EP3437748A1 - Massenflussregelung in walzanlagen - Google Patents
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- EP3437748A1 EP3437748A1 EP18181081.3A EP18181081A EP3437748A1 EP 3437748 A1 EP3437748 A1 EP 3437748A1 EP 18181081 A EP18181081 A EP 18181081A EP 3437748 A1 EP3437748 A1 EP 3437748A1
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Definitions
- the invention relates to a method for controlling a rolling train, preferably a cold rolling mill, which has one or more rolling stands with two work rolls each, which form a roll gap through which a rolled strip can be transported.
- the invention further relates to a control device and a rolling train.
- the thickness control of the rolled strip can be carried out during transport through the nip by means of a mass flow control, is calculated from the measured inlet side thickness and the measured inlet and outlet speeds, the thickness of the rolling stock after passing through the roll gap.
- the speed measurement at the outlet of the mill is often difficult to achieve.
- the measurement of the speed at the outlet of the first rolling stand can be difficult, for example due to slippage between rolling stock and measuring roll unit, emulsion / oil on the material being measured, steam or lack of space, for example if Laser is used for the measurement.
- An object of the invention is to provide a method and an apparatus for controlling a rolling train, preferably a cold rolling mill, which enable a high degree of control accuracy with a design simplification of the rolling train.
- the method according to the invention serves to control or regulate (here used synonymously) a rolling train, preferably a cold rolling mill.
- the rolling train has one or more rolling stands, each with two work rolls on, which form a nip through which a rolled strip is transportable.
- the rolled strip is a strip-shaped metal material, such as steel or a non-ferrous metal, which is subjected to a single or multi-stage rolling process by the work rolls.
- One or both work rolls of the respective roll stand can be moved relative to one another, so that the roll gap, ie the distance between the work rolls, is adjustable.
- a reference speed is provided, which is a parameter for controlling the rolling train.
- the reference speed may, for example, be a target speed with which the rolled strip is to be transported through the rolling train, for example when the rolling train is in a stationary or quasi-stationary state after starting.
- the reference speed may be a speed parameter with which a roller, preferably work roll, deflection roller or reel, is driven in the rolling train.
- the reference speed may also be another parameter as long as it is not determined by measuring the exit speed of the rolling belt from the nip.
- the reference speed may be set in advance, it may be constant or a function of time.
- the speed and thickness of the rolled strip are measured prior to entering the nip.
- the nip of the respective and / or one or more other stands in the rolling train is set based on the measured speed and thickness prior to entering the nip and the reference speed.
- the control is therefore not taking into account any measured measured or calculated from actual sizes of the rolling train outlet side belt speed but using the reference speed, ie a parameter for controlling the rolling train.
- the Calculation of the mass flow thickness, ie the product of belt speed and belt thickness which is a maintenance size when passing through the rolling stands (in the inlet of the rolling mill corresponds to the product of belt speed and belt thickness in the outlet of the rolling stand), the reference speed used in the outlet.
- the speed measurement or speed calculation of the rolling belt at the output of the roll gap can be omitted. It can save costs that would otherwise incurred for the provision, installation, maintenance, etc. of corresponding sensors and electronic devices.
- the control is less affected by measurement errors, which can occur in particular when measuring the speed at the outlet of the first stand, for example due to slippage between rolling stock and measuring roller unit, emulsion / oil on the material to be measured, steam or lack of space, for example when a laser is used for measurement becomes.
- the reliability of the thickness control is increased, which in turn has a positive effect on the quality of the rolled product to be produced.
- the illustrated control allows thickness control with high dynamics and direct reaction in the nip.
- the difference between the actual thickness of the rolled strip at the exit of the rolling train and the target thickness is adjusted by means of a PI control or PID control in order to obtain the desired strip thickness in a reliable manner and with high accuracy.
- a reference strip thickness is provided, which is a parameter for controlling the rolling train.
- the reference strip thickness may be that target thickness which is desired for the rolled strip after passing through the rolling train, in particular when the rolling train is in a stationary or quasi-stationary state after starting.
- the reference strip thickness may be set in advance, it may be constant or a function of time or a function of the length of the rolling stock.
- a thickness deviation of the rolling belt is calculated taking into account the reference speed and the reference belt thickness.
- the calculated thickness deviation is the difference between the inlet side mass flow thickness calculated, for example, by the divisor reference velocity and the reference strip thickness.
- the outlet side strip thickness is further measured, from which a measured thickness deviation is determined and the measured thickness deviation compared with the calculated thickness deviation.
- the reference speed for calculating the thickness deviation of the rolling belt is determined taking into account one or more correction values from a control of the train, the belt thickness, one or more drive torques and / or the speed control to improve the control accuracy.
- the reference speed for calculating the thickness deviation of the rolled strip from a target speed and taking into account one or more additional quantities, such as the target thickness and / or the decrease of the roll roughness and / or the rolling force and / or the target draw, calculated.
- the additional quantity is particularly preferably a lead, which can for example be calculated, accepted or otherwise determined.
- the overfeed may be constant over the rolling process or a function of time or a function of the reference velocity.
- the lead is calculated, wherein the calculation of the lead is at least one non-measured quantity and / or at least one measured Size includes.
- the overfeed is preferably calculated taking into account various plant conditions before the start and / or during the rolling process, whereby the control accuracy and response of the roll gap in the thickness control can be ensured without measuring the outlet side belt speed.
- the mass flow control of one or more rolling mills is operated without measuring and tracking the outlet side thickness, i. exclusively with inlet-side thickness and speed measurement.
- the rolling mill on several rolling stands wherein the thickness of the rolling belt is measured behind the last roll stand and for adjusting the roll gap of one or more stands (in particular for determining the mass flow thickness at one or more rolling stands) the reference strip thickness is used, so that in this respect to a Measurement of the outlet side strip thickness can be dispensed with.
- the reference strip thickness is used, so that in this respect to a Measurement of the outlet side strip thickness can be dispensed with.
- the thickness control in the last roll stand can adjust the thickness offset to get to the desired target thickness.
- All dynamic disturbances, such as disturbances of the inlet thickness and / or hardness fluctuations, according to a variant of this embodiment can already be compensated for by the first rolling stand.
- a thickness measurement behind the first roll stand in this variant is not absolutely necessary, a corresponding thickness gauge can nevertheless be provided in order to provide a fallback possibility in the event of failure of the inlet-side thickness measurement.
- the apparatus according to the invention for controlling a rolling train preferably cold rolling mill, is arranged to carry out a method as set forth above.
- the control can be realized by means of an electronic circuit.
- the control may be in the form of software which, if it is executed on a computing device, which causes appropriate calculations and steps to control the rolling mill.
- the described control is particularly applicable to the operation of cold rolling mills for processing metal strips.
- the rolling train can be designed as a reversing system with direction change in the tape guide.
- the invention can be practiced in other fields as far as it relates to a rolling process in which a desired thickness of the rolled product is to be adjusted automatically.
- FIG. 1 schematically shows a tandem mill with four successively arranged rolling stands.
- FIG. 2 schematically shows a rolling stand with two support and two work rolls.
- the FIG. 1 schematically shows a tandem mill or rolling mill 1 with four successively arranged rolling stands 10, preferably for a cold rolling mill.
- the rolling train 1 has in the present example, a decoiler 2 and a take-up reel 3.
- a rolled strip or rolling stock B is fed to the rolling stands 10 in the transporting direction R, optionally via deflection rollers, and after passing through the rolling stands 10, that is wound up after completion of the rolling of the take-up reel 3.
- the supply and removal of the rolled strip B on the two reels 2 and 3 is only an example, the rolled strip B can be fed to the rolling stands 10 in other ways and discharged for further processing, transport, etc.
- each rolling stand 10 has two back-up rolls 11 and two work rolls 12. It should be noted, however, that the method set forth is feasible and suitable for all scaffold arrangements having two or more rolls per scaffold.
- the reference numerals 11 and 12 in the FIG. 1 not shown, but they go out of the FIG. 2 in which a rolling stand 10 is taken out and shown in an enlarged manner.
- a work roll 12 is in each case with a support roller 11 in contact. Between the two work rolls 12 there is a roll gap through which the rolled strip B is passed.
- the nip is adjustable by one or both of the nip forming work rolls 12 are adjustable relative to each other.
- the work rolls 12 and / or back-up rolls 11 are driven, for example by one or more electric motors (not shown in the figures) in a rotating manner, possibly with the interposition of a transmission, a clutch, a brake, etc.
- the rolling stands 10 each a drive control unit 33.
- each rolling stand 10 is assigned a thickness control unit 30, which communicates with a respective gap control unit 31 for adjusting the gap between the corresponding work rolls 12.
- a tension control 22 is arranged in front of each rolling stand 10, which has an actuator for changing the setting of the rolled strip B relative to the roll stand 10.
- a change of employment is used to control the inlet side pull of the rolled strip B.
- a train change is equivalent to a change in the speed of the rolled strip B.
- the train controls 22 of the second to fourth stands 10 each have a train control unit 32 for adjusting the employment.
- Possible communication paths between the control units 30, 31, 32, 33 and the associated actuators, actuators, motors, etc. are in the FIG. 1 schematically drawn.
- the communication can be performed physically or wirelessly.
- the control units 30, 31, 32, 33 in the FIG. 1 are shown separately, they can of course be integrally formed or about part of a central control.
- the term "device” in this context does not necessarily mean a mechanical entity, because the control devices 30, 31, 32, 33 can also be realized by means of software which causes the control of the rolling mill 1 when it is executed on a computer.
- the setting of the roll gap of the respective rolling stands 10 via a mass flow control is a conservation quantity, the product of the belt speed and the strip thickness displaced into the roll gap, which is referred to as "mass flow quantity" and, for example, analogous to an inlet side during passage of the rolled strip B through the roll stand 10 Thickness disorder or the change of other process variables such as strip strength, splitting friction and / or belt speed changed.
- v i t * H i t v i - 1 t * H i - 1 t
- v i (t) denotes the belt speed at the outlet of the roll stand 10 (equal to the belt speed at the entrance of a possibly subsequent roll stand 10) as a function of time.
- h i (t) denotes the measured strip thickness at the outlet of the roll stand 10 (equal to the rolled strip thickness at the entrance of a possibly subsequent roll stand 10) as a function of time.
- v i-1 (t) denotes the belt speed measured upstream of the rolling stand 10 as a function of time
- h i (t) denotes the belt thickness measured upstream of the rolling stand 10.
- the reference strip thickness is a parameter for controlling the rolling train.
- the reference strip thickness may be that target thickness which is desired for the rolled strip after passing through the rolling train, in particular when the rolling train is in a stationary or quasi-stationary state after starting.
- the reference tape thickness may be set in advance, it may be constant or a function of time and / or tape length.
- a reference speed at the outlet v iR (t) is used to calculate the mass flow thickness. This is possible because the effects of a change in position of the rolled strip B relative to the rolling stand 10 by the tension control 22 can be neglected.
- the change in the coasting speed only includes the change in pitch caused by the attitude change, which is very small relative to the absolute change, especially in the speed ranges in which mass flow control is performed.
- the reference speed v iR (t) can therefore be a speed parameter with which the rolling train 1 is driven. It is therefore not necessary to measure or calculate a speed by sending a measured quantity which corresponds to the speed at the outlet of the roll gap.
- the reference speed v iR (t) may, for example, be a target speed with which the rolled strip B is to be transported through the rolling train 1, for example when the rolling mill 1 is in a stationary or quasi-stationary state after starting.
- the reference speed v iR (t) may, for example, also be a speed parameter with which a roller, preferably work roll 12 or reel, in the rolling train 1 is controlled.
- the reference speed can be set in advance, it can be constant or a function of time or tape length. However, the reference speed may not include one or more correction values from other control systems. These correction values can consist of or be calculated, for example, from control corrections of the train, the belt thickness and / or from the speed control.
- H iDevClac t H ITRK - 1 t * v i - 1 t v iR T - H iR
- h iTrk-1 (t) designates the strip thickness B of the rolled strip B measured on the inlet side (on the first stand 10).
- the rolled strip 10 having the band thickness deviation h iDevCalc (t) thus calculated is then pushed to the outgoing-side thickness gauge 20.
- This calculated band thickness deviation which is transported on to the thickness gauge 20 at the outlet, is compared with the thickness deviation measured at the outlet.
- the error is tracked, this also being done with the reference speed v iR (t) .
- the difference between the actual thickness of the rolled strip 10 at the end of the rolling train 1 and the target thickness can be compensated for example by means of a PI controller or PID controller, as well as by a return via a filter unit.
- the outlet-side thickness measurement can also be dispensed with.
- the thickness control in the last roll stand 10 can adjust the thickness offset in order to arrive at the desired target thickness.
- All dynamic disturbances such as disturbances of the inlet thickness and / or hardness fluctuations, can according to a variant of these Embodiment already be corrected by the first rolling stand 10.
- a thickness measurement behind the first rolling stand 10 is not absolutely necessary in this variant, a corresponding thickness measuring device can nevertheless be provided in order to provide a fallback possibility in the event of failure of the inlet-side thickness measurement.
- the speed measurement or speed calculation of the rolled strip B can be dispensed with at the outlet of one or more rolling stands 10. This can save costs that otherwise would be incurred for provision, installation, maintenance, etc. of corresponding sensors and control units.
- the control is less affected by measurement errors, which can occur in particular when measuring the speed at the outlet of the first rolling stand 10, for example due to slippage between rolling stock and measuring roller unit, emulsion / oil on the material to be measured, steam or lack of space, for example if a laser for measurement is used.
- the reliability of the thickness control is increased, which in turn has a positive effect on the quality of the rolled product to be produced.
- the approach described allows thickness control with high dynamics and direct reaction in the nip.
- control or regulation is particularly preferably applicable to cold rolling mills for rolling strip-shaped metal materials, in particular metal strips of steel or non-ferrous metals, the so-called non-ferrous metals.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Walzstraße, vorzugsweise einer Kaltwalzstraße, die ein oder mehrere Walzgerüste mit jeweils zwei Arbeitswalzen aufweist, die einen Walzspalt ausbilden, durch den ein Walzband transportierbar ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Steuervorrichtung sowie eine Walzstraße.
- Bei Walzanlagen, insbesondere Kaltwalzanlagen, kann die Dickenregelung des Walzbandes beim Transport durch den Walzspalt mittels einer Massenflussregelung durchgeführt werden, bei der aus der gemessenen einlaufseitigen Dicke und den gemessenen ein- und auslaufseitigen Geschwindigkeiten die Dicke des Walzguts nach Durchlaufen des Walzspalts berechnet wird. Allerdings ist die Geschwindigkeitsmessung am Auslauf des Walzgerüsts oft schwierig zu verwirklichen. So kann bei einer Tandemstraße, d.h. einer Walzstraße mit mehreren hintereinander angeordneten Walzgerüsten, die Messung der Geschwindigkeit am Auslauf des ersten Walzgerüsts schwierig sein, etwa aufgrund des Schlupfes zwischen Walzgut und Messrolleneinheit, Emulsion/Öl auf dem Messgut, Dampf oder Platzmangel, beispielsweise wenn ein Laser zur Messung verwendet wird.
- Es ist bekannt, auf die direkte Geschwindigkeitsmessung am Ausgang des Walzspaltes zu verzichten und stattdessen aus verschiedenen Ist-Größen der Walzstraße, etwa der Gerüstgeschwindigkeit oder der Haspelgeschwindigkeit, auf die Auslaufgeschwindigkeit zu schließen. So beschreibt die
DE 10 2009 012 028 A1 ein Verfahren zum Betreiben einer Walzstraße, bei der die Auslaufgeschwindigkeit des Walzbandes hinter dem Walzspalt mit Hilfe der Tangentialgeschwindigkeit der Arbeitswalzen rechnerisch nachgebildet wird. Zu diesem Zweck sind Sensoren zur Ermittlung der geeigneten Ist-Größen sowie Elektronik zur Berechnung der Auslaufgeschwindigkeit erforderlich. - Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Steuerung einer Walzstraße, vorzugsweise einer Kaltwalzstraße, bereitzustellen, die bei einer konstruktiven Vereinfachung der Walzstraße eine hohe Regelungsgenauigkeit ermöglichen.
- Gelöst wird die Aufgabe mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 sowie einer Walzstraße mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
- Zur Definition von Relativpositionen werden Bezeichnungen wie "vor", "hinter", "einlaufseitig", "auslaufseitig" usw. verwendet werden. Diese sind in Bezug auf die Transportrichtung des Walzbands zu verstehen.
- Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Steuerung oder Regelung (hier synonym verwendet) einer Walzstraße, vorzugsweise einer Kaltwalzstraße. Die Walzstraße weist ein oder mehrere Walzgerüste mit jeweils zwei Arbeitswalzen auf, die einen Walzspalt ausbilden, durch den ein Walzband transportierbar ist. Das Walzband ist ein bandförmiges Metallmaterial, etwa aus Stahl oder einem Nichteisenmetall, das einem ein- oder mehrstufigen Walzprozess durch die Arbeitswalzen zu unterziehen ist. Eine oder beide Arbeitswalzen des betreffenden Walzgerüsts sind relativ zueinander verfahrbar, so dass der Walzspalt, d.h. der Abstand zwischen den Arbeitswalzen, einstellbar ist.
- Zur Steuerung der Walzstraße gemäß der Erfindung wird zunächst eine Referenzgeschwindigkeit bereitgestellt, die ein Parameter zur Ansteuerung der Walzstraße ist. Die Referenzgeschwindigkeit kann beispielsweise eine Zielgeschwindigkeit sein, mit der das Walzband durch die Walzstraße zu transportieren ist, etwa wenn sich die Walzstraße nach dem Anfahren in einem stationären oder quasi-stationären Zustand befindet. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Referenzgeschwindigkeit ein Geschwindigkeitsparameter sein, mit dem eine Walze, vorzugsweise Arbeitswalze, Umlenkrolle oder Haspel, in der Walzstraße angesteuert wird. Die Referenzgeschwindigkeit kann auch ein anderer Parameter sein, solange er nicht durch Messung der Auslaufgeschwindigkeit des Walzbands aus dem Walzspalt ermittelt wird. Die Referenzgeschwindigkeit kann beispielsweise im Voraus festgelegt werden, sie kann konstant oder eine Funktion der Zeit sein.
- Erfindungsgemäß werden die Geschwindigkeit und Dicke des Walzbands vor dem Einlauf in den Walzspalt gemessen. Der Walzspalt des betreffenden und/oder eines oder mehrerer anderer Walzgerüste in der Walzstraße wird auf der Grundlage der gemessenen Geschwindigkeit und Dicke vor dem Einlauf in den Walzspalt sowie der Referenzgeschwindigkeit eingestellt.
- Die Steuerung erfolgt demnach nicht unter Berücksichtigung einer etwaigen gemessenen oder aus Ist-Größen der Walzstraße berechneten auslaufseitigen Bandgeschwindigkeit sondern unter Verwendung der Referenzgeschwindigkeit, d.h. eines Parameters zur Ansteuerung der Walzstraße. Insbesondere kann zur Berechnung der Massenflussdicke, d.h. dem Produkt aus Bandgeschwindigkeit und Banddicke, die beim Durchlauf durch die Walzgerüste eine Erhaltungsgröße ist (im Einlauf des Walzgerüstes entspricht das Produkt aus Bandgeschwindigkeit und Banddicke dem im Auslauf des Walzgerüstes), die Referenzgeschwindigkeit im Auslauf verwendet werden. Dadurch kann die Geschwindigkeitsmessung oder Geschwindigkeitsberechnung des Walzbands am Ausgang des Walzspalts entfallen. Es können Kosten eingespart werden, die andernfalls zur Bereitstellung, Installation, Wartung usw. von entsprechenden Sensoren und elektronischen Einrichtungen anfallen würden. Die Regelung wird weniger durch Messfehler beeinträchtigt, die insbesondere bei einer Messung der Geschwindigkeit am Auslauf des ersten Walzgerüsts auftreten können, etwa aufgrund des Schlupfes zwischen Walzgut und Messrolleneinheit, Emulsion/Öl auf dem Messgut, Dampf oder Platzmangel, beispielsweise wenn ein Laser zur Messung verwendet wird. Die Zuverlässigkeit der Dickenregelung wird erhöht, was sich wiederrum positiv auf die Güte des herzustellenden Walzprodukts auswirkt. Insbesondere auch bei Anlagen mit schwierigen Einbausituationen ermöglicht die dargestellte Steuerung eine Dickenregelung mit hoher Dynamik und direkter Reaktion im Walzspalt.
- Vorzugsweise wird die Differenz zwischen der Istdicke des Walzbandes am Ausgang der Walzstraße und der Solldicke mittels einer PI-Regelung oder PID-Regelung ausgeregelt, um die angestrebte Banddicke auf zuverlässige Weise und mit hoher Genauigkeit zu erhalten.
- Vorzugsweise wird neben der Referenzgeschwindigkeit eine Referenzbanddicke bereitgestellt, die ein Parameter zur Ansteuerung der Walzstraße ist. So kann die Referenzbanddicke beispielsweise jene Zieldicke sein, die für das Walzband nach Durchlaufen der Walzstraße angestrebt wird, insbesondere wenn sich die Walzstraße nach dem Anfahren in einem stationären oder quasi-stationären Zustand befindet. Die Referenzbanddicke kann beispielsweise im Voraus festgelegt werden, sie kann konstant oder eine Funktion der Zeit oder eine Funktion der Länge des Walzguts sein. Zum Einstellen des Walzspalts wird vorzugsweise eine Dickenabweichung des Walzbands unter Berücksichtigung der Referenzgeschwindigkeit und der Referenzbanddicke berechnet. Konkret ist die berechnete Dickenabweichung die Differenz aus der einlaufseitigen Massenflussdicke, die beispielsweise mit dem Divisor Referenzgeschwindigkeit berechnet wird, und der Referenzbanddicke. Vorzugsweise wird die auslaufseitige Banddicke ferner gemessen, daraus eine gemessene Dickenabweichung bestimmt und die gemessene Dickenabweichung mit der berechneten Dickenabweichung verglichen.
- Vorzugsweise wird die Referenzgeschwindigkeit zur Berechnung der Dickenabweichung des Walzbands unter Berücksichtigung eines oder mehrerer Korrekturwerte aus einer Regelung des Zugs, der Banddicke, eines oder mehrerer Antriebsmomente und/oder der Geschwindigkeitsführung bestimmt, um die Regelungsgenauigkeit zu verbessern. Aus dem gleichen Grund wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Referenzgeschwindigkeit zur Berechnung der Dickenabweichung des Walzbands aus einer Zielgeschwindigkeit und unter Berücksichtigung einer oder mehrerer zusätzlicher Größen, etwa der Zieldicke und/oder der Abnahme der Walzenrauigkeit und/oder der Walzkraft und/oder des Zielzugs, berechnet.
- Die zusätzliche Größe ist besonders bevorzugt eine Voreilung, die beispielsweise berechnet, angenommen oder anderweitig ermittelt werden kann. Die Voreilung, die mit der Fließscheidenlage zusammenhängt, ist definiert als das Verhältnis der Lineargeschwindigkeit der Walze, etwa Arbeitswalze, Umlenkrolle usw., zur Auslaufgeschwindigkeit des Walzbandes. Genauer gesagt: Voreilung [%] = (Geschwindigkeit des Walzbands am Auslauf [m/s] / Lineare Geschwindigkeit der Walze [m/s]) - 1) *100. Die Voreilung kann über den Walzprozess konstant oder eine Funktion der Zeit oder eine Funktion der Referenzgeschwindigkeit sein.
- Vorzugsweise wird die Voreilung berechnet, wobei die Berechnung der Voreilung mindestens eine nicht-gemessene Größe und/oder mindestens eine gemessene Größe umfasst. So wird die Voreilung vorzugsweise unter Berücksichtigung verschiedener Anlagenzustände vor Beginn und/oder während des Walzprozesses berechnet, wodurch die Regelungsgenauigkeit und Reaktion des Walzspalts bei der Dickenregelung auch ohne Messung der auslaufseitigen Bandgeschwindigkeit gewährleistet werden können.
- Gemäß einer anderen Ausführungsform wird die Massenflussregelung eines oder mehrerer Walzgerüste jedoch ohne Messung und Nachführung der auslaufseitigen Dicke betrieben, d.h. ausschließlich mit der einlaufseitigen Dicken- und Geschwindigkeitsmessung. Hierzu weist die Walzstraße mehrere Walzgerüste auf, wobei die Dicke des Walzbands hinter dem letzten Walzgerüst gemessen wird und zur Einstellung des Walzspalts eines oder mehrerer Walzgerüste (insbesondere zur Bestimmung der Massenflussdicke an einem oder mehreren Walzgerüsten) die Referenzbanddicke verwendet wird, so dass diesbezüglich auf eine Messung der auslaufseitigen Banddicke verzichtet werden kann. Beispielsweise kann bei einer Walzstraße mit mehreren Walzgerüsten zusätzlich zu dem Verzicht auf eine auslaufseitige Geschwindigkeitsmessung im ersten Walzgerüst auch auf die auslaufseitige Dickenmessung verzichtet werden. In diesem Fall kann die Dickenregelung im letzten Walzgerüst den Dickenoffset ausregeln, um auf die gewünschte Zieldicke zu kommen. Alle dynamischen Störungen, wie etwa Störungen der Einlaufdicke und/oder Härteschwankungen, können gemäß einer Variante dieser Ausführungsform schon vom ersten Walzgerüst ausgeregelt werden. Obwohl eine Dickenmessung hinter dem ersten Walzgerüst in dieser Variante nicht unbedingt erforderlich ist, kann dennoch ein entsprechendes Dickenmessgerät vorgesehen sein, um bei einem Ausfall der einlaufseitigen Dickenmessung eine Rückfallmöglichkeit bereitzustellen.
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Steuern einer Walzstraße, vorzugsweise Kaltwalzstraße, ist eingerichtet, um ein Verfahren, wie oben dargelegt, auszuführen. So kann die Steuerung etwa mit Hilfe einer elektronischen Schaltung realisiert werden. Die Steuerung kann in Form einer Software vorliegen, die, wenn sie auf einem Rechengerät ausgeführt wird, die entsprechenden Berechnungen und Schritte zur Steuerung der Walzstraße veranlasst.
- Die dargelegte Steuerung ist besonders gut zum Betrieb von Kaltwalzstraßen zur Bearbeitung von Metallbändern anwendbar. Die Walzstraße kann als Reversieranlage mit Richtungswechsel in der Bandführung angelegt sein. Doch die Erfindung kann auch in anderen Bereichen umgesetzt werden, soweit sie einen Walzprozess betrifft, bei dem eine gewünschte Dicke des Walzprodukts auf automatische Weise einzustellen ist.
- Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ersichtlich. Die dort beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben dargelegten Merkmale realisiert werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele erfolgt mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen.
- Die
Figur 1 zeigt schematisch eine Tandemstraße mit vier hintereinander angeordneten Walzgerüsten. - Die
Figur 2 zeigt schematisch ein Walzgerüst mit zwei Stütz- und zwei Arbeitswalzen. - Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei sind gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholende Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
- Die
Figur 1 zeigt schematisch eine Tandemstraße oder Walzstraße 1 mit vier hintereinander angeordneten Walzgerüsten 10, vorzugsweise für ein Kaltwalzwerk. Die Walzstraße 1 weist im vorliegenden Beispiel eine Abwickelhaspel 2 und eine Aufwickelhaspel 3 auf. Ein Walzband oder Walzgut B wird den Walzgerüsten 10 in der Transportrichtung R zugeführt, ggf. über Umlenkrollen, und nach durchlaufen der Walzgerüste 10, d.h. nach Beendigung der Walzbearbeitung von der Aufwickelhaspel 3 aufgewickelt. Die Zufuhr und Abfuhr des Walzbandes B über die beiden Haspeln 2 und 3 ist nur beispielhaft, das Walzband B kann den Walzgerüsten 10 auch auf andere Weise zugeführt und zur Weiterverarbeitung, zum Transport usw. abgeführt werden. - Zur Unterscheidung der Walzgerüste 10 werden diese in der Transportrichtung R des Walzbandes B, d.h. in der Ansicht der
Figur 1 von rechts nach links, durchnummeriert. Jedes Walzgerüst 10 weist zwei Stützwalzen 11 und zwei Arbeitswalzen 12 auf. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass das dargelegte Verfahren für alle Gerüstanordnungen mit zwei oder mehr Walzen pro Gerüst durchführbar und geeignet ist. Der Übersichtlichkeit halber sind die Bezugszeichen 11 und 12 in derFigur 1 nicht eingezeichnet, sie gehen jedoch aus derFigur 2 hervor, in der ein Walzgerüst 10 herausgenommen und auf eine vergrößerte Weise gezeigt ist. Eine Arbeitswalze 12 steht mit je einer Stützwalze 11 in Kontakt. Zwischen den beiden Arbeitswalzen 12 liegt ein Walzspalt vor, durch den das Walzband B hindurchgeführt wird. Der Walzspalt ist einstellbar, indem eine oder beide den Walzspalt bildenden Arbeitswalzen 12 relativ zueinander verstellbar sind. Die Arbeitswalzen 12 und/oder Stützwalzen 11 werden beispielweise von einem oder mehreren Elektromotoren (in den Figuren nicht dargestellt) auf drehende Weise angetrieben, ggf. unter Zwischenschaltung eines Getriebes, einer Kupplung, einer Bremse usw.. Zu diesem Zweck weisen die Walzgerüste 10 je ein Antriebs-Steuergerät 33 auf. - Vor dem ersten Walzgerüst 10, vor dem zweiten und hinter dem vierten Walzgerüst 10 sind je ein Dickenmessgerät 20 angeordnet, das zur Messung der Dicke des Walzbandes B an der entsprechenden Position eingerichtet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jedem Walzgerüst 10 ein Dicken-Steuergerät 30 zugeordnet, das mit je einem Spalt-Steuergerät 31 zur Einstellung des Spalts zwischen den entsprechenden Arbeitswalzen 12 kommuniziert. Ferner ist im vorliegenden Beispiel vor jedem Walzgerüst 10 eine Zugregelung 22 angeordnet, die ein Stellglied zur Änderung der Anstellung des Walzbandes B relativ zum Walzgerüst 10 aufweist. Eine Anstellungsänderung wird genutzt, um den einlaufseitigen Zug des Walzbandes B zu regeln. Eine Zugänderung ist gleichzusetzen mit einer Geschwindigkeitsänderung des Walzbandes B. Die Zugregelungen 22 der zweiten bis vierten Walzgerüste 10 weisen je ein Zug-Steuergerät 32 zur Einstellung der Anstellung auf.
- Mögliche Kommunikationswege zwischen den Steuergeräten 30, 31, 32, 33 und den zugehörigen Stellgliedern, Aktuatoren, Motoren usw. sind in der
Figur 1 schematisch eingezeichnet. Die Kommunikation kann physisch oder drahtlos erflogen. Auch wenn die Steuergeräte 30, 31, 32, 33 in derFigur 1 separat dargestellt sind, können diese selbstverständlich integral ausgebildet oder etwa Teil einer Zentralsteuerung sein. Die Bezeichnung "Gerät" bezeichnet in diesem Zusammenhang nicht notwendigerweise eine mechanische Entität, denn die Steuergeräte 30, 31, 32, 33 können auch mit Hilfe einer Software realisiert werden, welche die Steuerung der Walzstraße 1 veranlasst, wenn sie auf einem Rechner ausgeführt wird. - Die Einstellung des Walzspalts der jeweiligen Walzgerüste 10 erfolgt über eine Massenflussregelung. Ausgangspunkt ist eine Erhaltungsgröße, das Produkt aus der Bandgeschwindigkeit und der in den Walzspalt verschobenen Banddicke, das als "Massenflussgröße" bezeichnet wird und sich beim Durchgang des Walzbands B durch das Walzgerüst 10 zum Beispiel analog zu einer einlaufseitigen Dickenstörung oder der Veränderung anderer Prozessgrößen wie zum Beispiel Bandfestigkeit, Spaltreibung und/oder Bandgeschwindigkeit verändert.
- Wenn mit hiR(t) eine auslaufseitige Referenzbanddicke und hiDev(t) die auslaufseitige Banddickenabweichung bezeichnet sind, d.h.
- Anstatt nun vi(t) konventionell zu messen, etwa mittels eines Lasers, oder aus Ist-Größen der Walzstraße 1, etwa der Haspelgeschwindigkeit oder Arbeitsrollengeschwindigkeit, zu berechnen, wird zur Berechnung der Massenflussdicke eine Referenzgeschwindigkeit am Auslauf viR(t) verwendet. Dies ist deshalb möglich, weil die Auswirkungen einer Anstellungsänderung des Walzbandes B relativ zum Walzgerüst 10 durch die Zugregelung 22 vernachlässigt werden können. Die Änderung der Auslaufgeschwindigkeit beinhaltet lediglich die durch die Anstellungsänderung hervorgerufene Voreilungsänderung, die auf die absolute Änderung bezogen sehr gering ist, insbesondere in den Geschwindigkeitsbereichen, in denen eine Massenflussregelung durchgeführt wird.
- Die Referenzgeschwindigkeit viR(t) kann daher ein Geschwindigkeitsparameter sein, mit dem die Walzstraße 1 angesteuert wird. Auf die Messung oder Berechnung einer Geschwindigkeit unter Versendung einer gemessenen Größe, die der Geschwindigkeit am Auslauf des Walzspalts entspricht, kann daher verzichtet werden. Die Referenzgeschwindigkeit viR(t) kann beispielsweise eine Zielgeschwindigkeit sein, mit der das Walzband B durch die Walzstraße 1 zu transportieren ist, etwa wenn sich die Walzstraße 1 nach dem Anfahren in einem stationären oder quasi-stationären Zustand befindet. Die Referenzgeschwindigkeit viR(t) kann beispielsweise auch ein Geschwindigkeitsparameter sein, mit dem eine Walze, vorzugsweise Arbeitswalze 12 oder Haspel, in der Walzstraße 1 angesteuert wird. Die Referenzgeschwindigkeit kann im Voraus festgelegt werden, sie kann konstant oder eine Funktion der Zeit oder der Bandlänge sein. Die Referenzgeschwindigkeit kann aber muss nicht einen oder mehrere Korrekturwerte aus anderen Regelsystemen enthalten. Diese Korrekturwerte können beispielsweise aus Regelungskorrekturen des Zuges, der Banddicke und/oder aus der Geschwindigkeitsführung bestehen oder berechnet werden.
-
- Das Walzband 10 mit der so berechneten Banddickenabweichung hiDevCalc(t) wird dann zum auslaufseitigen Dickenmessgerät 20 geschoben bzw. transportiert. Diese berechnete, zum Dickenmessgerät 20 am Auslauf weitertransportierte Banddickenabweichung wird mit der am Auslauf gemessenen Dickenabweichung verglichen. Der Fehler wird nachgeführt, wobei dies ebenfalls mit der Referenzgeschwindigkeit viR(t) erfolgt.
- Auf diese Weise können Dickenfehler nachgeführt werden, und die Zieldecke am Ende der Walzstraße 1 wird erreicht. Die Differenz zwischen der Istdicke des Walzbandes 10 am Ende der Walzstraße 1 und der Solldicke kann beispielsweise mittels eines PI-Reglers oder PID-Reglers ausgeregelt werden, wie auch durch eine Rückführung über eine Filtereinheit.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Massenflussregelung auch ohne Nachführung der auslaufseitigen Dicke betrieben werden, d.h. ausschließlich mit der einlaufseitigen Dicken- und Geschwindigkeitsmessung gemäß:
- Durch die dargelegten Ausführungsformen zur Massenflussdickenregelung kann die Geschwindigkeitsmessung oder Geschwindigkeitsberechnung des Walzbands B am Ausgang eines oder mehrerer Walzgerüste 10 entfallen. Dadurch können Kosten eingespart werden, die andernfalls etwa zur Bereitstellung, Installation, Wartung usw. entsprechender Sensoren und Steuereinheiten anfallen würden. Die Regelung wird weniger durch Messfehler beeinträchtigt, die insbesondere bei einer Messung der Geschwindigkeit am Auslauf des ersten Walzgerüsts 10 auftreten können, etwa aufgrund des Schlupfes zwischen Walzgut und Messrolleneinheit, Emulsion/Öl auf dem Messgut, Dampf oder Platzmangel, beispielsweise wenn ein Laser zur Messung verwendet wird. Die Zuverlässigkeit der Dickenregelung wird erhöht, was sich wiederrum positiv auf die Güte des herzustellenden Walzprodukts auswirkt. Insbesondere auch bei Anlagen mit schwierigen Einbausituationen ermöglicht der dargestellte Ansatz eine Dickenregelung mit hoher Dynamik und direkter Reaktion im Walzspalt.
- Die Steuerung bzw. Regelung ist besonders bevorzugt anwendbar für Kaltwalzstraßen zum Walzen bandförmiger Metallmaterialien, insbesondere von Metallbändern aus Stahl oder Nichteisenmetallen, den sogenannten NE-Metallen.
- Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
-
- 1
- Walzstraße
- 2
- Abwickelhaspel
- 3
- Aufwickelhaspel
- 10
- Walzgerüst
- 11
- Stützwalze
- 12
- Arbeitswalze
- 20
- Dickenmessgerät
- 22
- Zugregelung
- 30
- Dicken-Steuergerät
- 31
- Spalt-Steuergerät
- 32
- Zug-Steuergerät
- 33
- Antriebs-Steuergerät
- B
- Walzband
- R
- Transportrichtung
Claims (13)
- Verfahren zur Steuerung einer Walzstraße (1), vorzugsweise einer Kaltwalzstraße, die ein oder mehrere Walzgerüste (10) mit jeweils zwei Arbeitswalzen (12) aufweist, die einen Walzspalt ausbilden, durch den ein Walzband (B) transportierbar ist, wobei eine oder beide Arbeitswalzen (12) relativ zueinander verfahrbar sind, so dass der Walzspalt einstellbar ist, und das Verfahren aufweist:Bereitstellen einer Referenzgeschwindigkeit, die ein Parameter zur Ansteuerung der Walzstraße (1) ist;Messen der Geschwindigkeit des Walzbands (B) vor dem Einlauf in den Walzspalt;Messen der Dicke des Walzbands (B) vor dem Einlauf in den Walzspalt;Einstellen des Walzspalts von einem oder mehreren Walzgerüsten (10) in der Walzstraße (1) auf der Grundlage der gemessen Geschwindigkeit und Dicke vor dem Einlauf in den Walzspalt sowie der Referenzgeschwindigkeit.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzgeschwindigkeit
einer Zielgeschwindigkeit entspricht, mit der das Walzband (B) durch die Walzstraße (1) zu transportieren ist, oder
ein Geschwindigkeitsparameter ist, mit dem eine Walze, vorzugsweise Arbeitswalze (12), Umlenkrolle oder Haspel, in der Walzstraße (1) angesteuert wird. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Referenzbanddicke bereitgestellt wird, die ein Parameter zur Ansteuerung der Walzstraße (1) ist, und
zum Einstellen des Walzspalts eine Dickenabweichung des Walzbands (B) unter Berücksichtigung der Referenzgeschwindigkeit und der Referenzbanddicke berechnet wird. - Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzgeschwindigkeit zur Berechnung der Dickenabweichung des Walzbands (B) unter Berücksichtigung eines oder mehrerer Korrekturwerte aus einer Regelung des Zugs, der Banddicke, eines oder mehrerer Antriebsmomente und/oder der Geschwindigkeitsführung bestimmt wird.
- Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzgeschwindigkeit zur Berechnung der Dickenabweichung des Walzbands (B) aus einer Zielgeschwindigkeit und unter Berücksichtigung einer oder mehrerer zusätzlicher Größen, vorzugsweise der Zieldicke und/oder der Abnahme der Walzenrauigkeit und/oder der Walzkraft und/oder des Zielzugs, berechnet wird.
- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Größe eine Voreilung ist, die als das Verhältnis der Lineargeschwindigkeit der Arbeitswalze (12) zur Auslaufgeschwindigkeit des Walzbands (B) definiert ist.
- Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Voreilung berechnet wird, wobei die Voreilung unter Berücksichtigung verschiedener Anlagenzustände vor Beginn und/oder während des Walzprozesses berechnet wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die auslaufseitige Banddicke gemessen, daraus eine gemessene Dickenabweichung bestimmt und die gemessene Dickenabweichung mit der berechneten Dickenabweichung verglichen wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzbanddicke eine Zieldicke ist, die für das Walzband (B) nach Durchlaufen der Walzstraße (1) angestrebt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzstraße (1) mehrere Walzgerüste (10) aufweist, wobei die Dicke des Walzbands (B) hinter dem letzten Walzgerüst (10) gemessen wird und zur Einstellung des Walzspalts eines oder mehrerer Walzgerüste (10) die Referenzbanddicke verwendet wird, so dass diesbezüglich auf eine Messung der auslaufseitigen Banddicke verzichtet wird.
- Vorrichtung zum Steuern einer Walzstraße (1), vorzugsweise Kaltwalzstraße, die eingerichtet ist, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.
- Walzstraße (1), vorzugsweise Kaltwalzstraße, die eine Vorrichtung nach Anspruch 11 sowie ein oder mehrere Walzgerüste (10) mit jeweils zwei Arbeitswalzen (12) aufweist, die einen Walzspalt ausbilden, durch den ein Walzband (B) transportierbar ist, wobei eine oder beide Arbeitswalzen (12) relativ zueinander verfahrbar sind, so dass der Walzspalt einstellbar ist.
- Walzstraße nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass diese vom Typ einer Reversieranlage mit Richtungswechsel in der Bandführung ist.
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