇ by indicated in FIG 1, that the letters ⁇ "are inscribed within the control device 10 ,,.
  • the operation of the controller 10 is therefore determined by a computer program 11.
  • the computer program 11 comprises machine code 12, which by the control device 10
  • the processing of the machine code 12 by the control device 10 causes the control device 10 to carry out a control method, which is explained in more detail below according to the invention performs control method.
  • the computer program 11 can be supplied to the control device 10 in any desired manner, for example via a computer-computer connection. In particular, a supply via the World Wide Web or a Local Area Network come into question. Alternatively, it is possible to associate the computer program 11 with the control device 10 via a mobile data carrier 13. on which the computer program 11 is stored in machine-readable form. Purely by way of example, the mobile data ⁇ carrier 13 is illustrated in FIG 1 as a USB memory stick. However, it could also be designed differently.
  • the control unit 10 is supplied with a current state Z and the instantaneous location of a point 14 of the rolling stock 1 in a step S1.
  • the current location is related to the processing plant. It lies at the beginning of the vorgeord ⁇ Neten plant part 2, in the embodiment of Figures 2 and 3, for example, in front of the first rolling stand 4 of the finished road. If the finishing train, as shown in FIG. 2, has interstitial cooling devices 15 and a derar ⁇ tige intermediate scaffold cooling device 15 is arranged in front of the first rolling stand 4 of the finishing train, the location is also in front of this interstate cooling device 15. If necessary, the place may also be further forward ,
  • the location is located elsewhere. If, for example, a prefabricated oven is included in the control method according to the invention, the location must be in front of the oven, more precisely in front of the first heater 18 of the oven. In general, the location must be arranged before the beginning of the first part of the installation involved in the control method according to the invention or even further in front.
  • the state Z can be specified to the control device 10 from the outside or otherwise predetermined. Alternatively, it can be detected metrologically. Also mixed forms are possible.
  • a temperature measuring station 19 may be arranged, by means of which the current temperature T of the point 14 of the rolling stock 1 at whose surface is detected.
  • the temperature profile over the thickness of the rolling stock 1 can be determined, for example, via a model. Such models are well known to those skilled in the art.
  • the temperature T of the point 14 is often in a range in which, based on the temperature, it can be clearly decided in which phase state the rolling stock 1 is present.
  • the temperature at the entrance of the finishing train is usually 1,000 ° C or more and thus far above the transformation temperature (about 723 ° C to 911 ° C) of steel. It is therefore known that the rolling stock 1 is in the phase state "austenite" in this case.
  • the control device 10 uses a desired final state Z *, which the point 14 should have after passing through the downstream system part 3, to determine a desired final variable.
  • the Steuerein ⁇ device 10 may determine a desired Endenthalpie, a ge ⁇ desired final temperature, a desired phase portion of the rolling material 1, for example of steel the content of austenite, etc.
  • the final size of the desired final size of the control device 10 may also be predetermined become.
  • a step S3 the control device 10 for the detected point 14 implements a manipulated variable determinator 16 (see FIGS. 10 and 11).
  • the manipulated variable determiner 16 is initialized and started in the context of the step S3 with the state Z of the corresponding point 14.
  • the manipulated variable ⁇ average 16 is coupled as a local manipulated variable determiner 16 to the respective point 14 of the rolling stock 1. He remains rend the entire run of the point 14 through the treatmen ⁇ treatment plant coupled to this point fourteenth
  • the implemented local manipulated variable determiner 16 always outputs a manipulated variable S to a device of the treatment system when the respective device acts on the respective point 14 of the rolling stock 1.
  • the respective loading means influenced state Z of the treatment facility pres ⁇ fenden rolled material 1 only locally, ie at the point at which the respective device is arranged.
  • the times at which the individual devices of the treatment plant - for example, the cooling devices 6 and the intermediate-frame cooling devices 15 of FIG. 2 or the heating devices 18 of the furnace of FIG. 4 - act on the corresponding point 14 of the rolling stock 1 can be readily determined.
  • the local manipulated variable determiner 16 applies a provisional manipulated variable profile.
  • the local manipulated variable determiner 16 determines within a forecast period using a model 17 of the rolling stock 1, which is implemented within the control device 10, egg ⁇ NEN expected state of the corresponding point 14, which is expected at the end of the forecast period.
  • the local positioning ⁇ size determinator 16 determines the expected state of the corresponding point 14 on the assumption that a currently given mass flux profile, with which the corresponding point 14 passes through the treatment plant now and forward in the future visual, is not changed.
  • time-dependent differential equations must be solved to determine the expected state. It is in this case, it is necessary to update the state in small time steps. In this case, therefore, the entire state history is determined.
  • the corresponding models 17 are known as such and not the subject of the present invention. They are based on the Fourier heat equation, phase transformation models, heat transfer models, rolling models, etc.
  • the local manipulated variable ⁇ investigator 16 on the one hand the manipulated variable S, with which he next controls one of the state Z of the corresponding point 14 influencing devices. In individual cases - for example, if only a single heating ⁇ device 18 is present - outputs the local manipulated variable determiner 16 only at a single time a manipulated variable S from.
  • the local command value determiner 16 outputs a manipulated variable S at several points in time to the device which directly influences the respective point 14 of the rolling stock 1. If the time interval of the further time points from the instant at which the local actuating ⁇ size determinator outputs its manipulated variable S, is smaller than the forecasting horizon of the local manipulated variable determiner 16, determines the local manipulated variable determiner 16 not only the next output manipulated variable S, but also for the additional time points within the forecast horizon are each an expected manipulated variable.
  • the local manipulated variable determiner 16 assumes that the instantaneous mass flow profile, with which the point under consideration 14 is likely to pass now and in the future, does not change.
  • the determined expected actuating ⁇ sizes of the local manipulated variable determiner 16 naturally takes into account in the determination of the end of the forecasting sehorizonts expected state of the corresponding point 14 of the rolling stock 1.
  • the local manipulated variable determiner 16 may be formed for this purpose, especially as a model predictive controller.
  • the local command value determiner 16 determines its manipulated variable S by optimizing (ie minimizing or maximizing) an objective function.
  • the deviation of the predicted state from a corresponding desired state of the point 14 of the rolling stock 1 is, of course, entered into the objective function.
  • the states themselves or from the states derived variables Hérange ⁇ subject can be.
  • control device 10 can also be predetermined for other locations of the treatment plant and / or for certain times, calculated from the arrival of the corresponding point 14 of the rolling stock 1 in the treatment ⁇ system, desired intermediate states. If this is the case, of course corresponding desired intermediate variables are determined for the corresponding locations and / or times and taken into account in the determination of the manipulated variable S of the local manipulated variable determiner 16.
  • the objective function is usually a function with a large number of variables.
  • the objective function is usually minimized (or maximized) according to the SQP procedure.
  • the SQP process is known to those skilled in the art.
  • the local manipulated variable determiner 16 outputs the manipulated variable S, which is determined by it, to be currently outputted in a step S7 to the device by means of which the state Z of the relevant point 14 can be influenced at the moment.
  • the corresponding device determines the control device 10, for example by means of the already mentioned tracking.
  • the respective local manipulated variable ⁇ average 16 updates the state Z of the point 14 assigned to it.
  • the local manipulated variable determinator 16 can act, for example, on cooling devices 6, 15.
  • the cooling devices can be arranged in the cooling section of FIG. Alternatively or additionally ⁇ the cooling means can be switched on in the finishing train
  • the local manipulated variable detector 16 act on the heaters 18 of the furnace. Also in this case, the corresponding devices are thus arranged in the upstream part of the plant 2.
  • the prediction horizon of the local manipulated variable determiner 16 is suitably determined. In particular, it is determined in such a way that, at normal rolling speeds, the local actuating variable determinator 16 at a time at which it actuates a device located in the upstream part 2 (for example, in the embodiment according to FIG. 2, one of the intermediate stand cooling devices 15 or in the embodiment according to FIG Heating means 18 of the furnace) takes into account a predicted state of the corresponding point 14 of the rolling stock 1, which is assumed by the corresponding point 14 of the rolling stock 1 only when the corresponding point 14 is located in the downstream part of the plant 3.
  • FIG 2 illustrate the fact that purely by way of example different possible Progno ⁇ sehorizonte are located.
  • the possible Prognosehori- horizons are be ⁇ draws in FIG 2 by the references to PHL PH3.
  • the local command value determiner 16 when determining the manipulated variable S for the last intermediate stand cooling device 15 of the finishing train, considers expected states of the corresponding point 14 of the rolling stock 1 which the corresponding point 14 assumes only in the cooling section. According to the forecast horizon PH2 this is already the case when the local manipulated variable determiner 16, the manipulated variable S for the penultimate
  • the prognosis horizon may even be determined in such a way that it changes from the first influencing of the state of the Walzgutes 1 in the upstream part of the plant 2 (ie example ⁇ in FIG 2 in the first rolling stand 4 upstream intermediate stand cooling device 15, in the embodiment of FIG 4 in the first heater 18) to the expiry of the rolling stock 1 from the downstream part of the plant 3 he ⁇ stretched .
  • Analogous embodiments of course also apply to the embodiments of the treatment plant according to FIGS. 3, 4 and 5.
  • the prognosis horizon can be static or dynamic.
  • the forecast period to the beginning of the prognosis is static until the forecast horizon the end of the nachgeordne ⁇ th installation part 3 (or in general the last included in the inventive control method system component) ER ranges. Thereafter, the forecast period is preferably shortened dyna ⁇ mixed, so that it extends from the respective current position of the respective local manipulated variable determiner 16 associated with point 14 to the end of the downstream part of the plant. 3
  • the forecast horizon can be thought of as a telescope stick with one end bound to point 14 associated with the respective local manipulated variable determiner 16 and the other end "protruding into the future.” The telescope stick remains extended until the other end the end of the downstream part of the plant 3 "abuts". After that, the telescoping rod corresponding to "together ⁇ quantitative pushed".
  • step S8 and S9 the control device 10 checks whether the point in question has escaped from the downstream plant part 3, that is, for example, has left the cooling section in the embodiment of FIG. If this is not the case, the controller 10 proceeds to step S4 to reset ⁇ . If so, the controller 10 proceeds to step S10. In step S10, the control device 10 deletes the local manipulated variable determiner 16 implemented for the leaked point 14. The leaked point 14 is not further considered - at least in the context of the control method according to the invention. Optionally, it is possible to arrange further measuring devices 19 between the individual system parts 2, 3 and / or behind the downstream system part 3 - according to the embodiment of FIG.
  • the method of FIG. 6 is executed in a clocked manner.
  • a new point 14 of the rolling stock 1 is detected in each case with a work cycle which is generally between 0.1 and 1.0 seconds.
  • Preferred values of Schwarz ⁇ tes lie between 0.2 and 0.5 seconds, for example 0.3 seconds. 6 explained method, therefore, the controller 10 executes the above in connection with FIG parallel for all the points 14 of which are located at a given time ⁇ point in the treatment plant.
  • the rolling stock 1 has a constant or variable input speed v when it enters the upstream part of the installation 2.
  • v is the product of the working cycle with the current Peoplesge ⁇ speed with which the corresponding point 14 enters the upstream part of the plant. 2
  • the steps Sil to S20 correspond to 1: 1 with the steps Sl to S10 of FIG.
  • step S21 the controller 10 implements a global manipulated variable determiner 20 (see FIGS. 10 and 11).
  • the global manipulated variable determinator 20 acts on the mass flow of the rolling stock 1 and thus on all points 14 / sections 14 of the rolling stock 1 at the same time.
  • the integration of the global actuator ⁇ size detector 20 in the control method according to the invention is achieved by the steps S22 and S23.
  • step S22 the global manipulated variable determiner 20 determines a new mass flow profile. The determination is made on the basis of the manipulated variables S determined by the local manipulated variable determinants 16 in step S16. In the context of step S22, the global manipulated variable determinator 20 preferably takes into account both the variables from the local manipulated variable determiners 16
  • Step S17 output manipulated variables S as well as the determined by the local manipulated variable detectors 16 expected
  • the global manipulated variable determinator 20 evaluates the manipulated variables S of the local manipulated variable determiners 16 based on at least one evaluation variable. Both the evaluation variables and the manipulated variables S determined by the local manipulated variable determinants 16 thus represent input variables of the global manipulated variable determinant 20.
  • the evaluation variables may be (per local manipulated variable determiner 16) in particular at least one of the following variables: a minimally possible one manipulated variable,
  • the first three of the variables mentioned are for each manipulated variable (regardless of whether output in step S15 or only within the forecast horizon) in each case to the device 6, 15, 18, to which the respective local manipulated variable determiner 16 acts at the corresponding output time.
  • the consideration of the maximum possible manipulated variable change is only meaningful if the global manipulated variable determiner 20 sets a number of manipulated variables S in relation to each other, which are from the same local manipulated variable determiner 16 or from several local variables
  • Control variable detectors 16 are successively output to the same device 6, 15, 18.
  • the global manipulated variable determinator 20 can establish and optimize a target function analogous to the local manipulated variable determinants 16.
  • the target function may contain penalty terms that are punished, if the manipulated variables S of the local manipulated variable determinants 16 are the minimum setting limit and / or the maximum
  • the manipulated variables S 'of the global manipulated variable determiner 20 can also be evaluated.
  • the global manipulated variable determiner 20 attempts to optimize the evaluation in step S22. For example, the global Stellstedner ⁇ mid 20 attempts to keep the off by the local control variable investigators 16 to be reproduced and expected manipulated variables S within the allowable range to keep as spaced from the control limits and to maintain the expected rates of change within the allowable frame. At the same time, the global manipulated variable determinant 20 takes into account the corresponding limits for the mass flow.
  • the global manipulated variable determiner 20 can also be designed as a model-predictive controller.
  • the local manipulated variable determinants 16 determine their final manipulated variables S on the basis of the provisional manipulated variables, the mass flow curve newly determined in step S22 and the previously valid mass flow profile.
  • step S16 In contrast to step S16, in which the local control value Determined ⁇ ler to its forecast horizon calculate the expected state of the corresponding portion 14 of the rolled material 1 must ⁇ sen, it may be sufficient in the context of step S20, only the currently outputted manipulated variables S to scale. But also a complete recalculation is not designed Schlos ⁇ sen. Regardless of the concrete procedure, however, due to the modification of the manipulated variables S in step S23, the manipulated variables S determined in step S16 are only provisional manipulated variables S.
  • step S17 only the local manipulated variable determinants 16 output their manipulated variable S to the corresponding devices 6, 15, 18.
  • step S24 which is carried out virtually simultaneously to step S17, the global manipulated variable determiner 20 gives to actuators for the mass flow - for example to rotational ⁇ number regulations 21 for the rolling stands 4 - corresponding
  • the procedure described in connection with FIG. 7 is of particular importance if, according to FIG. 3, there are no interstand cooling devices 15. However, it is also possible if the insectstkühleinein- directions 15 are present. Are present regardless of whether the intermediate scaffold cooling means 15 or not, is the global manipulated variable determiner 20 its command values S 'but at a timing at which a plurality of sections 14 (in the upstream part of the system 2 according to Figures 2 and 3 at ⁇ play, the Finishing line). Analogous to the local manipulated variable determinants 16, the global manipulated variable determiner 20 also has a prognosis horizon. The forecast horizon may be too FIG 2 be ⁇ true analog as needed.
  • the forecast horizon of the local Be manipulated variable detector 16 It can be equal to the forecast horizon of the local Be manipulated variable detector 16 or be different from this.
  • 3 shows - purely exemplary - some possible Prog ⁇ nosehorizonte of global control variable investigator 20, indicated in FIG 3 with PH4 and PH5.
  • the forecast horizon extends from the beginning of the upstream plant part 2 to the first device 6 of the downstream plant part 3, by means of which the state of the rolling stock 1 can be locally influenced.
  • Maximum extends the forecast horizon completely from the beginning of the upstream part of the plant 2 to the end of the downstream part of the plant 3, ie until the run ⁇ out of the rolling stock 1 from the downstream part of the plant 3.
  • Even larger forecasting horizons are possible.
  • analogous embodiments also apply to the embodiments of the treatment plant according to FIGS. 2 and 4.
  • the input variables of the global control variable investigator comprise 20 also anticipated conditions of sections 14 of the rolling stock 1, which are not yet run in the vorgeord ⁇ Neten system part second It is single ⁇ Lich required for this to be implemented per Section 14 of the corresponding local control variable investigators 16 ahead of time to initialize and start. If this local control variable investigators 16 further ermit ⁇ telt for not yet been accumulated in the upstream plant section 2 Section 14 of the rolling one was waiting for local control variables, the input variables of the global control variable investigator 20 also these expected manipulated variables and the correspond- ing evaluation parameters include.
  • FIG 7 The procedure of FIG 7 is also applicable to a treatment ⁇ system according to FIG 2. Also, it is applicable to a treatmen ⁇ treatment plant of FIG. 4
  • the control device 20 for at least one of the state Z of the rolled material 1 beeinflus ⁇ send devices 6, 15, 18, 21 within a further (second) forecasting horizon expected states of the respective device 6, 15, 18, 21 and determines the expected during this forecast horizon states of the respective device 6, 15, 18, 21 in the determination of the manipulated variable determinants 16, 20, to the respective device 6, 15, 18th , 21 'output manipulated variables S, S' into account.
  • step S31 the control device 10 determines for at least one of the devices 6, 15, 18, which are influenced by the local manipulated variable determinants 16, their expected states.
  • step S32 the control device 10 corrects, if necessary, taking into account the expected states of the respective device 6, 15, 18, the manipulated variables S, which are output from the local manipulated variable detectors 16 to the devices 6, 15, 18.
  • the local manipulated variable determiner 16 which acts on said cooling device in the specific working cycle, has acted as relative manipulated variable 80% determined.
  • Cooling device 6 subsequent cooling device 6 are to be controlled by the three just mentioned local manipulated variable detectors with 60%, 60% and 40%. Assume further that the cooling devices 6 have the same design and can change their coolant flow from one stroke to the next by a maximum of 25%.
  • steps S31 and S32 are not present, only section 6 passing first through the two cooling devices 6 will be correctly identified
  • the second section can only be cooled by the first cooling device with 55%, because the first cooling device 6, the flow rate of coolant, starting from 80%, can not throttle faster. The error is therefore 5%.
  • the next section is cooled at 30% instead of 20%. The reason is the same: the corresponding cooling device 6 can only throttle the flow of coolant from 55% to 30%.
  • steps S41 and S42 may be present after step S16.
  • the steps S41 and S42 correspond in content to the steps S31 and S32 of FIG. 8.
  • steps S43 and S44 may be inserted after step S23.
  • the steps S43 and S44 may also correspond in content to the steps S31 and S32 of FIG.
  • the presence of the steps S43 and S44 in addition to the steps S41 and S42 may therefore be particularly useful because the manipulated variables S of the local manipulated variable determinants 16 may have changed due to the step S22. If appropriate, it may furthermore be useful to follow steps S45 and S46 in step S22.
  • steps S45 and S46 analogous procedures are taken with respect to the actuators 21 for the mass flow to the steps S31 and S32.
  • the manipulated variable determinants 16, 20 determine their respective manipulated variables S, S 'as a rule by optimizing a respective target function. Can be used in the objective function - in addition to the deviation of the forecasted increases article from a corresponding target state - vorzugswei ⁇ se one or enter more of the following sizes:
  • the distance of the expected manipulated variable changes of the maximum possible rate of change of the set ⁇ sizes S, S ';
  • the treatment plant comprises a furnace, a maximum allowable temperature of Walz ⁇ good 1 and the distance of the actual temperature T of this value;
  • the objective function is better achieved (of course), the smaller the deviation of the expected within the prediction horizon ⁇ PH1 to PH5 state and / or the expected on the forecasting horizon En- de PH1 to PH5 state of the corresponding target states. If one or more of the other variables mentioned above are taken into account, the objective function is better solved, the further the output and future manipulated variables S, S 'are away from the setting limits of the respectively controlled devices 6, 15, 18, 21,
  • the control device 10 that implements the invention Steuerver go ⁇ , has a high computing power aufwei ⁇ sen. It may be possible to realize this processing power corresponding to the illustration of FIG 10 in a single, unified, not divided into several partial control devices control device 10 which controls the entire treatmen ⁇ treatment plant.
  • the control device is divided into several partial control devices 22 10th If such allocation is made, but is vorzugswei ⁇ se each implemented local manipulated variable determiner 16 during the entire run of the respective section 14 of the rolling stock 1 by the treatment plant to a part thereof, and implements control means 22nd
  • the respective local control value Determined ⁇ ler 16 is transmitted, for example, in FIG control subsystem shown on the left 11 22 to that in FIG part of control device 22 shown on the right 11, if - for example - the corresponding section 14 of the rolling stock 1 From the upstream part of the plant 2 in the downstream part of the plant 3 passes.
  • the furnace as upstream unit part 2 to use to set the final rolling temperature at the outlet of the finishing train as a subordinate part of the plant 3. Only the forecast horizon has to be chosen sufficiently large.
  • the input speed v at which the rolling stock 1 enters the finishing train for example, be determined because the finishing mill according to the representation of FIG 5 on the one hand as a further upstream device 7 the roughing and this in turn the continuous casting 8 pre ⁇ assigns are.
  • a casting speed of the continuous casting 8 is essentially determined by the solidification behavior of the cast metal and adjustable only within very narrow limits.
  • the input speed v of the rolling stock 1 is determined in this case by the more or less fixed predetermined casting speed and the cross-sectional decrease of the rolling stock 1 in the roughing train.

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Abstract

Eine Behandlungsanlage für ein langgestrecktes Walzgut (1) weist einen vor- und einen nachgeordneten Anlagenteil (2, 3) auf, die von dem Walzgut (1) unmittelbar nacheinander durchlaufen werden. Je einer der Anlagenteile (2, 3) ist als Fertigstrasse bzw. als von der Fertigstrasse verschiedener Anlagenteil ausgebildet. Einer Steuereinrichtung (10) ist für Abschnitte (14) des die Behandlungsanlage durchlaufenden Walzgutes (1) jeweils zumindest eine Endgröße vorgegeben, die aus einem jeweiligen gewünschten Endzustand (Z*) abgeleitet ist, den der jeweilige Abschnitt (14) des Walzgutes (1) nach dem Durchlaufen des nachgeordneten Anlagenteils (3) aufweisen soll. Die Steuereinrichtung (10) implementiert mindestens einen Stellgrößenermittler (16, 20), der an mindestens eine den Zustand (Z) mindestens eines der Abschnitte (14) des Walzgutes (1) beeinflussende Einrichtung (6, 15, 18, 21) eine Stellgröße (S, S') ausgibt. Das Ausgeben der Stellgröße (S, S' ) erfolgt zu einem Zeitpunkt, zu dem der mindestens eine Abschnitt (14) sich im vorgeordneten Anlagenteil (2) befindet. Bei der Ermittlung der Stellgröße (S, S') berücksichtigt der Stellgrößenermittler (16, 20) modellgestützt ermittelte erwartete Zustände des mindestens einen Abschnitts (14) des Walzgutes (1), die innerhalb eines Prognosehorizonts (PH1 bis PH5) des jeweiligen Stellgrößenermittlers (16, 20) liegen. Der Prognosehorizont (PH1 bis PH5) ist derart bestimmt, dass der Stellgrößenermittler (16, 20) bei der Ermittlung der von ihm ausgegebenen Stellgröße (S, S' ) mindestens einen für den mindestens einen Abschnitt (14) des Walzgutes (1) prognostizierten Zustand berücksichtigt, der für den mindestens einen Abschnitt (14) des Walzgutes (1) im nachgeordneten Anlagenteil (3) erwartet wird.

Description

Beschreibung
Steuerverfahren für eine Behandlungsanlage für ein langge¬ strecktes Walzgut
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerverfahren für eine Behandlungsanlage für ein langgestrecktes Walzgut, ins¬ besondere ein bandförmiges Walzgut,
- wobei die Behandlungsanlage zumindest einen vorgeordneten Anlagenteil und einen nachgeordneten Anlagenteil aufweist, die von dem Walzgut unmittelbar nacheinander durchlaufen werden,
- wobei der vorgeordnete oder der nachgeordnete Anlagenteil als Fertigstrasse ausgebildet ist, in der das Walzgut quer- schnittreduzierend gewalzt wird, und der andere Anlagenteil als von der Fertigstrasse verschiedener Anlagenteil ausge¬ bildet ist,
- wobei einer Steuereinrichtung für die Behandlungsanlage für Abschnitte des die Behandlungsanlage durchlaufenden Walzgu- tes jeweils zumindest eine Endgröße vorgegeben ist,
- wobei die jeweilige Endgröße aus einem jeweiligen gewünsch¬ ten Endzustand abgeleitet ist, den der jeweilige Abschnitt des Walzgutes nach dem Durchlaufen des nachgeordneten Anlagenteils aufweisen soll.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Computerpro¬ gramm, das Maschinencode aufweist, der von einer Steuereinrichtung für eine Behandlungsanlage für ein Walzgut, insbe¬ sondere ein bandförmiges Walzgut, unmittelbar abarbeitbar ist und dessen Abarbeitung durch die Steuereinrichtung bewirkt, dass die Steuereinrichtung ein derartiges Steuerverfahren ausführt .
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Steuerein- richtung für eine Behandlungsanlage für ein Walzgut, insbe¬ sondere ein bandförmiges Walzgut, die derart ausgebildet ist, dass sie im Betrieb ein derartiges Steuerverfahren ausführt. Die eingangs genannten Gegenstände sind allgemein bekannt. Rein beispielhaft wird auf die DE 101 56 008 AI bzw. die kor¬ respondierende US 7,197,802 B2 verwiesen. Auch die EP 1 596 999 Bl bzw. die korrespondierenden US 7,251,971 B2 und US 7,310,981 B2 können in diesem Zusammenhang genannt werden.
Bei den Steuerverfahren des Standes der Technik wird üblicherweise jeder Anlagenteil separat für sich gesteuert. Wenn - rein beispielhaft - der vorgeordnete Anlagenteil als Fer- tigstraße ausgebildet ist und der nachgeordnete Anlagenteil als Kühlstrecke ausgebildet ist, wird im Stand der Technik üblicherweise die Fertigstraße derart betrieben, dass die Ab¬ schnitte des Walzguts am Auslauf der Fertigstraße (= Einlauf der Kühlstrecke) eine vorbestimmte Endwalztemperatur aufwei- sen. In der Kühlstrecke erfolgt sodann ein Kühlen der Abschnitte des Walzguts, so dass die Abschnitte des Walzguts die Kühlstrecke mit einer vorbestimmten Haspeltemperatur verlassen. Ein Abstimmen des Betriebs der beiden Anlagenteile erfolgt im Stand der Technik nur dadurch, dass die Endwalz- temperatur des jeweiligen Abschnitts messtechnisch erfasst und der Kühlstrecke als Startwert für den jeweiligen Ab¬ schnitt vorgegeben wird.
Die Vorgehensweisen des oben genannten Standes der Technik stellen gegenüber dem konventionellen Stand der Technik bereits einen Fortschritt dar. Denn bei diesem Stand der Technik erfolgt eine anlagenteilübergreifende Steuerung der Be¬ handlungsanlage. Insbesondere können für jeden Abschnitt des Walzguts erwartete Temperaturen, die mittels eines anlagen- teilübergreifenden Modells ermittelt werden, taktweise fort¬ geschrieben werden. Anhand der jeweils erwarteten Temperaturen und der korrespondierenden Solltemperaturen wird im Stand der Technik jeweils eine Stellgröße ermittelt, die an eine den Zustand des jeweiligen Abschnitts des Walzguts gerade be- einflussende Einrichtung ausgegeben wird.
Die Stellgrößenermittler, mittels derer die Stellgrößen für die einzelnen Einrichtungen ermittelt werden, können als kon- ventionelle Regler ausgebildet sein, beispielsweise als P-, PI- oder PID-Regler. Es ist aus dem genannten Stand der Technik auch schon bekannt, die Regler als Prädiktionsregler auszubilden, die einen Prädiktionshorizont aufweisen. Insbeson- dere die zuletzt genannte Vorgehensweise führt bereits zu re¬ lativ guten Ergebnissen. Auch die zuletzt genannten Vorgehensweisen sind jedoch noch verbesserungsfähig, insbesondere bezüglich der Ausgestaltung der Stellgrößenermittlung. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine ent- sprechende verbesserte Stellgrößenermittlung vorzunehmen.
Die Aufgabe wird durch ein Steuerverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des er¬ findungsgemäßen Steuerverfahrens sind Gegenstand der abhängi- gen Ansprüche 2 bis 12.
Erfindungsgemäß ist - zusätzlich zu den eingangs genannten Merkmalen - vorgesehen,
- dass die Steuereinrichtung mindestens einen Stellgrößener- mittler implementiert,
- dass der Stellgrößenermittler an mindestens eine den Zustand mindestens eines der Abschnitte des die Behandlungs¬ anlage durchlaufenden Walzgutes beeinflussende Einrichtung eine Stellgröße ausgibt,
- dass der Stellgrößenermittler die Stellgröße zu einem Zeitpunkt ausgibt, zu dem der mindestens eine Abschnitt sich im vorgeordneten Anlagenteil befindet,
- dass der Stellgrößenermittler bei der Ermittlung der Stellgröße modellgestützt ermittelte erwartete Zustände des min- destens einen Abschnitts des Walzgutes berücksichtigt, die innerhalb eines ersten Prognosehorizonts des jeweiligen Reglers liegen, und
- dass der erste Prognosehorizont derart bestimmt ist, dass der Stellgrößenermittler bei der Ermittlung der von ihm ausgegebenen Stellgröße mindestens einen für den mindestens einen Abschnitt des Walzgutes prognostizierten Zustand be¬ rücksichtigt, der für den mindestens einen Abschnitt des Walzgutes im nachgeordneten Anlagenteil erwartet wird. In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen,
- dass die Steuereinrichtung für jeden Abschnitt des Walzgu¬ tes jeweils einen Stellgrößenermittler implementiert, der während des gesamten Durchlaufs des jeweiligen Abschnitts des Walzgutes durch die Behandlungsanlage als lokaler
Stellgrößenermittler an den jeweiligen Abschnitt des Walzgutes gekoppelt bleibt, und
- dass der jeweilige lokale Stellgrößenermittler dann an eine den Zustand des die Behandlungsanlage durchlaufenden Walz¬ gutes lokal beeinflussende Einrichtung eine Stellgröße aus¬ gibt, wenn die jeweilige Einrichtung auf den jeweiligen Abschnitt des Walzgutes wirkt. Dadurch kann die Stellgrößenermittlung vereinfacht werden.
Vorzugsweise ist bei dieser Ausgestaltung vorgesehen, dass mindestens eine der den Zustand des die Behandlungsanlage durchlaufenden Walzgutes lokal beeinflussenden Einrichtungen im vorgeordneten Anlagenteil angeordnet ist.
Die Steuereinrichtung kann alternativ als einheitliche, nicht in mehrere Teilsteuereinrichtungen aufgeteilte, die gesamte Behandlungsanlage steuernde Steuereinrichtung ausgebildet sein oder in mehrere Teilsteuereinrichtungen aufgeteilt sein. Im letztgenannten Fall ist vorzugsweise der jeweilige Stell¬ größenermittler während des gesamten Durchlaufs des jeweili¬ gen Abschnitts des Walzgutes durch die Behandlungsanlage auf ein und derselben Teilsteuereinrichtung implementiert.
Alternativ oder zusätzlich zu den lokalen Stellgrößenermittlern kann die Steuereinrichtung für alle Abschnitte des Walzgutes einen Stellgrößenermittler implementieren, der als globaler Stellgrößenermittler auf den Massenfluss des Walzgutes wirkt.
Wenn sowohl der globale als auch die lokalen Stellgrößenermittler implementiert sind, ist vorzugsweise vorgesehen, - dass die von den lokalen Stellgrößenermittlern entsprechend der obenstehend erläuterten Weise ermittelten Stellgrößen zunächst vorläufige Stellgrößen sind, wobei die lokalen Stellgrößenermittler die vorläufigen Stellgrößen unter der Annahme ermitteln, dass ein momentan gegebener Massenfluss- verlauf nicht verändert wird,
- dass der globale Stellgrößenermittler anhand von Eingangs¬ größen einen neuen Massenflussverlauf ermittelt,
- dass die Eingangsgrößen zumindest die von den lokalen
Stellgrößenermittlern ermittelten vorläufigen Stellgrößen sowie mindestens eine Bewertungsgröße für die vorläufigen Stellgrößen umfassen, wobei die Bewertungsgröße eine mini¬ mal mögliche Stellgröße, eine maximal mögliche Stellgröße, eine maximal mögliche Stellgrößenänderung oder ein Zwi- schenwert ist, der zwischen der minimal möglichen Stellgrö¬ ße und der maximal möglichen Stellgröße liegt, und
- dass die lokalen Stellgrößenermittler ihre endgültigen
Stellgrößen anhand der vorläufige Stellgrößen, des momentan gegebenen Massenflussverlaufs und des neuen Massenflussver- laufs ermitteln.
Weitere Eingangsgrößen des globalen Stellgrößenermittlers können nach Bedarf bestimmt sein. Vorzugsweise ist vorgese¬ hen, dass die Eingangsgrößen auch erwartete Zustände mindes- tens eines Abschnitts des Walzgutes, der noch nicht in den vorgeordneten Anlagenteil eingelaufen ist, und/oder für diesen Abschnitt des Walzgutes von einem entsprechenden lokalen Stellgrößenermittler ermittelte erwartete vorläufige Stell¬ größen sowie die jeweils korrespondierende Bewertungsgröße umfassen.
In der Regel gibt der mindestens eine Stellgrößenermittler zu mehreren Zeitpunkten jeweils eine Stellgröße an die den Zu¬ stand mindestens eines der Abschnitte des die Behandlungsan- läge durchlaufenden Walzgutes beeinflussende Einrichtung aus. In diesem Fall ist oftmals der zeitliche Abstand eines ersten und eines zweiten der Zeitpunkte kleiner als der erste Prog¬ nosehorizont. Dadurch ist es möglich, dass der mindestens ei- ne Stellgrößenermittler zur Ermittlung der zum ersten der Zeitpunkte ausgegebenen Stellgröße eine für den zweiten der Zeitpunkte erwartete Stellgröße ermittelt und diese erwartete Stellgröße bei der Ermittlung der zeitlich nach dem zweiten der Zeitpunkte, aber noch innerhalb des ersten Prognosehorizonts liegenden prognostizierten Zustände berücksichtigt. Insbesondere kann der mindestens eine Stellgrößenermittler als modellprädiktiver Regler ausgebildet sein. Der erste Prognosehorizont kann nach Bedarf bestimmt sein.
Insbesondere kann der erste Prognosehorizont derart bestimmt sein, dass er sich zumindest vom erstmaligen Beeinflussen des Zustands des Walzgutes im vorgeordneten Anlagenteil bis zum Auslaufen des Walzgutes aus dem nachgeordneten Anlagenteil erstreckt.
Soweit bisher beschrieben, bezieht sich die Prognose nur auf die einzelnen Abschnitte des Walzguts. Das Steuerverfahren kann dadurch weiter verbessert werden, dass die Steuerein- richtung für mindestens eine der den Zustand des Walzgutes beeinflussenden Einrichtungen innerhalb eines zweiten Prognosehorizonts erwartete Zustände der jeweiligen Einrichtung er¬ mittelt und dass die Steuereinrichtung die während des zwei¬ ten Prognosehorizonts erwarteten Zustände der jeweiligen Ein- richtung bei der Ermittlung der von den Stellgrößenermittlern an die jeweilige Einrichtung ausgegebenen Stellgrößen berücksichtigt .
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens ist vorgesehen, dass der mindestens eine
Stellgrößenermittler die Stellgröße durch Optimieren (d. h. Maximieren oder Minimieren) einer Zielfunktion ermittelt, wobei in die Zielfunktion außer der Abweichung eines prognostizierten Zustands mindestens eines Abschnitts des Walzgutes von einem entsprechenden Sollzustand ein Energieverbrauch der Behandlungsanlage eingeht. Durch diese Vorgehensweise ist es möglich, den Energiebedarf der Behandlungsanlage zu reduzie¬ ren und eventuell sogar zu minimieren. Die Fertigstraße weist in der Regel mehrere Walzgerüste auf, die von dem Walzgut während des Durchlaufens der Fertigstraße nacheinander durchlaufen werden. Das erfindungsgemäße Steuerverfahren ist unter anderem auch dann anwendbar, wenn vor dem zuerst durchlaufenen Walzgerüst der Fertigstraße sowie zwi¬ schen den Walzgerüsten der Fertigstraße keine Kühleinrichtungen angeordnet sind.
Es ist möglich, dass der vorgeordnete Anlagenteil als Fertig- straße ausgebildet ist und der nachgeordnete Anlagenteil als Kühlstrecke ausgebildet ist. In einer anderen möglichen Aus¬ gestaltung ist der nachgeordnete Anlagenteil als Fertigstraße ausgebildet. Der vorgeordnete Anlagenteil ist in diesem Fall vorzugsweise als Ofen ausgebildet, beispielsweise als Induk- tionsofen. Das erfindungsgemäße Steuerverfahren ist insbesondere auch bei einer Ausgestaltung der Behandlungsanlage anwendbar, bei welcher dem Ofen eine Vorstraße vorgeordnet ist, der Vorstraße eine Stranggießanlage vorgeordnet ist und die Anlage mit einer Gießgeschwindigkeit betrieben wird, so dass eine Geschwindigkeit, mit der das Walzgut in die Fertigstraße einläuft, durch die Gießgeschwindigkeit und die Querschnitts¬ abnahme des Walzgutes in der Vorstraße festgelegt ist.
Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Computerprogramm der eingangs genannten Art gelöst, dessen Maschinencode derart ausgestaltet ist, dass seine Abarbeitung durch die Steuerein¬ richtung bewirkt, dass die Steuereinrichtung ein erfindungsgemäßes Steuerverfahren ausführt. Das Computerprogramm kann insbesondere auf einen Datenträger in maschinenlesbarer Form (insbesondere in ausschließlich maschinenlesbarer Form, beispielsweise elektronisch) gespeichert sein.
Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Steuereinrichtung für eine Behandlungsanlage für ein Walzgut, insbesondere ein bandförmiges Walzgut gelöst, die derart ausgebildet ist, dass sie im Betrieb ein erfindungsgemäßes Steuerverfahren aus¬ führt . Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen in Prinzipdarstellung: FIG 1 schematisch eine Behandlungsanlage für ein
Walzgut,
FIG 2 bis 5 mögliche Ausgestaltungen der Behandlungsanla¬ ge von FIG 1,
FIG 6 bis 9 Ablaufdiagramme und
FIG 10 und 11 mögliche Ausgestaltungen einer Steuereinrichtung .
Gemäß FIG 1 weist eine Behandlungsanlage für ein langge¬ strecktes Walzgut 1 einen vorgeordneten und einen nachgeord- neten Anlagenteil 2, 3 auf. Der vorgeordnete und der nachge¬ ordnete Anlagenteil 2, 3 werden von dem Walzgut 1 unmittelbar nacheinander durchlaufen. Das Walzgut 1 kann insbesondere ein bandförmiges Walzgut sein. Es besteht in der Regel aus einem Metall, beispielsweise Stahl, Aluminium, Kupfer, Messing oder einem anderen Buntmetall.
Der vorgeordnete oder der nachgeordnete Anlagenteil 2, 3 ist als Fertigstraße ausgebildet. Bei den Ausgestaltungen der FIG 2 und 3 ist der vorgeordnete Anlagenteil 2 als Fertigstraße ausgebildet. Bei den Ausgestaltungen gemäß den FIG 4 und 5 ist der nachgeordnete Anlagenteil 3 als Fertigstraße ausge¬ bildet .
Unabhängig davon, ob der vor- oder der nachgeordnete Anlagen- teil 2, 3 als Fertigstraße ausgebildet ist, weist die Fertig¬ straße in der Regel mehrere Walzgerüste 4 auf, die von dem Walzgut 1 während des Durchlaufens der Fertigstraße nachein¬ ander durchlaufen werden. In den Walzgerüsten 4 der Fertigstraße wird das Walzgut 1 querschnittreduzierend gewalzt. Die Anzahl an Walzgerüsten 4 liegt in der Regel zwischen 4 und 8, beispielsweise bei 6 oder 7. Alternativ kann ein reversieren- des Walzen erfolgen. In diesem Fall ist in der Regel ein einziges Walzgerüst 4 vorhanden. Der andere Anlagenteil 3, 2 ist als von der Fertigstraße ver¬ schiedener Anlagenteil ausgebildet. Gemäß den FIG 2 und 3 ist der nachgeordnete Anlagenteil als Kühlstrecke ausgebildet, die einen Rollgang 5 und Kühleinrichtungen 6 aufweist. In der Kühlstrecke wird der Querschnitt des Walzguts 1 (mit Ausnahme der thermischen Schrumpfung) nicht mehr geändert. In der Kühlstrecke findet also kein Umformen des Walzguts 1 mehr statt. Gemäß den FIG 4 und 5 ist der vorgeordnete Anlagenteil 2 als Ofen ausgebildet, beispielsweise als Induktionsofen.
Wie in FIG 1 gestrichelt angedeutet ist, ist es möglich, dass dem vorgeordneten Anlagenteil 2 seinerseits ein weiterer Anlagenteil 7 vorgeordnet ist. Beispielsweise kann bei den Aus¬ gestaltungen der FIG 2 und 3 der Fertigstraße zusätzlich ein Ofen und/oder weitere Komponenten vorgeordnet sein. Bei der Ausgestaltung gemäß FIG 5 ist beispielsweise dem Ofen als weiterer Anlagenteil 7 eine Vorstraße vorgeordnet. Der Vor¬ straße wiederum ist eine Stranggießanlage 8 vorgeordnet. Ebenso können dem nachgeordneten Anlagenteil 3 entsprechend der gestrichelten Darstellung von FIG 1 weitere Anlagenteile 9 nachgeordnet sein. Beispielsweise kann bei der Ausgestal¬ tung von FIG 4 der Fertigstraße als weiterer Anlagenteil 9 eine Kühlstrecke nachgeordnet sein.
Die weiteren Anlagenteile 7, 9 können in das nachfolgend nä¬ her erläuterte Steuerungskonzept mit eingebunden sein. Alter¬ nativ ist es möglich, nur den vorgeordneten und den nachgeordneten Anlagenteil 2, 3 auf erfindungsgemäße Weise zu be- treiben und die weiteren Anlagenteile 7, 9 anderweitig zu betreiben .
Die Grenzen zwischen den Anlagenteilen 8, 7, 2, 3, 9 können nach Bedarf bestimmt sein. Insbesondere müssen die Grenzen zwischen den Anlagenteilen 8, 7, 2, 3, 9 zwischen dem letzten Wirkelement des jeweils vorgeordneten Anlagenteils 8, 7, 2, 3 und dem ersten Wirkelement des jeweils nachgeordneten Anla¬ genteils 7, 2, 3, 9 liegen. Die Grenze zwischen einem Ofen und einem dem Ofen vorgeordneten Anlagenteil 7, beispielswei¬ se der Vorstraße 7, liegt daher zwischen dem letzten Gerüst der Vorstraße 7 und der ersten Heizeinrichtung 18 des Ofens. In analoger Weise liegt die Grenze zwischen einem Ofen und der Fertigstraße zwischen der letzten Heizeinrichtung 18 des Ofens und dem ersten Gerüst 4 der Fertigstraße. Die Grenze zwischen der Fertigstraße und der Kühlstrecke liegt zwischen dem letzten Walzgerüst 4 der Fertigstraße und der ersten Kühleinrichtung 6 der Kühlstrecke. Wenn zwischen jeweils zwei unmittelbar aufeinander folgenden Anlagenteilen 8, 7, 2, 3, 9 ein Temperaturmessplatz 19 (oder ein anderer Messplatz, beispielsweise für die Banddicke oder das Bandprofil, angeordnet ist, stellt vorzugsweise der Ort der entsprechenden Messeinrichtung 19 die Grenze zwischen den Anlagenteilen 8, 7, 2, 3, 9 dar.
Die Behandlungsanlage der FIG 1 bis 5 wird von einer Steuer¬ einrichtung 10 gesteuert (nur in FIG 1 dargestellt) . Die Steuereinrichtung 10 ist in der Regel als softwareprogram- mierbare Steuereinrichtung ausgebildet. Dies ist in FIG 1 da¬ durch angedeutet, dass innerhalb der Steuereinrichtung 10 die Buchstaben ,,μΡ" eingeschrieben sind. Die Wirkungsweise der Steuereinrichtung 10 wird daher durch ein Computerprogramm 11 bestimmt. Das Computerprogramm 11 weist Maschinencode 12 auf, der von der Steuereinrichtung 10 unmittelbar abarbeitbar ist. Das Abarbeiten des Maschinencodes 12 durch die Steuereinrichtung 10 bewirkt, dass die Steuereinrichtung 10 ein Steuerverfahren ausführt, das nachfolgend näher erläutert wird. Auf Grund der Abarbeitung des Maschinencodes 12 ist die Steuer- einrichtung 10 derart ausgebildet, dass sie im Betrieb ein erfindungsgemäßes Steuerverfahren ausführt.
Das Computerprogramm 11 kann der Steuereinrichtung 10 auf beliebige Weise zugeführt werden, beispielsweise über eine Rechner-Rechner-Verbindung. Insbesondere ein Zuführen über das World Wide Web oder ein Local-Area-Network kommen in Frage. Alternativ ist es möglich, das Computerprogramm 11 der Steuereinrichtung 10 über einen mobilen Datenträger 13 zuzu- führen, auf dem das Computerprogramm 11 in maschinenlesbarer Form gespeichert ist. Rein beispielhaft ist der mobile Daten¬ träger 13 in FIG 1 als USB-Memorystick dargestellt. Er könnte jedoch auch anders ausgestaltet sein.
Nachfolgend wird in Verbindung mit FIG 6 ein mögliches erfin¬ dungsgemäßes Steuerverfahren erläutert.
Gemäß FIG 6 werden der Steuereinheit 10 in einem Schritt Sl ein momentaner Zustand Z und der momentane Ort eines Punktes 14 des Walzguts 1 zugeführt. Der momentane Ort ist auf die Bearbeitungsanlage bezogen. Er liegt am Anfang des vorgeord¬ neten Anlagenteils 2, bei der Ausgestaltung der FIG 2 und 3 also beispielsweise vor dem ersten Walzgerüst 4 der Fertig- Straße. Falls die Fertigstraße entsprechend der Darstellung von FIG 2 Zwischengerüstkühleinrichtungen 15 aufweist und auch vor dem ersten Walzgerüst 4 der Fertigstraße eine derar¬ tige Zwischengerüstkühleinrichtung 15 angeordnet ist, liegt der Ort auch vor dieser Zwischengerüstkühleinrichtung 15. Ge- gebenenfalls kann der Ort auch noch weiter vorne liegen.
Im Falle anderer Ausgestaltungen der Behandlungsanlage, bei¬ spielsweise der Ausgestaltung gemäß FIG 4, ist der Ort an anderer Stelle angeordnet. Wenn beispielsweise ein der Fertig- Straße vorgeordneter Ofen mit in das erfindungsgemäße Steuer¬ verfahren einbezogen ist, muss der Ort vor dem Ofen liegen, genauer vor der ersten Heizeinrichtung 18 des Ofens. Allgemein gilt, dass der Ort vor dem Anfang des ersten in das erfindungsgemäße Steuerverfahren einbezogenen Anlagenteils oder noch weiter vorne angeordnet sein muss.
Der Zustand Z kann der Steuereinrichtung 10 von außen vorgegeben werden oder anderweitig vorgegeben sein. Alternativ kann er messtechnisch erfasst werden. Auch Mischformen sind möglich. Beispielsweise kann zur Bestimmung des energetischen Zustands des betreffenden Punktes 14 an dem momentanen Ort ein Temperaturmessplatz 19 angeordnet sein, mittels dessen die aktuelle Temperatur T des Punktes 14 des Walzguts 1 an dessen Oberfläche erfasst wird. Der Temperaturverlauf über die Dicke des Walzguts 1 gesehen kann beispielsweise über ein Modell ermittelt werden. Derartige Modelle sind Fachleuten allgemein bekannt.
Es ist möglich, dass der energetische Zustand bereits durch die Temperatur T des Punktes 14 vollständig beschrieben ist. Denn die Temperatur T liegt in der Praxis oftmals in einem Bereich, in dem anhand der Temperatur eindeutig entschieden werden kann, in welchem Phasenzustand das Walzgut 1 vorliegt. Beispielsweise liegt beim Walzen von Stahl die Temperatur am Eingang der Fertigstraße regelmäßig bei 1.000°C oder mehr und damit weit oberhalb der Umwandlungstemperatur (ca. 723°C bis 911°C) von Stahl. Es ist daher bekannt, dass das Walzgut 1 in diesem Fall im Phasenzustand „Austenit" vorliegt.
Die Abmessungen des Walzguts 1 - beispielsweise bei einem bandförmigen Walzgut die Banddicke und die Bandbreite - kön¬ nen anderweitig ermittelt werden oder der Steuereinrichtung 10 auf andere Weise bekannt sein.
In einem Schritt S2 ermittelt die Steuereinrichtung 10 anhand eines gewünschten Endzustands Z*, den der Punkt 14 nach dem Durchlaufen des nachgeordneten Anlagenteils 3 aufweisen soll, eine gewünschte Endgröße. Beispielsweise kann die Steuerein¬ richtung 10 eine gewünschte Endenthalpie ermitteln, eine ge¬ wünschte Endtemperatur, einen gewünschten Phasenanteil des Walzguts 1, beispielsweise bei Stahl den Anteil an Austenit usw. Alternativ zum Ermitteln der Endgröße kann die gewünsch- te Endgröße der Steuereinrichtung 10 auch vorgegeben werden.
In einem Schritt S3 implementiert die Steuereinrichtung 10 für den erfassten Punkt 14 einen Stellgrößenermittler 16 (siehe FIG 10 und 11) . Der Stellgrößenermittler 16 wird im Rahmen des Schrittes S3 mit dem Zustand Z des entsprechenden Punktes 14 initialisiert und gestartet. Der Stellgrößener¬ mittler 16 ist als lokaler Stellgrößenermittler 16 an den jeweiligen Punkt 14 des Walzgutes 1 gekoppelt. Er bleibt wäh- rend des gesamten Durchlaufs des Punktes 14 durch die Behand¬ lungsanlage an diesen Punkt 14 gekoppelt.
Der implementierte lokale Stellgrößenermittler 16 gibt immer dann eine Stellgröße S an eine Einrichtung der Behandlungsanlage aus, wenn die jeweilige Einrichtung auf den jeweiligen Punkt 14 des Walzgutes 1 wirkt. Die jeweilige Einrichtung be- einflusst den Zustand Z des die Behandlungsanlage durchlau¬ fenden Walzgutes 1 nur lokal, also an der Stelle, an der die jeweilige Einrichtung angeordnet ist. Andere Stellen des
Walzgutes 1 werden zu dem Zeitpunkt, zu dem die betreffende Einrichtung auf den betreffenden Punkt 14 des Walzgutes 1 wirkt, zwar möglicherweise von anderen Einrichtungen, nicht aber von dieser Einrichtung beeinflusst.
Die Zeitpunkte, zu denen die einzelnen Einrichtungen der Behandlungsanlage - beispielweise die Kühleinrichtungen 6 und die Zwischengerüstkühleinrichtungen 15 von FIG 2 oder die Heizeinrichtungen 18 des Ofens von FIG 4 - auf den entspre- chenden Punkt 14 des Walzgutes 1 wirken, können ohne weiteres ermittelt werden. Insbesondere kann eine - dem Fachmann be¬ kannte - Wegverfolgung implementiert werden.
In einem Schritt S4 setzt der lokale Stellgrößenermittler 16 einen vorläufigen Stellgrößenverlauf an. In einem Schritt S5 ermittelt der lokale Stellgrößenermittler 16 innerhalb eines Prognosehorizonts anhand eines Modells 17 des Walzgutes 1, das innerhalb der Steuereinrichtung 10 implementiert ist, ei¬ nen erwarteten Zustand des entsprechenden Punktes 14, der am Ende des Prognosehorizonts erwartet wird. Der lokale Stell¬ größenermittler 16 ermittelt den erwarteten Zustand des entsprechenden Punktes 14 unter der Annahme, dass ein momentan gegebener Massenflussverlauf, mit dem der entsprechende Punkt 14 die Behandlungsanlage jetzt und in der Zukunft voraus- sichtlich durchläuft, nicht verändert wird.
In der Regel müssen zum Ermitteln des erwarteten Zustands zeitabhängige Differenzialgleichungen gelöst werden. Es ist in diesem Fall erforderlich, in kleinen zeitlichen Schritten den Zustand fortzuschreiben . In diesem Fall wird daher der gesamte Zustandsverlauf ermittelt. Die entsprechenden Modelle 17 sind als solche bekannt und nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Sie basieren auf der Fourierschen Wärmeleitungsgleichung, Phasenumwandlungsmodellen, Wärmeübergangsmodellen, Walzmodellen usw.. Im Rahmen der Prognose berücksichtigt der lokale Stellgrößen¬ ermittler 16 zum einen die Stellgröße S, mit der er als nächstes eine der den Zustand Z des entsprechenden Punktes 14 beeinflussenden Einrichtungen ansteuert. In Einzelfällen - beispielsweise wenn nur eine einzige Heiz¬ einrichtung 18 vorhanden ist - gibt der lokale Stellgrößenermittler 16 nur zu einem einzigen Zeitpunkt eine Stellgröße S aus. In der Regel gibt der lokale Stellgrößenermittler 16 jedoch zu mehreren Zeitpunkten jeweils eine Stellgröße S an die den jeweiligen Punkt 14 des Walzgutes 1 gerade beeinflussende Einrichtung aus. Falls der zeitliche Abstand der weiteren Zeitpunkte vom momentanen Zeitpunkt, zu dem der lokale Stell¬ größenermittler seine Stellgröße S ausgibt, kleiner als der Prognosehorizont des lokalen Stellgrößenermittlers 16 ist, ermittelt der lokale Stellgrößenermittler 16 nicht nur die als nächstes auszugebende Stellgröße S, sondern auch für die innerhalb des Prognosehorizonts liegenden weiteren Zeitpunkte jeweils eine erwartete Stellgröße. Auch hier geht der lokale Stellgrößenermittler 16 davon aus, dass sich der momentane Massenflussverlauf, mit dem der betrachtete Punkt 14 jetzt und in der Zukunft die Behandlungsanlage voraussichtlich durchläuft, nicht ändert. Die ermittelten erwarteten Stell¬ größen berücksichtigt der lokale Stellgrößenermittler 16 selbstverständlich bei der Ermittlung des am Ende des Progno- sehorizonts erwarteten Zustands des entsprechenden Punktes 14 des Walzgutes 1. Der lokale Stellgrößenermittler 16 kann zu diesem Zweck insbesondere als modellprädiktiver Regler ausgebildet sein. In einem Schritt S5 ermittelt der lokale Stellgrößenermittler 16 durch Optimieren (d. h. Minimieren oder Maximieren) einer Zielfunktion seine Stellgröße S. In die Zielfunktion geht - selbstverständlich - die Abweichung des prognostizierten Zu- Stands von einem korrespondierenden Sollzustand des Punktes 14 des Walzgutes 1 ein. Alternativ können hierbei die Zustände selbst oder aus den Zuständen abgeleitete Größen herange¬ zogen werden. Zusätzlich zum gewünschten Endzustand können der Steuereinrichtung 10 auch für andere Orte der Behandlungsanlage und/ oder für bestimmte Zeiten, gerechnet ab dem Einlaufen des entsprechenden Punktes 14 des Walzgutes 1 in die Behandlungs¬ anlage, gewünschte Zwischenzustände vorgegeben sein. Falls dies der Fall ist, werden für die entsprechenden Orte und/ oder Zeiten selbstverständlich entsprechende gewünschte Zwischengrößen ermittelt und bei der Ermittlung der Stellgröße S des lokalen Stellgrößenermittlers 16 berücksichtigt. Die Zielfunktion ist in der Regel eine Funktion mit einer Vielzahl von Variablen. Die Zielfunktion wird in der Regel gemäß dem SQP-Verfahren minimiert (oder maximiert) . Das SQP- Verfahren ist Fachleuten bekannt. Der lokale Stellgrößenermittler 16 gibt die von ihm ermittelte, momentan auszugebende Stellgröße S in einem Schritt S7 an diejenige Einrichtung aus, mittels welcher der Zustand Z des betreffenden Punktes 14 momentan beeinflusst werden kann. Die entsprechende Einrichtung ermittelt die Steuereinrichtung 10 beispielsweise mittels der bereits erwähnten Wegverfolgung. Weiterhin aktualisiert der jeweilige lokale Stellgrößener¬ mittler 16 den Zustand Z des ihm zugeordneten Punktes 14.
Wie bereits erwähnt und auch in FIG 2 dargestellt, kann der lokale Stellgrößenermittler 16 beispielsweise auf Kühleinrichtungen 6, 15 wirken. Die Kühleinrichtungen können in der Kühlstrecke von FIG 2 angeordnet sein. Alternativ oder zu¬ sätzlich können die Kühleinrichtungen in der Fertigstraße an- geordnet sein, also in dem gemäß FIG 2 vorgeordneten Anlagenteil 2. Ebenso kann beispielsweise in den Ausgestaltungen der FIG 4 und 5 der lokale Stellgrößenermittler 16 auf die Heizeinrichtungen 18 des Ofens wirken. Auch in diesem Fall sind die entsprechenden Einrichtungen somit im vorgeordneten Anlagenteil 2 angeordnet.
Der Prädiktionshorizont des lokalen Stellgrößenermittlers 16 ist geeignet bestimmt. Er ist insbesondere derart bestimmt, dass bei üblichen Walzgutgeschwindigkeiten der lokale Stellgrößenermittler 16 zu einem Zeitpunkt, zu dem er eine im vorgeordneten Anlagenteil 2 befindliche Einrichtung ansteuert (beispielsweise bei der Ausgestaltung gemäß FIG 2 eine der Zwischengerüstkühleinrichtungen 15 oder bei der Ausgestaltung gemäß FIG 4 eine der Heizeinrichtungen 18 des Ofens) einen prognostizierten Zustand des entsprechenden Punktes 14 des Walzgutes 1 berücksichtigt, der von dem entsprechenden Punkt 14 des Walzgutes 1 erst dann angenommen wird, wenn sich der entsprechende Punkt 14 im nachgeordneten Anlagenteil 3 befin- det.
Dieser Sachverhalt ist in FIG 2 anschaulich dadurch dargestellt, dass rein beispielhaft verschiedene mögliche Progno¬ sehorizonte eingezeichnet sind. Die möglichen Prognosehori- zonte sind in FIG 2 mit den Bezugszeichen PHl bis PH3 be¬ zeichnet .
Gemäß dem Prognosehorizont PHl berücksichtigt der lokale Stellgrößenermittler 16 dann, wenn er die Stellgröße S für die letzte Zwischengerüstkühleinrichtung 15 der Fertigstraße ermittelt, erwartete Zustände des entsprechenden Punktes 14 des Walzgutes 1, die der entsprechende Punkt 14 erst in der Kühlstrecke annimmt. Entsprechend dem Prognosehorizont PH2 ist dies bereits dann der Fall, wenn der lokale Stellgrößen- ermittler 16 die Stellgröße S für die vorletzte Zwischenge¬ rüstkühleinrichtung 15 ermittelt. Gemäß dem Prognosehorizont PH3 kann der Prognosehorizont sogar derart bestimmt sein, dass er sich vom erstmaligen Beeinflussen des Zustands des Walzgutes 1 im vorgeordneten Anlagenteil 2 (also beispiels¬ weise bei FIG 2 bei der dem ersten Walzgerüst 4 vorgeordneten Zwischengerüstkühleinrichtung 15, bei der Ausgestaltung gemäß FIG 4 bei der ersten Heizeinrichtung 18) bis zum Auslaufen des Walzgutes 1 aus dem nachgeordneten Anlagenteil 3 er¬ streckt. Analoge Ausführungen gelten selbstverständlich auch bei den Ausgestaltungen der Behandlungsanlage gemäß den FIG 3, 4 und 5. Der Prognosehorizont kann statisch oder dynamisch sein. Vorzugsweise ist der Prognosehorizont zu Beginn der Prognose statisch, bis der Prognosehorizont das Ende des nachgeordne¬ ten Anlagenteils 3 (bzw. allgemein des letzten in das erfindungsgemäße Steuerverfahren einbezogenen Anlagenteils) er- reicht. Danach wird der Prognosehorizont vorzugsweise dyna¬ misch verkürzt, so dass er sich von der jeweiligen aktuellen Position des dem jeweiligen lokalen Stellgrößenermittlers 16 zugeordneten Punktes 14 bis zum Ende des nachgeordneten Anlagenteils 3 erstreckt. Man kann sich den Prognosehorizont in diesem Fall wie einen Teleskopstab vorstellen, bei dem ein Ende an den dem jeweiligen lokalen Stellgrößenermittler 16 zugeordneten Punkt 14 gebunden ist und das andere Ende „in die Zukunft ragt". Der Teleskopstab bleibt ausgezogen, bis das andere Ende an das Ende des nachgeordneten Anlagenteils 3 „anstößt". Danach wird der Teleskopstab entsprechend „zusam¬ mengeschoben" .
In Schritten S8 und S9 prüft die Steuereinrichtung 10, ob der betreffende Punkt 14 aus dem nachgeordneten Anlagenteil 3 ausgetreten ist, also beispielsweise bei der Ausgestaltung von FIG 2 die Kühlstrecke verlassen hat. Wenn dies nicht der Fall ist, geht die Steuereinrichtung 10 zum Schritt S4 zu¬ rück. Wenn dies der Fall ist, geht die Steuereinrichtung 10 zu einem Schritt S10 über. Im Schritt S10 löscht die Steuer- einrichtung 10 den für den ausgetretenen Punkt 14 implementierten lokalen Stellgrößenermittler 16. Der ausgetretene Punkt 14 wird - zumindest im Rahmen des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens - nicht weiter betrachtet. Gegebenenfalls ist es möglich, zwischen den einzelnen Anlagenteilen 2, 3 und/oder hinter dem nachgeordneten Anlagenteil 3 - gemäß der Ausgestaltung von FIG 2 also beispielsweise zwischen der Fertigstraße und der Kühlstrecke und/oder hinter der Kühlstrecke - weitere Messeinrichtungen 19 anzuordnen, mittels derer eine mit der gewünschten Endgröße korrelierte Größe G erfasst wird, beispielsweise die Temperatur T des entsprechenden Punktes 14 des Walzgutes 1. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, das Modell 17 zu adaptieren. Die entsprechende Vorgehensweise ist als solche bekannt und als solche nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Das Verfahren von FIG 6 wird getaktet ausgeführt. Beispiels¬ weise wird jeweils mit einem Arbeitstakt, der in der Regel zwischen 0,1 und 1,0 Sekunden liegt, jeweils ein neuer Punkt 14 des Walzgutes 1 erfasst. Bevorzugte Werte des Arbeitstak¬ tes liegen zwischen 0,2 und 0,5 Sekunden, beispielsweise bei 0,3 Sekunden. Die Steuereinrichtung 10 führt das obenstehend in Verbindung mit FIG 6 erläuterte Verfahren daher parallel für alle Punkte 14 aus, die sich zu einem bestimmten Zeit¬ punkt in der Behandlungsanlage befinden.
Weiterhin weist das Walzgut 1 beim Einlaufen in den vorgeordneten Anlagenteil 2 eine - konstante oder variable - Ein- gangsgeschwindigkeit v auf. Jeder der Punkte 14 korrespon¬ diert daher mit einem Abschnitt des Walzgutes 1, dessen Länge dem Produkt des Arbeitstaktes mit der momentanen Eingangsge¬ schwindigkeit v ist, mit welcher der entsprechende Punkt 14 in den vorgeordneten Anlagenteil 2 einläuft.
Das nachfolgend in Verbindung mit FIG 7 erläuterte Verfahren wird vorzugsweise bei der Ausgestaltung der Behandlungsanlage gemäß FIG 2 oder FIG 3 angewendet. Das Verfahren weist
Schritte Sil bis S24 auf. Die Schritte Sil bis S20 korrespon- dieren 1:1 mit den Schritten Sl bis S10 von FIG 6. Zu den
Schritten Sil bis S20 sind daher keine näheren Erläuterungen mehr erforderlich. Im Schritt S21 implementiert die Steuereinrichtung 10 einen globalen Stellgrößenermittler 20 (siehe FIG 10 und 11) . Der globale Stellgrößenermittler 20 wirkt auf den Massenfluss des Walzgutes 1 und damit auf alle Punkte 14/Abschnitte 14 des Walzgutes 1 gleichzeitig. Die Einbindung des globalen Stell¬ größenermittlers 20 in das erfindungsgemäße Steuerverfahren wird durch die Schritte S22 und S23 erreicht.
Im Schritt S22 ermittelt der globale Stellgrößenermittler 20 einen neuen Massenflussverlauf . Die Ermittlung erfolgt anhand der von den lokalen Stellgrößenermittlern 16 im Schritt S16 ermittelten Stellgrößen S. Der globale Stellgrößenermittler 20 berücksichtigt im Rahmen des Schrittes S22 vorzugsweise sowohl die von den lokalen Stellgrößenermittlern 16 im
Schritt S17 auszugebenden Stellgrößen S als auch die von den lokalen Stellgrößenermittlern 16 ermittelten erwarteten
Stellgrößen, die innerhalb des Prognosehorizonts der lokalen Stellgrößenermittler 16 liegen. Der globale Stellgrößenermittler 20 bewertet im Rahmen des Schrittes S22 die Stellgrößen S der lokalen Stellgrößenermittler 16 anhand mindestens einer Bewertungsgröße. Sowohl die Bewertungsgrößen als auch die von den lokalen Stellgrößenermittlern 16 ermittelten Stellgrößen S stellen somit Ein- gangsgrößen des globalen Stellgrößenermittlers 20 dar. Bei den Bewertungsgrößen kann es sich (pro lokalem Stellgrößenermittler 16) insbesondere um mindestens eine der folgenden Größen handeln: - eine minimal mögliche Stellgröße,
- eine maximal mögliche Stellgröße,
- einen Zwischenwert, der zwischen der minimal möglichen
Stellgröße und der maximal möglichen Stellgröße liegt, und
- eine maximal mögliche Stellgrößenänderung.
Die ersten drei der genannten Größen sind für jede Stellgröße (egal, ob im Schritt S15 auszugeben oder nur innerhalb des Prognosehorizonts liegend) jeweils auf die Einrichtung 6, 15, 18 bezogen, auf die der jeweilige lokale Stellgrößenermittler 16 zum entsprechenden Ausgabezeitpunkt wirkt. Die Berücksichtigung der maximal möglichen Stellgrößenänderung ist nur dann sinnvoll, wenn der globale Stellgrößenermittler 20 mehrere Stellgrößen S miteinander in Bezug setzt, die vom selben lokalen Stellgrößenermittler 16 oder von mehreren lokalen
Stellgrößenermittlern 16 nacheinander an dieselbe Einrichtung 6, 15, 18 ausgegeben werden. Insbesondere kann der globale Stellgrößenermittler 20 analog zu den lokalen Stellgrößenermittlern 16 eine Zielfunktion aufstellen und optimieren. Insbesondere kann die Zielfunktion Strafterme enthalten, mit denen bestraft wird, - wenn die Stellgrößen S der lokalen Stellgrößenermittler 16 sich der minimalen Stellgrenze und/oder der maximalen
Stellgrenze annähern,
- wenn die Stellgrößen S der lokalen Stellgrößenermittler 16 sich zu weit von dem Zwischenwert entfernen und/oder
- wenn eine angeforderte Stellgrößenänderung sich der maximal möglichen Stellgrößenänderung annähert.
In analoger Weise können auch die Stellgrößen S' des globalen Stellgrößenermittlers 20 bewertet werden.
Durch Variieren des Massenflussverlaufs versucht der globale Stellgrößenermittler 20 im Schritt S22, die Bewertung zu optimieren. Beispielsweise versucht der globale Stellgrößener¬ mittler 20, die von den lokalen Stellgrößenermittlern 16 aus- zugebenden und erwarteten Stellgrößen S innerhalb des zulässigen Bereichs zu halten, möglichst von den Stellgrenzen beabstandet zu halten und die erwarteten Änderungsgeschwindigkeiten innerhalb des zulässigen Rahmens zu halten. Gleichzeitig berücksichtigt der globale Stellgrößenermittler 20 die korrespondierenden Grenzen für den Massenfluss. Auch der globale Stellgrößenermittler 20 kann als modellprädiktiver Regler ausgebildet sein. Im Schritt S23 ermitteln die lokalen Stellgrößenermittler 16 ihre endgültigen Stellgrößen S anhand der vorläufigen Stellgrößen, des im Schritt S22 neu ermittelten Massenflussver- laufs und des zuvor gültigen Massenflussverlaufs . Im Gegen- satz zum Schritt S16, bei dem die lokalen Stellgrößenermitt¬ ler den erwarteten Zustand des entsprechenden Abschnitts 14 des Walzgutes 1 bis zu ihrem Prognosehorizont errechnen müs¬ sen, kann es im Rahmen des Schrittes S20 ausreichen, lediglich die momentan auszugebenden Stellgrößen S zu skalieren. Auch eine komplette Neuberechnung ist aber nicht ausgeschlos¬ sen. Unabhängig von der konkreten Vorgehensweise sind auf Grund der Modifikation der Stellgrößen S im Schritt S23 die im Schritt S16 ermittelten Stellgrößen S jedoch nur vorläufige Stellgrößen S.
Im Schritt S17 geben nur die lokalen Stellgrößenermittler 16 ihre Stellgröße S an die entsprechenden Einrichtungen 6, 15, 18 aus. In einem Schritt S24, der quasi simultan zum Schritt S17 ausgeführt wird, gibt der globale Stellgrößenermittler 20 an Stellglieder für den Massenfluss - beispielsweise an Dreh¬ zahlregelungen 21 für die Walzgerüste 4 - entsprechende
Stellgrößen S' aus.
Die in Verbindung mit FIG 7 beschriebene Vorgehensweise ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn entsprechend FIG 3 kei¬ ne Zwischengerüstkühleinrichtungen 15 vorhanden sind. Sie ist jedoch auch dann möglich, wenn die Zwischengerüstkühleinein- richtungen 15 vorhanden sind. Unabhängig davon, ob die Zwi- schengerüstkühleinrichtungen 15 vorhanden sind oder nicht, gibt der globale Stellgrößenermittler 20 seine Stellgrößen S' jedoch zu einem Zeitpunkt aus, zu dem sich mehrere Abschnitte 14 im vorgeordneten Anlagenteil 2 (gemäß FIG 2 und FIG 3 bei¬ spielsweise die Fertigstraße) befinden. Analog zu den lokalen Stellgrößenermittlern 16 weist auch der globale Stellgrößenermittler 20 einen Prognosehorizont auf. Der Prognosehorizont kann analog zu FIG 2 nach Bedarf be¬ stimmt sein. Er kann gleich dem Prognosehorizont der lokalen Stellgrößenermittler 16 sein oder von diesem verschieden sein. FIG 3 zeigt - rein beispielhaft - einige mögliche Prog¬ nosehorizonte des globalen Stellgrößenermittlers 20, in FIG 3 mit PH4 und PH5 bezeichnet. Minimal (siehe den Prognosehori- zont PH4) erstreckt sich der Prognosehorizont vom Anfang des vorgeordneten Anlagenteils 2 bis zur ersten Einrichtung 6 des nachgeordneten Anlagenteils 3, mittels derer der Zustand des Walzgutes 1 lokal beeinflusst werden kann. Maximal (siehe den Prognosehorizont PH5) erstreckt sich der Prognosehorizont vollständig vom Anfang des vorgeordneten Anlagenteils 2 bis zum Ende des nachgeordneten Anlagenteils 3, also bis zum Aus¬ laufen des Walzgutes 1 aus dem nachgeordneten Anlagenteil 3. Auch noch größere Prognosehorizonte sind möglich. Analoge Ausführungen gelten selbstverständlich auch für die Ausge- staltungen der Behandlungsanlage gemäß den FIG 2 und 4.
Wenn der globale Stellgrößenermittler 20 vorhanden ist, ist es sogar möglich, dass die Eingangsgrößen des globalen Stellgrößenermittlers 20 auch erwartete Zustände von Abschnitten 14 des Walzgutes 1 umfassen, die noch nicht in den vorgeord¬ neten Anlagenteil 2 eingelaufen sind. Es ist hierfür ledig¬ lich erforderlich, pro Abschnitt 14 den entsprechenden lokalen Stellgrößenermittler 16 rechtzeitig vorher zu implementieren, zu initialisieren und zu starten. Sofern dieser loka- le Stellgrößenermittler 16 weiterhin für den noch nicht in den vorgeordneten Anlagenteil 2 eingelaufenen Abschnitt 14 des Walzgutes 1 bereits erwartete lokale Stellgrößen ermit¬ telt, umfassen die Eingangsgrößen des globalen Stellgrößenermittlers 20 auch diese erwarteten Stellgrößen sowie die kor- respondierenden Bewertungsgrößen.
Die Vorgehensweise von FIG 7 ist auch bei einer Behandlungs¬ anlage gemäß FIG 2 anwendbar. Auch ist sie bei einer Behand¬ lungsanlage gemäß FIG 4 anwendbar.
Wie obenstehend beschrieben, erfolgt bei der Ermittlung der Stellgrößen S' des globalen Stellgrößenermittlers 20 und der Stellgrößen S der lokalen Stellgrößenermittler 16 eine Prog- nose der Zustände Z der Abschnitte 14 des Walzgutes 1. Zu¬ sätzlich ist es möglich, dass die Steuereinrichtung 20 für mindestens eine der den Zustand Z des Walzgutes 1 beeinflus¬ senden Einrichtungen 6, 15, 18, 21 innerhalb eines weiteren (zweiten) Prognosehorizonts erwartete Zustände der jeweiligen Einrichtung 6, 15, 18, 21 ermittelt und die während dieses Prognosehorizonts erwarteten Zustände der jeweiligen Einrichtung 6, 15, 18, 21 bei der Ermittlung der von den Stellgrößenermittlern 16, 20, an die jeweilige Einrichtung 6, 15, 18, 21 ausgegebenen Stellgrößen S, S' berücksichtigt. Dies wird nachfolgend in Verbindung mit den FIG 8 und 9 näher erläu¬ tert. FIG 8 zeigt hierbei eine mögliche Ausgestaltung von FIG 6, FIG 9 eine mögliche Ausgestaltung von FIG 7. Gemäß FIG 8 sind zwischen die Schritte S6 und S7 zusätzliche Schritte S31 und S32 eingefügt. Im Schritt S31 ermittelt die Steuereinrichtung 10 für mindestens eine der Einrichtungen 6, 15, 18, die von den lokalen Stellgrößenermittlern 16 beein- flusst werden, deren erwartete Zustände. Im Schritt S32 kor- rigiert die Steuereinrichtung 10, soweit erforderlich, unter Berücksichtigung der erwarteten Zustände der jeweiligen Einrichtung 6, 15, 18 die Stellgrößen S, die von den lokalen Stellgrößenermittlern 16 an die Einrichtungen 6, 15, 18 ausgegeben werden.
Die Vorgehensweise von FIG 8 wird nachfolgend anhand eines einfachen Beispiels näher erläutert.
Man nehme an, eine bestimmte Kühleinrichtung 6 der Kühlstre- cke beaufschlagt in einem bestimmten Arbeitstakt der Steuer¬ einrichtung 10 einen bestimmten Abschnitt 14 des Walzgutes 1 mit einem Kühlmittel (beispielsweise Wasser) . Im nächsten Ar¬ beitstakt beaufschlagt die gleiche Kühleinrichtung 6 den nächsten Abschnitt 14, im übernächsten Arbeitstakt den über- nächsten Abschnitt 14.
Der lokale Stellgrößenermittler 16, der in dem bestimmten Arbeitstakt auf die genannte Kühleinrichtung wirkt, hat als re- lative Stellgröße 80 % ermittelt. Der nächste und der über¬ nächste lokale Stellgrößenermittler 16, welche den beiden nachfolgenden Abschnitten 14 des Walzgutes 1 zugeordnet sind, haben als erwartete Stellgrößen 50 % und 20 % ermittelt.
Weiterhin wird angenommen, dass die auf die erstgenannte
Kühleinrichtung 6 nachfolgende Kühleinrichtung 6 von den drei soeben genannten lokalen Stellgrößenermittlern mit 60 %, 60 % und 40 % angesteuert werden sollen. Man nehme weiterhin an, dass die Kühleinrichtungen 6 gleich ausgebildet sind und ih- ren Kühlmittelfluss von Arbeittakt zu Arbeitstakt maximal um 25 % ändern können.
Wenn unter den oben genannten Annahmen die Schritte S31 und S32 nicht vorhanden sind, wird nur der die beiden Kühlein- richtungen 6 zuerst durchlaufende Abschnitt 6 korrekt mit
80 % und 60 % gekühlt. Der zweite Abschnitt kann jedoch von der ersten Kühleinrichtung nur mit 55 % gekühlt werden, weil die erste Kühleinrichtung 6 den Kühlmittelmengenfluss , ausgehend von 80 %, nicht schneller drosseln kann. Der Fehler be- trägt also 5 %. Der nächste Abschnitt wird mit 30 % statt mit 20 % gekühlt. Der Grund ist der gleiche: Die entsprechende Kühleinrichtung 6 kann den Kühlmittelmengenfluss nur von 55 % auf 30 % drosseln. Unter Berücksichtigung der Zustände der Kühleinrichtungen 6 und insbesondere deren Stellmöglichkeiten (minimaler und maximaler Kühlmittelfluss , maximale Kühlmittelflussänderung pro Arbeitstakt) ist es jedoch möglich, eine intelligente Ver¬ schiebung des Kühlmittelmengenflusses vorzunehmen, so dass beispielsweise der erste Abschnitt 14 von den beiden behan¬ delten Kühleinrichtungen 6 mit 75 % und 65 % gekühlt wird, der zweite Abschnitt mit 50 % und 60 % und der dritte Ab¬ schnitt 14 mit 25 % und 35% . Dadurch wird im Ergebnis er¬ reicht, dass - über beide Kühleinrichtungen 6 gesehen - die drei Abschnitte 14 des Walzgutes im Ergebnis mit der richti¬ gen Kühlmittelmenge gekühlt wird. Durch das geschickte Verla¬ gern der Kühlmittelmengen kann daher eine Optimierung erfolgen . In analoger Weise können bei der Vorgehensweise gemäß FIG 9 nach dem Schritt S16 Schritte S41 und S42 vorhanden sein. Die Schritte S41 und S42 entsprechen inhaltlich den Schritten S31 und S32 von FIG 8.
Alternativ oder zusätzlich können Schritte S43 und S44 vorhanden sein, die nach dem Schritt S23 eingefügt sind. Auch die Schritte S43 und S44 können inhaltlich den Schritten S31 und S32 von FIG 8 entsprechen. Das Vorhandensein der Schritte S43 und S44 zusätzlich zu den Schritten S41 und S42 kann insbesondere deshalb sinnvoll sein, weil sich auf Grund des Schrittes S22 die Stellgrößen S der lokalen Stellgrößenermittler 16 geändert haben können. Gegebenenfalls kann es weiterhin sinnvoll sein, dem Schritt S22 Schritte S45 und S46 nachzuordnen. In den Schritten S45 und S46 werden in Bezug auf die Stellglieder 21 für den Mas- senfluss zu den Schritten S31 und S32 analoge Vorgehensweisen ergriffen .
Wie bereits erwähnt, ermitteln die Stellgrößenermittler 16, 20 ihre jeweiligen Stellgrößen S, S' in der Regel durch Optimieren einer jeweiligen Zielfunktion. In die Zielfunktion können - zusätzlich zur Abweichung des prognostizierten Zu- Stands von einem korrespondierenden Sollzustand - vorzugswei¬ se eine oder mehrere der folgenden Größen eingehen:
- der Abstand der Stellgrößen S, S' von den Stellgrenzen der vom jeweiligen Stellgrößenermittler 16, 20 angesteuerten Einrichtungen 6, 15, 18, 21 (Minimal- und Maximalwerte);
- die Abweichungen der ausgegebenen und zukünftig erwarteten Stellgrößen S, S' von einem Zwischenwert, der meist etwa in der Mitte zwischen den Stellgrenzen der jeweiligen Einrichtung 6, 15, 18, 21 liegt;
- eventuell, bezogen auf die jeweilige Einrichtung 6, 15, 18, 21, der Abstand der erwarteten Stellgrößenänderungen von der maximal möglichen Änderungsgeschwindigkeit der Stell¬ größen S, S' ; - insbesondere in dem Fall, dass die Behandlungsanlage einen Ofen aufweist, eine maximal zulässige Temperatur des Walz¬ gutes 1 und der Abstand der tatsächlichen Temperatur T von diesem Wert;
- ein Gesamtenergieverbrauch der Behandlungsanlage.
Die Zielfunktion wird (selbstverständlich) umso besser gelöst, je geringer die Abweichung des innerhalb des Prognose¬ horizonts PH1 bis PH5 erwarteten Zustands und/oder des am En- de des Prognosehorizonts PH1 bis PH5 erwarteten Zustands von entsprechenden Sollzuständen ist. Sofern eine oder mehrere der oben genannten weiteren Größen berücksichtigt werden, wird die Zielfunktion umso besser gelöst, - je weiter die ausgegebenen und zukünftigen Stellgrößen S, S' von den Stellgrenzen der jeweils angesteuerten Einrichtungen 6, 15, 18, 21 entfernt sind,
- je näher die Abweichungen der ausgegebenen und zukünftig erwarteten Stellgrößen S, S' an den Zwischenwerten liegen und/oder
- je weiter die angeforderten Änderungsgeschwindigkeiten von den maximal möglichen Änderungsgeschwindigkeiten der ausgegebenen und zukünftigen Stellgrößen S, S' entfernt sind. Alternativ oder zusätzlich - vorzugsweise alternativ - zum Berücksichtigen der Stellgrenzen und der maximal möglichen Änderungsgeschwindigkeiten der Stellgrößen S, S' ist es möglich, zusätzlich zur Zielfunktion entsprechende Gleichungsund Ungleichungsnebenbedingungen aufzustellen. In diesem Fall werden die Nebenbedingungen im Rahmen der Optimierung (= Ma- ximierung oder Minimierung) der Zielfunktion berücksichtigt. Beispielsweise kann bei der Optimierung der Zielfunktion als zu beachtende Nebenbedingung aufgestellt werden, dass die Kühlung durch die Kühleinrichtungen 6, 15 nicht negativ sein kann und einen gewissen (anlagenspezifischen, gegebenenfalls auch dynamischen) Maximalwert nicht übersteigen kann. Das erwähnte SQP-Verfahren ist in der Lage, derartige Nebenbedingungen zu berücksichtigen. Die Steuereinrichtung 10, die das erfindungsgemäße Steuerver¬ fahren implementiert, muss eine hohe Rechenleistung aufwei¬ sen. Es kann möglich sein, diese Rechenleistung entsprechend der Darstellung von FIG 10 in einer einzigen, einheitlichen, nicht in mehrere Teilsteuereinrichtungen aufgeteilten Steuereinrichtung 10 zu realisieren, welche die gesamte Behand¬ lungsanlage steuert. Alternativ ist es entsprechend der Dar¬ stellung von FIG 11 möglich, dass die Steuereinrichtung 10 in mehrere Teilsteuereinrichtungen 22 aufgeteilt ist. Wenn eine derartige Aufteilung vorgenommen wird, ist jedoch vorzugswei¬ se jeder implementierte lokale Stellgrößenermittler 16 während des gesamten Durchlaufs des jeweiligen Abschnitts 14 des Walzgutes 1 durch die Behandlungsanlage auf ein und derselben Teilsteuereinrichtung 22 implementiert. Es ist also vorzugs- weise nicht so, dass der jeweilige lokale Stellgrößenermitt¬ ler 16 beispielsweise von der in FIG 11 links dargestellten Teilsteuereinrichtung 22 zu der in FIG 11 rechts dargestellten Teilsteuereinrichtung 22 übertragen wird, wenn - beispielsweise - der entsprechende Abschnitt 14 des Walzgutes 1 vom vorgeordneten Anlagenteil 2 in den nachgeordneten Anlagenteil 3 übertritt.
Die obenstehend erläuterten Vorgehensweisen sind in analoger Form auch auf die Ausgestaltungen der Behandlungsanlage gemäß den FIG 4 und 5 anwendbar. Der einzige wesentliche Unter¬ schied besteht darin, dass die Abschnitte 14 des Walzgutes 1 mittels der Heizeinrichtungen 18 des Ofens nicht gekühlt, sondern erhitzt werden. Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbeson¬ dere ist erstmals eine anlagenteilübergreifende Prognose rea¬ lisiert. Denn im Stand der Technik wird zwar bereits eine Mo¬ dellprädiktion und damit verbunden eine Prognose verwendet. Die Prognosen erfolgen im Stand der Technik jedoch stets auf dem jeweiligen Anlagenteil 2, 3 beschränkt.
Weiterhin ist es insbesondere bei der Ausgestaltung der Behandlungsanlage gemäß den FIG 4 und 5 möglich, den Ofen als vorgeordneten Anlagenteil 2 dazu zu verwenden, die Endwalztemperatur am Auslauf der Fertigstraße als nachgeordnetem Anlagenteil 3 einzustellen. Lediglich der Prognosehorizont muss hierzu hinreichend groß gewählt werden.
Diese Ausgestaltung ist insbesondere dann von entscheidender Bedeutung, wenn in der Fertigstraße zum einen keine Zwischen- gerüstkühleinrichtungen 15 vorhanden sind und zum anderen die Eingangsgeschwindigkeit v, mit welcher das Walzgut 1 in die Fertigstraße einläuft, aus technologischen Gründen festgelegt ist. Denn dann stehen innerhalb der Fertigstraße keinerlei Stellglieder zur Verfügung, mittels derer die Endwalztemperatur am Ausgang der Fertigstraße eingestellt werden kann.
Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise kann jedoch der Ofen (= vorgeordneter Anlagenteil 2) dazu verwendet werden, die Endwalztemperatur (nicht die Eingangstemperatur am Ein- lauf der Fertigstraße) entsprechend einzustellen.
Die Eingangsgeschwindigkeit v, mit der das Walzgut 1 in die Fertigstraße einläuft, kann beispielsweise deshalb festgelegt sein, weil der Fertigstraße entsprechend der Darstellung von FIG 5 zum einen als weitere vorgeordnete Einrichtung 7 die Vorstraße und dieser wiederum die Stranggießanlage 8 vorge¬ ordnet sind. Denn eine Gießgeschwindigkeit der Stranggießan- läge 8 ist im Wesentlichen durch das Erstarrungsverhalten des gegossenen Metalls bestimmt und nur in sehr engen Grenzen einstellbar. Die Eingangsgeschwindigkeit v des Walzgutes 1 ist in diesem Fall durch die mehr oder minder fest vorgegebene Gießgeschwindigkeit und die Querschnittabnahme des Walzgu- tes 1 in der Vorstraße festgelegt.
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. Steuerverfahren für eine Behandlungsanlage für ein langge¬ strecktes Walzgut (1), insbesondere ein bandförmiges Walzgut (1) ,
- wobei die Behandlungsanlage zumindest einen vorgeordneten Anlagenteil (2) und einen nachgeordneten Anlagenteil (3) aufweist, die von dem Walzgut (1) unmittelbar nacheinander durchlaufen werden,
- wobei der vorgeordnete oder der nachgeordnete Anlagenteil (2, 3) als Fertigstrasse ausgebildet ist, in der das Walz¬ gut (1) querschnittreduzierend gewalzt wird, und der andere Anlagenteil (3, 2) als von der Fertigstrasse verschiedener Anlagenteil ausgebildet ist,
- wobei einer Steuereinrichtung (10) für die Behandlungsanla¬ ge für Abschnitte (14) des die Behandlungsanlage durchlau¬ fenden Walzgutes (1) jeweils zumindest eine Endgröße vorge¬ geben ist,
- wobei die jeweilige Endgröße aus einem jeweiligen gewünsch- ten Endzustand (Z*) abgeleitet ist, den der jeweilige Ab¬ schnitt (14) des Walzgutes (1) nach dem Durchlaufen des nachgeordneten Anlagenteils (3) aufweisen soll,
- wobei die Steuereinrichtung (10) mindestens einen Stellgrö¬ ßenermittler (16, 20) implementiert,
- wobei der Stellgrößenermittler (16, 20) an mindestens eine den Zustand (Z) mindestens eines der Abschnitte (14) des die Behandlungsanlage durchlaufenden Walzgutes (1) beein¬ flussende Einrichtung (6, 15, 18, 21) eine Stellgröße (S, S' ) ausgibt,
- wobei der Stellgrößenermittler (16, 20) die Stellgröße (S, S' ) zu einem Zeitpunkt ausgibt, zu dem der mindestens eine Abschnitt (14) sich im vorgeordneten Anlagenteil (2) befindet,
- wobei der Stellgrößenermittler (16, 20) bei der Ermittlung der Stellgröße (S, S' ) modellgestützt ermittelte erwartete
Zustände des mindestens einen Abschnitts (14) des Walzgutes (1) berücksichtigt, die innerhalb eines ersten Prognoseho- rizonts (PH1 bis PH5) des jeweiligen Stellgrößenermittlers (16, 20) liegen,
- wobei der erste Prognosehorizont (PH1 bis PH5) derart be¬ stimmt ist, dass der Stellgrößenermittler (16, 20) bei der Ermittlung der von ihm ausgegebenen Stellgröße (S, S' ) mindestens einen für den mindestens einen Abschnitt (14) des Walzgutes (1) prognostizierten Zustand berücksichtigt, der für den mindestens einen Abschnitt (14) des Walzgutes (1) im nachgeordneten Anlagenteil (3) erwartet wird.
2. Steuerverfahren 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 die Steuereinrichtung (10) für jeden Abschnitt (14) des Walzgutes (1) jeweils einen Stellgrößenermittler (16) implementiert, der während des gesamten Durchlaufs des je¬ weiligen Abschnitts (14) des Walzgutes (1) durch die Be¬ handlungsanlage als lokaler Stellgrößenermittler (16) an den jeweiligen Abschnitt (14) des Walzgutes (1) gekoppelt bleibt, und
- dass der jeweilige lokale Stellgrößenermittler (16) dann an eine den Zustand (Z) des die Behandlungsanlage durchlaufen¬ den Walzgutes (1) lokal beeinflussende Einrichtung (6, 15, 18) eine Stellgröße (S) ausgibt, wenn die jeweilige Ein¬ richtung (6, 15, 18) auf den jeweiligen Abschnitt (14) des Walzgutes (1) wirkt.
3. Steuerverfahren nach Anspruch 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass min¬ destens eine der den Zustand (Z) des die Behandlungsanlage durchlaufenden Walzgutes (1) lokal beeinflussenden Einrichtungen (15, 18) im vorgeordneten Anlagenteil (2) angeordnet ist .
4. Steuerverfahren nach Anspruch 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 die
Steuereinrichtung (10) als einheitliche, nicht in mehrere Teilsteuereinrichtungen aufgeteilte, die gesamte Behandlungs¬ anlage steuernde Steuereinrichtung (10) ausgebildet ist oder dass die Steuereinrichtung (10) zwar in mehrere Teilsteuereinrichtungen (22) aufgeteilt ist, der jeweilige lokale
Stellgrößenermittler (16) aber während des gesamten Durchlaufs des jeweiligen Abschnitts (14) des Walzgutes (1) durch die Behandlungsanlage auf ein und derselben Teilsteuerein¬ richtung (22) implementiert ist.
5. Steuerverfahren 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 die Steuereinrichtung (10) für alle Abschnitte (14) des Walzgutes (1) einen Stellgrößenermittler (20) implementiert, der als globaler Stellgrößenermittler (20) auf den Massenfluss des Walzgutes (1) wirkt.
6. Steuerverfahren nach Anspruch 5 und einem der Ansprüche 2, 3 und 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
- dass die von den lokalen Stellgrößenermittlern (16) entsprechend der obenstehend erläuterten Weise ermittelten Stellgrößen (S) zunächst vorläufige Stellgrößen (S) sind, wobei die lokalen Stellgrößenermittler (16) die vorläufigen
Stellgrößen (S) unter der Annahme ermitteln, dass ein momentan gegebener Massenflussverlauf nicht verändert wird,
- dass der globale Stellgrößenermittler (20) anhand von Eingangsgrößen einen neuen Massenflussverlauf ermittelt,
- dass die Eingangsgrößen zumindest die von den lokalen
Stellgrößenermittlern (16) ermittelten vorläufigen Stellgrößen (S) sowie mindestens eine Bewertungsgröße für die vorläufigen Stellgrößen (S) umfassen, wobei die Bewertungsgröße eine minimal mögliche Stellgröße, eine maximal mögli- che Stellgröße, eine maximal mögliche Stellgrößenänderung oder ein Zwischenwert ist, der zwischen der minimal mögli¬ chen Stellgröße und der maximal möglichen Stellgröße liegt, und
- dass die lokalen Stellgrößenermittler (16) ihre endgültigen Stellgrößen (S) anhand der vorläufigen Stellgrößen (S) , des momentan gegebenen Massenflussverlaufs und des neuen Mas¬ senflussverlaufs ermitteln.
7. Steuerverfahren nach Anspruch 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die
Eingangsgrößen auch erwartete Zustände mindestens eines Ab¬ schnitts (14) des Walzgutes (1), der noch nicht in den vorge- ordneten Anlagenteil (2) eingelaufen ist, und/oder für diesen Abschnitt (14) des Walzgutes (2) von einem entsprechenden lokalen Stellgrößenermittler (16) ermittelte erwartete vorläu¬ fige Stellgrößen sowie die jeweils korrespondierende Bewer¬ tungsgröße umfassen.
8. Steuerverfahren 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 der mindestens eine Stellgrößenermittler (16, 20) zu mehreren Zeitpunkten jeweils eine Stellgröße (S, S' ) an die den Zustand (Z) mindestens eines der Abschnitte (14) des die Behandlungsanlage durchlaufenden Walzgutes (1) beein¬ flussende Einrichtung (6, 15, 18, 21) ausgibt,
- dass der zeitliche Abstand eines ersten und eines zweiten der Zeitpunkte kleiner als der erste Prognosehorizont (PH1 bis PH5) ist,
- dass der mindestens eine Stellgrößenermittler (16, 20) zur Ermittlung der zum ersten der Zeitpunkte ausgegebenen
Stellgröße (S, S' ) eine für den zweiten der Zeitpunkte er¬ wartete Stellgröße ermittelt und
- dass der mindestens eine Stellgrößenermittler (16, 20) die für den zweiten der Zeitpunkte erwartete Stellgröße bei der Ermittlung der zeitlich nach dem zweiten der Zeitpunkte, aber noch innerhalb des ersten Prognosehorizonts (PH1 bis PH5) liegenden prognostizierten Zustände berücksichtigt.
9. Steuerverfahren nach Anspruch 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der mindestens eine Stellgrößenermittler (16, 20) als modellprä- diktiver Regler ausgebildet ist.
10. Steuerverfahren 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 der erste Prognosehorizont (PH1 bis PH5) derart bestimmt ist, dass er sich zumindest vom erstmaligen Beeinflussen des ZuStands (Z) des Walzgutes (1) im vorgeordneten Anlagenteil (2) bis zum Auslaufen des Walzgutes (1) aus dem nachgeordneten Anlagenteil (3) erstreckt.
11. Steuerverfahren 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 die Steuereinrichtung (10) für mindestens eine der den Zustand (Z) des Walzgutes (1) beeinflussenden Einrichtungen (6, 15, 18, 21) innerhalb eines zweiten Prognosehorizonts erwartete
Zustände der jeweiligen Einrichtung (6, 15, 18, 21) ermittelt und dass die Steuereinrichtung (10) die während des zweiten Prognosehorizonts erwarteten Zustände der jeweiligen Einrichtung (6, 15, 18, 21) bei der Ermittlung der von den Stellgrö- ßenermittlern (16, 20) an die jeweilige Einrichtung (6, 15, 18, 21) ausgegebenen Stellgrößen (S, S' ) berücksichtigt.
12. Steuerverfahren 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 der Stellgrößenermittler (16, 20) die Stellgröße (S, S' ) durch Optimieren einer Zielfunktion ermittelt, wobei in die Zielfunktion außer der Abweichung eines prognostizierten Zustands mindestens eines Abschnitts (14) des Walzgutes (1) von einem entsprechenden Sollzustand ein Energieverbrauch der Behand- lungsanlage eingeht.
13. Computerprogramm, das Maschinencode (12) aufweist, der von einer Steuereinrichtung (10) für eine Behandlungsanlage für ein Walzgut (1), insbesondere ein bandförmiges Walzgut (1), unmittelbar abarbeitbar ist und dessen Abarbeitung durch die Steuereinrichtung (10) bewirkt, dass die Steuereinrichtung (10) ein Steuerverfahren mit allen Schritten eines Steuerverfahrens nach einem der obigen Ansprüche ausführt.
14. Computerprogramm nach Anspruch 13,
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 (13) in maschinenlesbarer Form gespeichert ist .
15. Steuereinrichtung für eine Behandlungsanlage für ein Walzgut (1), insbesondere ein bandförmiges Walzgut (1), 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 Steuerverfah- ren mit allen Schritten eines Steuerverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausführt.
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