EP3568243A1 - Verfahren für eine zugregelung - Google Patents

Verfahren für eine zugregelung

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EP3568243A1
EP3568243A1 EP18700485.8A EP18700485A EP3568243A1 EP 3568243 A1 EP3568243 A1 EP 3568243A1 EP 18700485 A EP18700485 A EP 18700485A EP 3568243 A1 EP3568243 A1 EP 3568243A1
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EP
European Patent Office
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control
rotary drive
speed
shaped material
signal
Prior art date
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Application number
EP18700485.8A
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EP3568243B1 (de
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Jörn Sieghart
Ronny PETERS
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SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
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Publication date
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Publication of EP3568243A1 publication Critical patent/EP3568243A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3568243B1 publication Critical patent/EP3568243B1/de
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    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/48—Tension control; Compression control
    • B21B37/52—Tension control; Compression control by drive motor control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/46—Roll speed or drive motor control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21B2265/02—Tension
    • B21B2265/06—Interstand tension
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21B2275/02—Speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21B2275/00—Mill drive parameters
    • B21B2275/02—Speed
    • B21B2275/08—Coiler speed

Definitions

  • the invention relates to a method for tension control in strip-shaped material, in particular in a metal strip, between two clamping points, wherein at least one of the clamping points has a rotary drive for influencing the tensile stress of the material.
  • the clamping points may be, for example, two adjacent rolling stands
  • a decisive criterion for a rolling mill is the rolling stability.
  • the rolling stability depends largely on the stability of the train of metal strip to be rolled.
  • Tension controller so controller, which regulate the control variable train, are basically known in the art, for. Example from EP 2 454 033 B1 or DE 10 2006 048 421 A1.
  • the hydraulic employment serve in a rolling stand for employment of the work rolls.
  • the work rolls are position-controlled, since the position control acts faster on the train as a control of the train by adjusting the speed of the rotary drives of the rollers.
  • a force control is often driven at the last stands of a tandem mill to bring a certain surface roughness on the rolled metal strip.
  • Alternatively to the said hydraulic adjustment of the rollers can, for. B. when using a force control and the rotary drive of the rolls of a roll stand with variable adjustment of the speed serve as an actuator for the tension control.
  • a pass schedule is generated on a regular basis, which estimates or predicts the thickness decreases and the associated speed changes for each individual stand of a rolling train. If, later during the real rolling process, it turns out that the pass schedule does not agree with reality, mass flow disturbances occur, especially during acceleration and deceleration phases which the traction controller must correct.
  • New material is rolled or material is rolled with wrong rolling data.
  • Acceleration trips causes train disturbances that are caused solely by the speed changes.
  • the invention is therefore the object of developing a known method for the regulation of the train in a band-shaped material between two clamping points to the effect that the tension control is more effective and faster.
  • This object is achieved by the method claimed in claim 1.
  • This method is characterized in that the controller output signal is varied at least temporarily as a function of a quantity g (t) representing the speed of the metal strip as part of its conversion into the actuating signal.
  • the term "at least temporarily” means that the conversion according to the invention of the controller output signal into the control signal does not always have to take place during a tension control
  • the conversion according to the invention can be subjected to tension control during individual phases, for example before the tension control has reached a steady state.
  • a (physical) size representing the speed of the band-shaped material is to be interpreted broadly, meaning the speed of the metal band itself, but also any other physical quantity which gives an indication of the magnitude of the velocity of the metal band For example, it also includes the rotational speed or peripheral speed of rolls in a roll stand, if such a roll stand functions as a tie point in the sense of the invention act measured value.
  • metal strip is used by way of example only in the present specification and claims, and is synonymous with strip material of any material to which the invention generally refers.
  • the present invention relates only to train controls in which a rotary drive acts as an actuator and in which therefore an actuating signal specifies speeds or speed changes for the rotary drive.
  • the essence of the invention is to be seen in the fact that the output signal of the tension controller - unlike in the prior art - does not serve directly as a control signal for a rotary drive in a clamping point, for example in a rolling mill, but previously processed or converted.
  • This conversion according to the invention advantageously causes pre-controlled train disturbances in the metal strip caused by changes in speed.
  • the inventive conversion of the controller output signal in the control signal for the rotary drive allows a hitherto typically very costly and time-consuming commissioning of a draft regulator can be significantly simplified and shortened.
  • a variety of metal bands, which are currently used for test purposes, especially for jump tests, during commissioning, and the time required by specialized personnel, which has been required to adjust the Glasregler dynamics for different speed ranges, can be significantly reduced when using the method according to the invention.
  • first variant and a second variant are described.
  • Claims 2 to 4 relate to the first variant while claims 5 and 6 relate to the second variant.
  • the following dependent claims 7 to 21 relate to both variants.
  • the described in claim 2 first variant of the tension control according to the invention describes a feedforward, which does not have a speed-dependent influence on the system gain V (t) and yet necessary changes the Glasreglerausgangssignals R (t) relative to the speed of the metal band representing it size g (t ).
  • This first variant of the tension control according to the invention operates with learning points. If the number of learning points is increased to infinity, the train correction is made directly dependent on the system speed and thus also on their system gain.
  • control signal S (t) is calculated according to the first variant of the tension control according to the invention from the controller output signal R (t) according to the following formula:
  • V (t) is an amplification factor which represents the course of the quantity g (t) representing the velocity of the metal strip (200) preferably normalized to the predetermined constant g (t 0 ) over time.
  • Learning points t due to real interference, such. B. Manual Referenzzug sectionungen, redistributions, general disturbances from the process, etc. generated. Because of these disturbances / events, as also indicated in claim 3, the ambient conditions for the tension control change. The said learning points help to adapt the controller output immediately and exactly to the currently changed conditions of the mass flow.
  • the first variant of the tension control according to the invention describes an adaptive precontrol.
  • the train control becomes faster overall, the control signal S (t) is expected to drive only small, perhaps ideally even no corrections when the system changes its speed after and during a fault.
  • the dependent claim 4 describes various situations when the train control is driven according to the first variant, d. H. under which conditions the actuating signal is preferably calculated according to formula 2. This is especially the case when the quantity representing the speed of the metal strip lies between an upper and a lower threshold value or when the mass flow, but another physical variable, is dominant for the dynamics of the tension control.
  • the gain factor V (t) according to the above-mentioned formula 1 is again formed.
  • the control signal S (t) is formed according to the following formula:
  • the tension control can be switched from the second variant to the first variant as and as long as the size representing the speed of the metal strip, in particular the speed of the metal strip itself, exceeds a predetermined positive speed limit.
  • This speed limit is defined, for example, by the lower threshold value g min i of variant 1, if it is greater than the upper threshold value g maX 2 of the second variant.
  • g min i the upper threshold value
  • g maX 2 the upper threshold value
  • the temporary switching causes the mass flow rate correction to continue to change, but the train controller keeps the gain constant at high speeds.
  • the controller gain must be z. B. be kept constant when the dynamics of the rotary actuators is the limiting factor for the dynamics of the tension controller or is.
  • Both the first and the second variant are preferably run when the tension control is in a steady state.
  • the gain factor V (t) may be restricted to a constant value if the quantity g (t) representing the speed of the metal strip exceeds a predetermined threshold value g maX i. This makes it possible, at high speeds, to keep the tension controller absolute and the controller gain constant.
  • the limitation of the gain factor may be useful in the two variants of the train control. Also for both variants, it may be useful, the manipulated variable S (t) in dependence or relative to the speed of the metal strip restricting representative size. In mathematical terms, the following applies:
  • control signal S (t) or the amplification factor V (t) in the first and / or in the second variant is calculated in each case taking into account the lead k of the metal strip, preferably by multiplication with a function f (k).
  • the actuating signal S (t) is then calculated as follows:
  • the actuating signal S (t) is calculated below
  • the tension control according to the invention is even better pre-adjusted or speed controlled to disturbances and thereby more effective and even faster.
  • the lead k itself can either depend on the quantity g (t) representing the velocity of the metal strip in the form k (g (t)) or be given as a constant.
  • a derivative signal of the form dS (t) / dt is generated and output for controlling the rotary drive, the rotary drive can be controlled even more precisely, because with this derivative signal also a correction of the acceleration of the Rotary drive is possible. Also, the possibility of using the derivative signal exists in both the first and the second variant.
  • control signal S (t) in the context of the present invention always specifies a rotational speed for a rotary drive
  • the controller output signal R (t) can either a change of the rotational speed for the rotary drive or a thickness change for the metal strip in a rolling stand pretend. In the latter case, then a conversion of the controller output signal must be made in the control signal for the rotary drive.
  • the two clamping points, between which the metal strip is clamped under tension may be two preferably adjacent rolling stands of a rolling train, wherein at least one of the rolling stands has the rotary drive for driving one of its rollers.
  • a thickness control then takes place on the first rolling stand in the rolling direction and on the second rolling stand downstream in the rolling direction the tension control according to the invention with a control of the local rotary drive as an actuator. Due to the previous speed control, the downstream tension control is significantly relieved, ie the control signal only needs to output smaller changes in the speed to the rotary drive.
  • the controller output signal on the one hand represents said change in the thickness decrease of the metal strip for the thickness control on the first stand and thus acts as a signal for reducing the thickness of the first stand.
  • the controller output signal R (t) can then be converted on the other hand according to the first or second variant of the tension control according to the invention in the control signal for the rotary drive, wherein the conversion also includes a conversion of the change in thickness decrease in a change in rotational speed for the rotary drive.
  • the train of the metal strip may alternatively be a pair of rollers as the first clamping point and in the rolling direction of the roller pair downstream coiler as the second clamping point.
  • the rotary drive required for the tension control according to the invention can then be present either in the pair of rollers for rotational driving of at least one of its rollers and / or in the reel device for rotational driving of the reel.
  • the pair of rollers may be a pair of drive rollers or a pair of work rolls in a rolling stand.
  • Fig. 1 is a diagram of a train control according to the invention
  • 2 shows a scheme for converting a controller output signal R (t) into an actuating signal S (t) according to the invention
  • Fig. 3 exemplary waveforms for a first variant of
  • FIG. 1 shows a scheme 100 of a tension control according to the present invention.
  • the basis of the invention is a control loop for a tension control, as shown generally in FIG.
  • the control circuit provides that the actual tension of a metal strip is measured by means of a detection device 160 or otherwise determined when the metal strip is clamped under tension between two tension points or passes through these tension points under tension.
  • train is here synonymous with tensile stress.
  • the actual train thus determined is compared in a setpoint / actual value comparator 110 with a predetermined desired train for the metal strip, and the result of this comparison, which is typically a difference, is called control deviation e (t) is output to a controller 120.
  • the regulator device generates at its output a regulator output signal R (t).
  • This regulator output signal R (t) typically represents a speed change for a rotary drive.
  • the regulator output signal R (t) does not serve directly as a control signal for Actuation of an actuator 140 in the form of a rotary drive, but rather, the present invention provides that the controller output signal is first converted into a conversion means 130 in a suitable manner, as described below, in a control signal S (t). Only the actuator S (t) then actually serves to control the rotary drive 140.
  • the rotary drive 140 is controlled so that the train of the metal strip 200 is controlled to the predetermined setpoint when the metal strip passes through the controlled system 150, which consists essentially of two clamping points consists.
  • the control described preferably operates continuously in time, so that the initially described determination of the actual train of the metal strip within the controlled system takes place continuously and the determined actual train is continuously regulated to the predetermined desired train.
  • FIG. 2 shows the functional structure of the conversion device 130 shown in FIG. 3 in detail.
  • the conversion device 130 receives the regulator output signal R (t) as an input variable and outputs the said actuating signal S (t) as an output variable to the rotary drive 140 as an actuator.
  • the conversion means 130 further receives a quantity g (t) representing the velocity of the metal strip 200. This may be the actual velocity of the metal strip itself, but may also be any other physical quantity act, which allows an indication of the size of the speed of the metal strip between the two clamping points.
  • the derivative signal a (t) then allows acceleration correction for the rotary drive.
  • Conversion device 130 may be operated in a first variant or alternatively in a second variant; Depending on the variant, the function blocks F1 and F2 are operated or designed differently within the conversion device 130. The respective different training or mode of operation of the conversion device 130 for both variants will be described primarily mathematically.
  • the block F2 within the conversion means 130 provides the generation of a gain factor V (t), in which the received input signal g (t) is preferably normalized to a predetermined constant g (t 0 ).
  • V (t) For both variants, the block F2 within the conversion means 130 provides the generation of a gain factor V (t), in which the received input signal g (t) is preferably normalized to a predetermined constant g (t 0 ).
  • control signal S (t) as follows:
  • a 1 (t) R (t) - (_A 1 (t Q + A 1 (t 1 ) + A 1 _ (t 2 ) +.. + A 1 (t n )) with £ m ⁇ £ (2.1 )
  • a 2 t) V (_t) * (Z (t, + Z (A) + Z (t 2 ) -h. + Z (t) with t n t
  • FIG. 3 illustrates the generation of the actuating signal S (t) as an output signal of the converter 130 according to the first variant on the basis of concrete examples for the input signals g (t) and R (t).
  • the amplification factor V (t) in its time course is identical to the input signal g (t), ie the normalization factor g (t 0 ) has here been set to 1 by way of example.
  • times t are defined as so-called learning times.
  • learning times are defined as so-called learning times.
  • g LP [m / s] Speed learning point with: g LPi speed at which a learning point is to be set; or
  • the reference acceleration is preferred
  • the learning time 1 is set at time t 0 or because the system starts an acceleration phase at time t 0 ;
  • the variable g (t) representing the speed of the metal band changes from this point in time.
  • the quantity g (t) increases at this time starting from a hitherto constant magnitude, ie at time t 0 a positive acceleration phase starts.
  • the second learning time in Figure 3 is triggered because during the then prevailing negative acceleration phase, ie during the prevailing deceleration phase, the left-side limit of Ai (t) has a predetermined value Aimax. reaches or drops to this.
  • the setting of the learning points in each case has the effect that the function Ai (t) at the learning times has a jump, because it is then calculated according to formula 2.1 from the controller output signal R (t) minus a certain amount. Due to the set learning points, the feedforward control is adapted immediately and precisely to the current conditions, in particular to speed-related changes in the mass flow.
  • the future controller output signal R (t) ie the controller output signal after the set learning time in the form of the signal Z (t) copied to the pilot control branch; see Figure 2, so that the control signal S (t) does not change in total by setting the learning time.
  • the newly learned mass flow disturbance is automatically pre-controlled by the conversion device 130 by the mass flow control by the control signal S (t) is again changed linearly to the system speed.
  • the controller output signal R (t) must make no or only very minor corrections when the system changes speed, ie when a change in g (t) occurs ,
  • FIG. 3 shows exemplary signal curves for the input signals R (t) and g (t) and the control signal S (t) calculated therefrom according to formula 2 in the conversion device 130.
  • a comparison of the controller output signal R (t), which typically serves in the prior art directly as a control signal for a downstream rotary drive, with the control signal S (t) calculated according to the invention can be seen in particular between the times t 0 and t 2 that the controller output signal R ( t) was weighted or varied for calculating the actuating signal S (t) with the quantity g (t) representing the speed of the metal band or the amplification factor V (t).
  • FIG. 1 An example of such a calculation of the actuating signal S (t) according to the second variant is shown in FIG.
  • a comparison of the controller output signal R (t) with the actuating signal S (t) also shows that the controller output signal varies or depends on the amplification factor V (t) or on the quantity g (t) representing the speed of the metal band is weighted.
  • the weighting in the second variant is much more immediate; This is shown by the actual proportional amplification of the local maxima and minima, especially in the area At. In the first variant, these are not amplified or only attenuated, as can be seen from the signal curve S (t) in FIG.
  • the second variant can not only be driven when the tension control is in a steady state, but also before reaching the steady state, z. B. when threading metal strip in a system, in particular between the two clamping points, or in a Switzerland inconveniencesequenz, etc.
  • the variant 2 then applies, for example, the following mathematical relationship:
  • the tension control is in a steady state, it can be driven according to the invention either according to the first or the second variant.
  • this steady state begins at the time t 0 at the speed g (t 0 ).
  • the steady state can also be switched between the first and the second variant. Switching to the second variant can be done if a more favorable control behavior can be achieved by changing the speed of the system by also changing the dynamics of the tension controller due to the speed change.
  • an adaptation of the dynamics takes place at least partially by the inventive conversion of the size R (t) into S (t) automatically.
  • the direct amplification of the control signal R (t) in the conversion into the control signal S (t) has the advantage that a commissioning of the controller can be done faster because the dependence of the control dynamics of the speed at least partially by the inventive conversion R (t) is solved for S (t). Also, the resulting continuous adjustment of the dynamics of the controllers to the requirements of and after speed change may be more accurate over the conventional setting for different operating points.
  • V (t) g max / g (t0), if g (t)> g maxi otherwise:

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für eine Zugregelung bei einem bandförmigen Material zwischen zwei Spannstellen, insbesondere zwischen zwei benachbarten Walzgerüsten, wobei mindestens eine der Spannstellen einen Drehantrieb als Stellglied aufweist. Um bekannte Zugregelungen dieser Art effektiver und schneller zu machen, wird erfindungsgemäß vorgesehen, das Reglerausgangssignal im Rahmen seiner Umwandlung in das Stellsignal für den Drehantrieb zumindest zeitweise in Abhängigkeit von einer die Geschwindigkeit des bandförmigen Materials repräsentierenden Größe zu variieren.

Description

Verfahren für eine Zugregelung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für eine Zugregelung bei bandförmigem Material, insbesondere bei einem Metallband, zwischen zwei Spannstellen, wobei mindestens eine der Spannstellen einen Drehantrieb zur Beeinflussung der Zugspannung des Materials aufweist. Bei den Spannstellen kann es sich beispielsweise um zwei benachbarte Walzgerüste handeln
Ein entscheidendes Kriterium für eine Walzanlage, sei es eine Warmwalzanlage oder eine Kaltwalzanlage, ist die Walzstabilität. Die Walzstabilität hängt größtenteils von der Stabilität des Zugs des zu walzenden Metallbandes ab. Zugregler, also Regler, welche auf die Regelgröße Zug regeln, sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt, z. B. aus der EP 2 454 033 B1 oder der DE 10 2006 048 421 A1 . Als Stellglied der bekannten Zugregelungen kann beispielsweise die hydraulische Anstellung in einem Walzgerüst zur Anstellung der Arbeitswalzen dienen. Vorzugsweise werden die Arbeitswalzen dabei positionsgeregelt, da die Positionsregelung schneller auf den Zug wirkt als eine Regelung des Zuges durch eine Verstellung der Drehzahl der Drehantriebe der Walzen. Eine Kraftregelung wird oftmals bei den letzten Gerüsten einer Tandemstraße gefahren, um eine bestimmte Oberflächenrauigkeit auf das gewalzte Metallband einzubringen. Alternativ zu der besagten hydraulischen Anstellung der Walzen kann z. B. bei Einsatz einer Kraftregelung auch der Drehantrieb der Walzen eines Walzgerüstes mit variabler Einstellung der Drehzahl als Stellglied für die Zugregelung dienen.
Während eines Walzprozesses können verschiedenste Unregelmäßigkeiten auftreten, welche jeweils eine Korrektur des Zugs des Metallbandes erfordern. Beispiele bzw. Ursachen für solche Unregelmäßigkeiten sind: Vor Beginn eines Walzprozesses wird regelmäßig ein Stichplan erzeugt, welcher die Dickenabnahmen und die zugehörigen Geschwindigkeitsänderungen für jedes einzelne Gerüst einer Walzstraße abschätzt bzw. vorausberechnet. Zeigt es sich später während des realen Walzprozesses, dass der Stichplan nicht mit der Realität übereinstimmt, so kommt es zu Massenflussstörungen, insbesondere bei Beschleunigungsund Verzögerungsphasen, die der Zugregler ausregeln muss.
Neues Material wird gewalzt oder es wird Material mit falschen Walzdaten gewalzt.
- Es ändert sich die Einlaufdicke des Metallbandes in ein einzelnes Walzgerüst oder der vorausberechnete Soll-Zug und/oder die Schmierverhältnisse in der Realität weichen von der Planung ab. Dies bedeutet ebenfalls eine Massenflussstörung, die bei
Beschleunigungsfahrten Zugstörungen hervorruft, die allein durch die Geschwindigkeitsänderungen entstehen.
- Abnutzung der Walzen.
Alle besagten Situationen rufen Zugstörungen hervor, welche durch die Zugregelung möglichst schnell ausgeregelt werden müssen. Ansonsten entsteht ein instabiler Walzprozess, bis hin zu Bandrissen. Eine nicht schnell genug ausgeregelte Zugstörung vergrößert regelmäßig die Abmaßlänge des zu walzenden Metallbandes, das ist die Länge des Metallbandes, die später nicht verkauft werden kann, weil die vom Kunden gewünschten Dickentoleranzen nicht eingehalten werden können.
Den im Stand der Technik bekannten Zugregelungen, welche den Drehantrieb der Walzen eines Walzgerüstes als Stellglied verwenden, haftet der Nachteil an, dass sie oftmals zu langsam sind für die vielen und häufig auftretenden oben genannten Probleme im Walzprozess, die eine Korrektur erfordern.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein bekanntes Verfahren für die Regelung des Zugs bei einem bandförmigen Material zwischen zwei Spannstellen dahingehend weiterzubilden, dass die Zugregelung effektiver und schneller wird.
Diese Aufgabe wird durch das im Patentanspruch 1 beanspruchte Verfahren gelöst. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Reglerausgangssignal im Rahmen seiner Umwandlung in das Stellsignal zumindest zeitweise in Abhängigkeit von einer die Geschwindigkeit des Metallbandes repräsentierenden Größe g(t) variiert wird. Der Begriff „zumindest zeitweise" bedeutet, dass die erfindungsgemäße Umwandlung des Reglerausgangssignals in das Stellsignal nicht immer während einer Zugregelung erfolgen muss. Die erfindungsgemäße Umwandlung kann während einzelner Phasen der Zugregelung ausgesetzt sein, beispielsweise bevor die Zugregelung einen eingeschwungenen Zustand erreicht hat.
Der Begriff „eine die Geschwindigkeit des bandförmigen Materials repräsentierende (physikalische) Größe" ist breit auszulegen. Der Begriff meint zum einen die Geschwindigkeit des Metallbandes selber. Zum anderen schließt er aber auch jegliche andere physikalische Größe, welche einen Hinweis auf die Größe der Geschwindigkeit des Metallbandes zwischen den beiden Spannstellen erlaubt, mit ein. Beispielsweise schließt er auch die Drehzahl oder die Umfangsgeschwindigkeit von Walzen in einem Walzgerüst mit ein, wenn ein solches Walzgerüst als Spannstelle im Sinne der Erfindung fungiert. Auch muss es sich bei der Größe nicht zwingend um einen gemessenen Wert handeln. Der Begriff „Metallband" wird in der vorliegenden Beschreibung und den vorliegenden Ansprüchen immer nur beispielhaft verwendet. Es steht jeweils synonym für bandförmiges Material aus einem beliebigen Werkstoff, auf welches sich die Erfindung allgemein bezieht.
Die vorliegende Erfindung betrifft lediglich Zugregelungen, bei denen ein Drehantrieb als Stellglied fungiert und bei denen deshalb ein Stellsignal Drehzahlen oder Drehzahländerungen für den Drehantrieb vorgibt. Der Kerngedanke der Erfindung ist darin zu sehen, dass das Ausgangssignal des Zugreglers - anders als im Stand der Technik - nicht direkt als Stellsignal für einen Drehantrieb in einer Spannstelle, beispielsweise in einem Walzgerüst dient, sondern zuvor noch aufbereitet bzw. umgewandelt wird. Diese erfindungsgemäße Umwandlung bewirkt vorteilhafterweise, dass durch Geschwindigkeitsänderungen hervorgerufene Zugstörungen in dem Metallband vorgesteuert werden.
Vorteilhafterweise ermöglicht die erfindungsgemäße Umwandlung des Reglerausgangssignals in das Stellsignal für den Drehantrieb, dass eine bisher typischerweise sehr kosten- und zeitintensive Inbetriebnahme eines Zugreglers deutlich vereinfacht und verkürzt werden kann. So können eine Vielzahl von Metallbändern, die bisher zu Testzwecken, insbesondere für Sprungversuche, während der Inbetriebnahme verbraucht werden, und der Zeitaufwand von Fachpersonal, welcher bisher erforderlich ist, um die Zugreglerdynamik für verschiedene Geschwindigkeitsbereiche einzustellen, bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens deutlich reduziert werden.
Für die erfindungsgemäße Zugregelung werden eine erste Variante und eine zweite Variante beschrieben. Die Ansprüche 2 bis 4 beziehen sich auf die erste Variante während sich die Ansprüche 5 und 6 auf die zweite Variante beziehen. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche 7 bis 21 beziehen sich jeweils auf beide Varianten. Die in Anspruch 2 beschriebene erste Variante der erfindungsgemäßen Zugregelung beschreibt eine Vorsteuerung, die keinen geschwindigkeitsabhängigen Einfluss auf die Streckenverstärkung V(t) nimmt und dennoch notwendige Änderungen des Zugreglerausgangssignals R(t) relativ zu der die Geschwindigkeit des Metall band es repräsentierenden Größe g(t) vornimmt. Diese erst Variante der erfindungsgemäßen Zugregelung arbeitet mit Lernpunkten. Wird die Anzahl der Lernpunkte gegen unendlich erhöht, so wird die Zugkorrektur direkt abhängig von der Anlagengeschwindigkeit gemacht und somit auch von deren Streckenverstärkung.
Das Stellsignal S(t) berechnet sich gemäß der ersten Variante der erfindungsgemäßen Zugregelung aus dem Reglerausgangssignal R(t) gemäß der folgenden Formel:
mit:
A1 (tO) vorgegeben
Z(t0) vorgegeben
tt: Lernzeitpunkte
t0: erster Lernzeitpunkt,
und mit
(1 ) wobei V(t) ein Verstärkungsfaktor ist, welcher den vorzugsweise auf die vorgegebene Konstante g(t0) normierten Verlauf der die Geschwindigkeit des Metallbandes (200) repräsentierenden Größe g(t) über der Zeit repräsentiert. Lernpunkte t, werden erfindungsgemäß aufgrund realer Störeinflüsse, wie z. B. manueller Referenzzugänderungen, Umverteilungen, allgemeiner Störungen aus dem Prozess, etc. generiert. Aufgrund dieser Störeinflüsse/Ereignisse, wie sie auch in Anspruch 3 aufgezeigt sind, ändern sich die Umgebungsbedingungen für die Zugregelung. Die besagten Lernpunkte helfen dabei, den Reglerausgang sofort und exakt auf die aktuell geänderten Gegebenheiten des Massenflusses anzupassen. Insofern beschreibt die erste Variante der erfindungsgemäßen Zugregelung eine adaptive Vorsteuerung. Die Zugregelung wird insgesamt schneller, das Stellsignal S(t) muss voraussichtlich nur kleine, vielleicht idealerweise sogar keine Korrekturen mehr fahren, wenn die Anlage ihre Geschwindigkeit nach und während einer Störung ändert.
Der abhängige Anspruch 4 beschreibt verschiedene Situationen, wann die Zugregelung gemäß der ersten Variante gefahren wird, d. h. unter welchen Bedingungen das Stellsignal vorzugsweise gemäß der Formel 2 berechnet wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die die Geschwindigkeit des Metallbandes repräsentierende Größe zwischen einem oberen und einem unteren Schwellenwert liegt oder wenn nicht der Massenfluss, sondern eine andere physikalische Größe dominant ist für die Dynamik der Zugregelung. Bei der zweiten Variante der erfindungsgemäßen Zugregelung gemäß Anspruch 5 wird zunächst wieder der Verstärkungsfaktor V(t) gemäß der oben genannten Formel 1 gebildet. Dann wird das Stellsignal S(t) gebildet gemäß der folgenden Formel:
S(t) = R(t) * V(t), (3) Bei dieser zweiten Variante wird der Ausgang des Zugreglers R(t) direkt mit dem Verstärkungsfaktor V(t), der sich kontinuierlich mit der Anlagengeschwindigkeit ändern kann, erhöht oder verringert und somit umgewandelt in das Stellsignal S(t). Im Unterschied zu der ersten Variante beeinflusst die zweite Variante, zusätzlich zu der unterstützenden Vorsteuerung bei Geschwindigkeitsänderungen, auch die Dynamik des Reglers selbst. So kann an den Antrieb bei einer beispielhaft angenommenen Störgröße a und einer Geschwindigkeit b die Korrektur des Reglers AR folgen, aus der wiederum erfindungsgemäß ein Stellsignal AR=>AS1 für den Drehantrieb folgt. Ändert sich nun die Geschwindigkeit b auf die Geschwindigkeit c mit c^b, kann die gleiche angenommene Störgröße a die gleiche Korrektur des Reglers AR hervorrufen, es folgt jedoch eine unterschiedliche Reaktion des Stellsignals AR=>AS2 mit AS2^ AS1 . Dieser geschwindigkeitsabhängige Unterschied des Stellsignal AS (t) gilt gleichermaßen für Beschleunigungs- und Konstantfahrten.
Die Regelungstechnischen Vorteile der zweiten Variante gegenüber dem Stand der Technik entsprechen den Vorteilen der Variante 1 . Zusätzlich bietet die
Variante 2 die Möglichkeit der Aufwand einer Inbetriebnahme des Zugregelung deutlich zu reduzieren, indem die Dynamik der Regelung durch den Faktor V(t) analog zur Geschwindigkeit automatisch verändert wird und diese somit nicht oder nur in geringeren Maße durch Versuche eingestellt werden muss.
Die zweite Variante wird vorzugsweise dann gefahren, d. h. das Stellsignal wird gemäß Formel 3 vorzugsweise dann berechnet, wenn die die Geschwindigkeit des Metallbandes repräsentierende Größe g(t) einen vorgegebenen oberen Schwellenwert gmaX2 unterschreitet und einen vorgegebenen unteren Schwellenwert gmin2 überschreitet; oder wenn der Massenfluss die dominante Größe für die Dynamik der Zug-Regelung ist; oder wenn das Verstärkungssignal V(t) einen größeren Einfluss auf die Dynamik der Zugregelung haben soll als bei Formel 2; oder bevor sich die Zugregelung in einem eingeschwungenen Zustand befindet, wobei dann vorzugsweise gilt: V(t)=1 . Optional kann die Zugregelung von der zweiten Variante auf die erste Variante umgeschaltet werden, sobald und solange die die Geschwindigkeit des Metallbandes repräsentierende Größe, insbesondere die Geschwindigkeit des Metallbandes selber, ein vorgegebenes positives Geschwindigkeitslimit überschreitet. Dieses Geschwindigkeitslimit wird beispielsweise durch den unteren Schwellenwert gmini der Variante 1 definiert, wenn dieser größer als der obere Schwellenwert gmaX2 der zweiten Variante ist. Sobald die die Geschwindigkeit des Metallbandes repräsentierende Größe g(t) dieses Geschwindigkeitslimit wieder unterschreitet, kann wieder auf die Variante 2 zurückgeschaltet werden. Die zeitweise Umschaltung führt dazu, dass weiterhin die Geschwindigkeitskorrektur gemäß Massenfluss verändert wird, aber der Zugregler die Verstärkung bei hohen Geschwindigkeiten konstant hält. Die Reglerverstärkung muss z. B. dann konstant gehalten werden, wenn die Dynamik der Drehantriebe die limitierende Größe für die Dynamik des Zugreglers ist bzw. wird.
Sowohl die erste wie auch die zweite Variante werden vorzugsweise dann gefahren, wenn sich die Zugregelung in einem eingeschwungenen Zustand befindet.
Es kann vorteilhaft sein, den Verstärkungsfaktor V(t) auf einen konstanten Wert zu beschränken, wenn die die Geschwindigkeit des Metallbandes repräsentierende Größe g(t) einen vorgegebenen Schwellenwert gmaXi überschreitet. Das ermöglicht es, bei hohen Geschwindigkeiten die Korrektur des Zugreglers absolut und die Verstärkung des Reglers konstant zu halten. Die Beschränkung des Verstärkungsfaktors kann bei den beiden Varianten der Zugregelung sinnvoll sein. Ebenfalls für beide Varianten kann es sinnvoll sein, die Stellgröße S(t) in Abhängigkeit bzw. relativ zu der die Geschwindigkeit des Metallbandes repräsentierenden Größe zu beschränken. Mathematisch ausgedrückt gilt dann Folgendes:
Smin(g(t)) < S(t) < Smax(g(t)) (7)
Dies schützt die Anlage z. B. im Fall eines nichtdetektierten Bandrisses bei geringen Geschwindigkeiten. Durch die relative Limitierung sind die Reglerlimits Smin(g(t)) und Smax(g(t)) bei hohen Geschwindigkeiten g(t) offener als bei geringen Geschwindigkeiten. Beispielsweise gilt:
S teiO) = "£(0 * 0,4;
(g(t ) = g(t) * 0,4
Vorteilhafterweise wird das Stellsignal S(t) oder der Verstärkungsfaktor V(t) bei der ersten und/oder bei der zweiten Variante jeweils berechnet unter Berücksichtigung der Voreilung k des Metallbandes, vorzugsweise durch Multiplikation mit einer Funktion f(k). Die Voreilung k repräsentiert den Unterschied zwischen der Geschwindigkeit g(t) des Metallbandes und der Umfangsgeschwindigkeit Vcx der das Metallband walzenden Arbeitswalzen in einem Walzgerüst gemäß der folgenden Formel: g(t) = Va * (k + l) (8)
Gemäß der ersten Variante berechnet sich dann das Stellsignal S(t) wie folgt:
S(t) = [R(t)- (9)
Gemäß der zweiten Variante berechnet sich das Stellsignal S(t) unter
Berücksichtigung der Voreilung wie folgt: S(ß) = [R(ß) * V(ß) * f(k)] (10)
Durch die Berücksichtigung der Voreilung wird die erfindungsgemäße Zugregelung noch besser auf geschwindigkeitsandernde Störungen voreingestellt bzw. vorgesteuert und dadurch noch effektiver und noch schneller.
Die Voreilung k selber kann entweder von der die Geschwindigkeit des Metallbandes repräsentierenden Größe g(t) in der Form k(g(t)) abhängen oder als Konstante vorgegeben sein.
Wenn alternativ oder zusätzlich zu dem Stellsignal S(t) auch ein Ableitungssignal der Form dS(t)/dt zur Ansteuerung des Drehantriebs erzeugt und ausgegeben wird, kann damit der Drehantrieb noch präziser angesteuert werden, weil mit diesem Ableitungssignal auch eine Korrektur der Beschleunigung des Drehantriebs möglich ist. Auch die Möglichkeit der Verwendung des Ableitungssignals besteht sowohl bei der ersten wie auch bei der zweiten Variante.
Während das Stellsignal S(t) im Rahmen der vorliegenden Erfindung immer eine Drehzahl bzw. eine Änderung der Drehzahl für einen Drehantrieb vorgibt, kann das Reglerausgangssignal R(t) entweder eine Änderung der Drehzahl für den Drehantrieb oder eine Dickenänderung für das Metallband in einem Walzgerüst vorgeben. In letzterem Fall muss dann eine Umrechnung des Reglerausgangssignals in das Stellsignal für den Drehantrieb erfolgen.
Bei den zwei Spannstellen, zwischen denen das Metallband unter Zug eingespannt ist, kann es sich um zwei vorzugsweise benachbarte Walzgerüste einer Walzstraße handeln, wobei mindestens eines der Walzgerüste den Drehantrieb zum Drehantreiben einer seiner Walzen aufweist. In einer besonderen Ausgestaltung erfolgt dann an dem in Walzrichtung ersten Walzgerüst eine Dickenregelung und an dem in Walzrichtung nachgelagerten zweiten Walzgerüst die erfindungsgemäße Zugregelung mit einer Ansteuerung des dortigen Drehantriebs als Stellglied. Durch die vorhergehende Drehzahlregelung wird die nachgelagerte Zugregelung wesentlich entlastet, d.h. das Stellsignal braucht nur noch kleinere Änderungen der Drehzahl an den Drehantrieb auszugeben.
Bei der im letzten Absatz beschriebenen Konstellation ist es vorteilhaft, wenn das Reglerausgangssignal einerseits die besagte Änderung der Dickenabnahme des Metallbandes für die Dickenregelung an dem ersten Walzgerüst repräsentiert und insofern als Stellsignal für die Dickenabnahme an dem ersten Walzgerüst fungiert. Das Reglerausgangssignal R(t) kann dann andererseits gemäß der ersten oder zweiten Variante der erfindungsgemäßen Zugregelung in das Stellsignal für den Drehantrieb umgewandelt werden, wobei die Umwandlung auch eine Umrechnung der Änderung der Dickenabnahme in eine Änderung der Drehzahl für den Drehantrieb mit einschließt.
Bei den beiden Spannstellen zwischen denen der Zug des Metallbandes mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geregelt wird, kann es sich alternativ um ein Rollenpaar als erste Spannstelle und eine in Walzrichtung dem Rollenpaar nachgeschaltete Haspeleinrichtung als zweite Spannstelle handeln. Der für die erfindungsgemäße Zugregelung erforderliche Drehantrieb kann dann entweder bei dem Rollenpaar vorhanden sein zum Drehantreiben von mindestens einer seiner Rollen und/oder bei der Haspeleinrichtung zum Drehantreiben des Haspels. Bei dem Rollenpaar kann es sich um ein Treiberrollenpaar oder um ein Arbeitswalzenpaar in einem Walzgerüst handeln.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der Beschreibung sind vier Figuren beigefügt, wobei
Fig. 1 ein Schema einer Zug-Regelung gemäß der Erfindung; Fig. 2 ein Schema zur Umwandlung eines Reglerausgangssignals R(t) in ein Stellsignal S(t) gemäß der Erfindung; Fig. 3 beispielhafte Signalverläufe für eine erste Variante des
erfindungsgemäßen Verfahrens; und
Fig. 4 beispielhafte Signalverläufe für eine zweite Variante des
erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die genannten Figuren in Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben.
Figur 1 zeigt ein Schema 100 einer Zugregelung gemäß der vorliegenden Erfindung. Grundlage der Erfindung ist ein Regelkreis für eine Zugregelung, wie er in Figur 1 allgemein dargestellt ist. Der Regelkreis sieht vor, dass der Ist-Zug eines Metallbandes mit Hilfe einer Ermittlungseinrichtung 160 gemessen oder anderweitig ermittelt wird, wenn das Metallband zwischen zwei Spannstellen unter Zug eingespannt ist bzw. diese Spannstellen unter Zug durchläuft. Der Begriff Zug steht hier synonym für Zugspannung. Der so ermittelte Ist-Zug wird in einem Soll- /Ist-Wert- Vergleicher 1 10 mit einem vorgegebenen Soll-Zug für das Metallband verglichen, und das Ergebnis dieses Vergleiches, bei dem es sich typischerweise um eine Differenzbildung handelt, wird als Regelabweichung e(t) auf eine Reglereinrichtung 120 ausgegeben. Die Reglereinrichtung erzeugt an ihrem Ausgang ein Reglerausgangssignal R(t).
Dieses Reglerausgangssignal R(t) repräsentiert typischerweise eine Drehzahländerung für einen Drehantrieb. Erfindungsgemäß dient das Reglerausgangssignal R(t) jedoch nicht unmittelbar als Stellsignal zur Ansteuerung eines Stellglieds 140 in Form eines Drehantriebs, sondern vielmehr sieht die vorliegende Erfindung vor, dass das Reglerausgangssignal zunächst in einer Umwandlungseinrichtung 130 in geeigneter Weise, wie nachfolgend beschrieben, in ein Stellsignal S(t) umgewandelt wird. Erst das Stellglied S(t) dient dann tatsächlich zur Ansteuerung des Drehantriebs 140. Der Drehantrieb 140 wird so angesteuert, dass der Zug des Metallbandes 200 auf den vorgegebenen Sollwert geregelt wird, wenn das Metallband die Regelstrecke 150 durchläuft, welche im Wesentlichen aus zwei Spannstellen besteht. Die beschriebene Regelung arbeitet vorzugsweise zeitlich kontinuierlich, so dass die einleitend beschriebene Ermittlung des Ist-Zugs des Metallbandes innerhalb der Regelstrecke kontinuierlich erfolgt und der ermittelte Ist-Zug kontinuierlich auf den vorgegebenen Soll-Zug geregelt wird.
Figur 2 zeigt den Funktionsaufbau der in Figur 3 gezeigten Umwandlungseinrichtung 130 im Detail.
Zunächst ist zu erkennen, dass die Umwandlungseinrichtung 130 das Reglerausgangssignal R(t) als Eingangsgröße empfängt und das besagte Stellsignal S(t) als Ausgangsgröße auf den Drehantrieb 140 als Stellglied ausgibt. Neben dem Reglerausgangssignal (R(t) empfängt die Umwandlungseinrichtung 130 weiterhin eine die Geschwindigkeit des Metallbandes 200 repräsentierende Größe g(t). Dabei kann es sich um die konkrete Geschwindigkeit des Metallbandes selber handeln; es kann sich dabei jedoch auch um jegliche andere physikalische Größe handeln, welche einen Hinweis auf die Größe der Geschwindigkeit des Metallbandes zwischen den beiden Spannstellen erlaubt.
Neben dem Stellsignal S(t) kann es sinnvoll sein, auch dessen zeitliche Ableitung dS(t)/dt = a(t) als Ausgangssignal a(t) auf den Drehantrieb 140 auszugeben. Das Ableitungssignal a(t) ermöglicht dann eine Beschleunigungskorrektur für den Drehantrieb. Die erfindungsgemäße Zugregelung und insbesondere die
Umwandlungseinnchtung 130 kann in einer ersten Variante oder alternativ in einer zweiten Variante betrieben werden; je nach Variante sind die Funktionsblöcke F1 und F2 innerhalb der Umwandlungseinrichtung 130 unterschiedlich betrieben bzw. ausgebildet. Die jeweils unterschiedliche Ausbildung bzw. Funktionsweise der Umwandlungseinrichtung 130 für beide Varianten wird nachfolgend primär mathematisch beschrieben.
Für beide Varianten sieht der Block F2 innerhalb der Umwandlungseinrichtung 130 die Generierung eines Verstärkungsfaktors V(t) vor, in dem das empfangene Eingangssignal g(t) vorzugsweise auf eine vorgegebene Konstante g(t0) normiert wird. Für V(t) gilt deshalb:
I. Beschreibung der ersten Variante Für die erste Variante der erfindungsgemäßen Zugregelung berechnet die
Umwandlungseinrichtung 130 gemäß Fig. 2 das Stellsignal S(t) wie folgt:
S(t) = A^t) + A 2 (t)
A1(t) = R(t) - (_A 1(tQ + A1(t1) + A1_(t2 )+. . +A1(tn )) mit £m < £ (2.1 ) A 2 t) = V(_t) * (Z( t, + Z(A) + Z(t2)-h . +Z(t ) mit tn t
Z(tt ) =
V(t£)
Daraus folgt: mit tt: Zeitpunkt eines Lernpunktes t0 Zeitpunkt des ersten Lernpunktes
Figur 3 veranschaulicht die Generierung des Stellsignals S(t) als Ausgangssignal der Umwandlungseinrichtung 130 gemäß der ersten Variante anhand konkreter Beispiele für die Eingangssignale g(t) und R(t). Bei dem Beispiel in Figur 3 ist der Verstärkungsfaktor V(t) in seinem Zeitverlauf identisch mit dem Eingangssignal g(t), d. h. der Normierungsfaktor g(t0) wurde hier beispielhaft zu 1 gesetzt.
Neben dem Verstärkungsfaktor V(t) werden innerhalb der Umwandlungseinrichtung 130 diverse andere Zwischensignale A1 (t), Z(t) und A2(t) generiert, aus denen letztendlich das Stellsignal S(t) berechnet wird. Die Berechnung der Zwischensignale ist oben mathematisch dargestellt und, wie gesagt, in Figur 3 an einem Beispiel erläutert.
Als Besonderheit werden im Rahmen der Zugregelung nach der ersten Variante Zeitpunkte t,, bei denen besondere Ereignisse eintreten, als sogenannte Lernzeitpunkte definiert. Im Folgenden sind einige Beispiele für entsprechende Ereignisse genannt, bei denen ein Lernzeitpunkt gesetzt bzw. ausgelöst wird:
g( = Zi i **Erreicht die aktuelle Geschwindigkeit g(t) eine vorgegebene bzw. parametrierte Geschwindigkeit gLP, so wird ein Lernpunkt ausgelöst
gLP [m/s]: Geschwindigkeit Lernpunkt mit: gLPi Geschwindigkeit an der ein Lernpunkt gesetzt werden soll; oder
d g(t)
Bevorzugt wird die Referenzbeschleunigung
dt
analysiert. Startet die Anlage eine positive oder negative Beschleunigungsphase mit^^1 Φ 0, so wird zu diesem Zeitpunkt ein Lernpunkt gesetzt;
dt
oder
Φ 0 **Überschreitet während einer Beschleunigungsphase Φ 0 der Betrag von ^(t) einen bestimmten WerU^^ , wird ein Lernpunkt dt
ausgelöst. Zwei der soeben beschriebenen Ereignisse für das Auslösen von Lernpunkten sind in Figur 3 veranschaulicht. So ist in Figur 3 zu erkennen, dass der Lernzeitpunkt 1 zu dem Zeitpunkt t0 dann bzw. deshalb gesetzt wird, weil die Anlage zum Zeitpunkt t0 eine Beschleunigungsphase startet; in Figur 3 ist dies darin zu erkennen, dass sich die die Geschwindigkeit des Metall band es repräsentierende Größe g(t) ab diesem Zeitpunkt ändert. Konkret steigt die Größe g(t) zu diesem Zeitpunkt ausgehend von einer bis dahin konstanten Größe an, d. h. zum Zeitpunkt t0 startet eine positive Beschleunigungsphase. Der zweite Lernzeitpunkt in Figur 3 wird ausgelöst, weil während der dann vorherrschenden negativen Beschleunigungsphase, also während der herrschenden Verzögerungsphase, der linksseitige Grenzwert von Ai(t) einen vorbestimmten Wert Aimax. erreicht bzw. auf diesen absinkt. Die Setzung der Lernpunkte hat in jedem Fall die Auswirkung, dass die Funktion Ai(t) an den Lernzeitpunkten einen Sprung aufweist, weil sie dann berechnet wird gemäß Formel 2.1 aus dem Reglerausgangssignal R(t) abzüglich eines bestimmten Betrages. Durch die gesetzten Lernpunkte wird die Vorsteuerung sofort und exakt auf die aktuellen Gegebenheiten, insbesondere auf geschwindigkeitsbedingte Änderungen des Massenflusses angepasst. Durch das Setzen der Lernpunkte wird das zukünftige Reglerausgangssignal R(t), d. h. das Reglerausgangssignal nach dem jeweils gesetzten Lernzeitpunkt in Form des Signals Z(t) auf den Vorsteuerzweig kopiert; siehe Figur 2, so dass sich das Stellsignal S(t) in Summe durch das Setzen der Lernzeitpunkte nicht ändert. Andererseits wird bei einer Änderung der Anlagengeschwindigkeit die neu gelernte Massenflussstörung von der Umwandlungseinrichtung 130 automatisch vorgesteuert, indem die Massenflusssteuerung durch das Stellsignal S(t) wieder linear zur Anlagengeschwindigkeit verändert wird. Idealerweise muss dann - wenn zuvor das Stellsignal (St) ideal zur Änderung der Anlagengeschwindigkeit angepasst wurde - das Reglerausgangssignal R(t) keine oder nur sehr geringe Korrekturen fahren, wenn die Anlage ihre Geschwindigkeit ändert, d. h. wenn eine Änderung bei g(t) eintritt.
Fig. 3 zeigt beispielhafte Signalverläufe für die Eingangssignale R(t) und g(t) und das daraus nach Formel 2 in der Umwandlungseinrichtung 130 berechnete Stellsignal S(t). Ein Vergleich des Reglerausgangssignals R(t), welches typischerweise im Stand der Technik direkt als Stellsignal für einen nachgeschalteten Drehantrieb dient, mit dem erfindungsgemäß berechneten Stellsignal S(t) lässt insbesondere zwischen den Zeitpunkten t0 und t2 erkennen, dass das Reglerausgangssignal R(t) zur Berechnung des Stellsignals S(t) mit der die Geschwindigkeit des Metall band es repräsentierenden Größe g(t) bzw. dem Verstärkungsfaktor V(t) gewichtet bzw. variiert wurde.
II: Beschreibung der zweiten Variante
Gemäß Fig. 2 berechnet sich das Stellsignal S(t) bei der zweiten Variante in Abhängigkeit des Reglerausgangssignals R(t) wie folgt: S(t) = A1(t) + A2(t)
A1(t) = 0
A2(t) = V(t) x Z(t) mit Z(t) = R(t) Daraus folgt:
S(t) = V(t) x R(t) (3) mit
Ein Beispiel für eine derartige Berechnung des Stellsignals S(t) gemäß der zweiten Variante ist in Figur 4 dargestellt. Auch in Figur 4 zeigt ein Vergleich des Reglerausgangssignals R(t) mit dem Stellsignal S(t), dass das Reglerausgangssignal erfindungsgemäß in Abhängigkeit des Verstärkungsfaktors V(t) bzw. in Abhängigkeit der die Geschwindigkeit des Metallbandes repräsentierenden Größe g(t) variiert bzw. gewichtet wird. Im Unterschied zu der Gewichtung nach der ersten Variante greift die Gewichtung bei der zweiten Variante wesentlich unmittelbarer durch; dies zeigt sich an der tatsächlich proportionalen Verstärkung der lokalen Maxima und Minima, insbesondere im Bereich At. Bei der ersten Variante werden diese nicht oder nur abgeschwächt verstärkt, wie aus dem Signalverlauf S(t) in Figur 3 erkennbar ist.
Die zweite Variante kann nicht nur dann gefahren werden, wenn sich die Zugregelung in einem eingeschwungenen Zustand befindet, sondern auch bereits vor Erreichen des eingeschwungenen Zustandes, z. B. beim Einfädeln von Metallband in eine Anlage, insbesondere zwischen die beiden Spannstellen, oder bei einer Zugaufbausequenz, etc. Für die Variante 2 gilt dann beispielsweise folgender mathematischer Zusammenhang:
V(t) = 1
Daraus folgt Dies entspricht dann einer direkten Durchschaltung/Verwendung des Reglerausgangssignals R(t) als Stellsignal S(t) für den Drehantrieb. Die erfindungsgemäße Umwandlung von R(t) in S(t) findet dann nicht statt bzw. ist auf einen Kurzschluss reduziert.
III. Aussagen, die sowohl für die erste wie auch für die zweite Variante gelten
Wenn sich die Zugregelung in einem eingeschwungenen Zustand befindet, kann sie erfindungsgemäß entweder gemäß der ersten oder der zweiten Variante gefahren werden. In den Figuren 3 und 4 beginnt dieser eingeschwungene Zustand jeweils bei dem Zeitpunkt t0 mit der Geschwindigkeit g(t0). Im eingeschwungenen Zustand kann auch zwischen der ersten und der zweiten Variante umgeschaltet werden. Eine Umschaltung auf die zweite Variante kann erfolgen, wenn durch eine Geschwindigkeitsänderung der Anlage ein günstigeres Regelverhalten erzielbar ist, indem die Dynamik des Zugreglers aufgrund der Geschwindigkeitsänderung ebenfalls verändert wird. In der zweiten Variante erfolgt eine Anpassung der Dynamik zumindest teilweise durch die erfindungsgemäße Umwandlung der Größe R(t) in S(t) automatisch.
Die direkte Verstärkung des Reglersignals R(t) bei der Umwandlung in das Stellsignal S(t) gemäß Variante zwei hat den Vorteil, das eine Inbetriebnahme des Reglers schneller erfolgen kann, da die Abhängigkeit der Regeldynamik von der Geschwindigkeit zumindest teilweise durch die erfindungsgemäße Umwandlung R(t) nach S(t) gelöst wird. Auch kann die sich hierdurch ergebende kontinuierliche Anpassung der Dynamik der Regler auf die Anforderungen bei und nach Geschwindigkeitsänderung genauer gegenüber der herkömmlichen Einstellung für verschiedene Arbeitspunkte sein.
Es kann in bestimmten Situationen vorteilhaft sein, die Verstärkung des Reglerausgangs R(t) bei der Umwandlung in S(t) nicht weiter zu erhöhen. Ist dies der Fall, kann von Variante zwei auf Variante eins umgeschaltet werden. Diese Umschaltung von Variante zwei auf Variante eins wie auch die Rückschaltung von Variante eins auf Variante zwei erfolgt vorzugsweise durch eine zusätzliche Logik, welche vermeidet das sich das Stellsignal S(t) aufgrund der Umschaltung ändert. Z. B. wird von Variante zwei auf Variante eins umgeschaltet, wenn die Dynamik des Antriebes limitierende Größe der Zugreglerdynamik ist.
Sowohl für die erste wie für die zweite Variante besteht weiterhin die Möglichkeit den Geschwindigkeitsfaktor v(t) = -^- z.B. positiv zu limitieren.
gC-o)
Ein Beispiel zur Limitierung: V(t) = g max /g(t0), wenn g(t)>g maxi ansonsten gilt:
Also ist V (t) bei Geschwindigkeiten konstant. Das ermöglicht es, bei hohen Geschwindigkeiten die Korrektur des Zugreglers absolut und die
Verstärkung des Reglers konstant zu halten.
Bezugszeichenliste 100 Zugregelung
1 10 Sol stwert-Vergleicher
120 Reglereinrichtung
130 Umwandlungseinrichtung
140 Stellglied, insbesondere Drehantrieb
150 Regelstrecke mit zwei Spannstellen
160 Ermittlungseinrichtung für den Ist-Zug
200 bandförmiges Material, insbesondere Metallband e(t) (Zug-)Regelabweichung
R(t) Reglerausgangssignal
S(t) Stellsignal für Drehantrieb
V(t) Verstärkungsfaktor a(t) Ableitungssignal
g(t) Geschwindigkeit des Metallbandes repräsentierende Größe ti Zeitpunkt

Claims

Patentansprüche:
1 . Verfahren für eine Zugregelung bei einem bandförmiges Material (200) zwischen zwei Spannstellen, wobei mindestens eine der Spannstellen einen Drehantrieb (140) aufweist; mit folgenden Schritten:
Ermitteln des Ist-Zugs zwischen den beiden Spannstellen;
Ermitteln einer Regelabweichung e(t) als Differenz zwischen dem Ist-Zug und einem vorgegebenen Soll-Zug;
Eingeben der Regelabweichung e(t) auf eine Reglereinrichtung (120) zum Erzeugen eines Reglerausgangssignals R(t);
Umwandeln des Reglerausgangssignals R(t) in ein Stellsignal S(t); und Regeln des Ist-Zugs auf den Soll-Zug durch Variieren der Drehzahl des Drehantriebs (140) als Stellglied nach Maßgabe des Stellsignals S(t);
dadurch gekennzeichnet, dass
das Reglerausgangssignal R(t) im Rahmen seiner Umwandlung in das Stellsignal S(t) zumindest zeitweise in Abhängigkeit von einer die
Geschwindigkeit des bandförmigen Materials repräsentierenden Größe g(t) variiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zugregelung gemäß einer ersten Variante gefahren wird, indem:
ein Verstärkungsfaktor V(t) gebildet wird zu: g(t)
v t) = (1 ) welcher den vorzugsweise auf eine vorgegebene Konstante g(t0) normierten Verlauf der die Geschwindigkeit des bandförmigen Materials (200) repräsentierenden Größe g(t) über der Zeit repräsentiert; und das Stellsignal S(t) gebildet wird gemäß folgender Formel: mit:
A1 (tO) vorgegeben
Z(t0) vorgegeben
tt: Lernzeitpunkte
tQ: erster Lernzeitpunkt
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zeitpunkte
an welchen die die Geschwindigkeit des bandförmigen Materials (200) repräsentierende Größen g(t) jeweils einen vorgegebenen Schwellenwert gi_pi erreicht,
oder
an welchen die die Geschwindigkeit g(t) des bandförmigen Materials (200) repräsentierende Größe g(t) nicht mehr konstant ist, sondern beginnt, sich zu ändern, so dass dg(t)/dt Φ 0
oder
an welchen - während einer Beschleunigungsphase des bandförmigen Materials (200) - der Betrag von A1 (t) einen vorgegebenen Schwellenwert Ai max überschreitet,
jeweils als die Lernzeitpunkte ti gesetzt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Stellsignal (S(t)) berechnet wird gemäß Formel (2),
wenn die die Geschwindigkeit des bandförmigen Materials (200) repräsentierende Größe g(t) einen vorgegebenen oberen Schwellenwert gmax unterschreitet und einen vorgegebenen unteren Schwellenwert gmin überschreitet; oder
wenn der Massenfluss nicht die dominante Größe für die Dynamik der Zug- Regelung ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zugregelung gemäß einer zweiten Variante gefahren wird, indem ein Verstärkungsfaktor V(t) gebildet wird zu:
weicher den vorzugsweise auf die vorgegebene Konstante g(t0) normierten Verlauf der die Geschwindigkeit des bandförmigen Materials (200) repräsentierenden Größe g(t) über der Zeit repräsentiert; und
das Stellsignal S(t) gebildet wird gemäß folgender Formel:
S(t) = R(t) * V(t), (3) mit
R(t): Reglerausgangssignal.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Stellsignal S(t) berechnet wird gemäß Formel (3),
wenn die die Geschwindigkeit des bandförmigen Materials (200)
repräsentierende Größe g(t) einen vorgegebenen oberen Schwellenwert gmax2 unterschreitet und einen vorgegebenen unteren Schwellenwert gmin2 überschreitet;
oder wenn der Massenfluss die dominante Größe für die Dynamik der Zug- Regelung ist;
oder
wenn das Verstärkungssignal V(t) einen größeren Einfluss auf die Dynamik der Zugregelung haben soll als bei Formel 2;
oder
bevor sich die Zugregelung in einem eingeschwungenen Zustand befindet, wobei dann vorzugsweise gilt: V(t)=1 .
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zugregelung von der zweiten Variante auf die erste Variante
umgeschaltet wird, sobald und solange gilt: g(t) > gminl > gmax2 (4)
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das - wenn sich die Zugregelung in einem eingeschwungenen Zustand befindet - das Stellsignal S(t) gemäß der ersten oder der zweiten Variante berechnet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Verstärkungsfaktor V(t) auf einen konstanten Wert beschränkt wird, wenn die die Geschwindigkeit des bandförmigen Materials (200) repräsentierende Größe g(t) einen vorgegebenen Schwellenwert gmaXi überschreitet.
10.Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass im Fall der Formel 2 gilt: gmini < gmaxi < gmaxi ; (5) oder im Fall der Formel 3 gilt: gmin2 < gmaxi < gmax2 (6) 1 1 .Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Stellgröße S(t) in Abhängigkeit zu der die Geschwindigkeit g(t) des bandförmigen Materials (200) repräsentierenden Größe g(t) beispielsweise wie folgt limitiert wird:
Smin(g(t)) < S(t) < Smax(g(t)) (7)
12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Stellsignal S(t) berechnet wird unter Berücksichtigung der
Voreilung des bandförmigen Materials, vorzugsweise durch Multiplikation mit einer Funktion f(k), wobei k die Voreilung ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Voreilung k(g(t)) ihrerseits in Abhängigkeit der die Geschwindigkeit g(t) des bandförmigen Materials (200) repräsentierenden Größe g(t) berechnet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass die Voreilung als Konstante vorgegeben wird.
15. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
alternativ oder zusätzlich zu dem Stellsignal S(t) auch ein Ableitungssignal der Form dS(t)/dt, welches eine Korrektur der Beschleunigung des
Drehantriebs repräsentiert, als Eingangssignal für den Drehantrieb (140) bereitgestellt wird.
16. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Reglerausgangssignal R(t) eine Änderung der Drehzahl für den
Drehantrieb (140) repräsentiert.
17. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
es sich bei den zwei Spannstellen um 2 vorzugsweise benachbarte
Walzgerüste einer Walzstraße handelt, wobei mindestens eines der Walzgerüste den Drehantrieb (140) zum Drehantreiben einer seiner Walzen aufweist.
18. Verfahren nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, dass
an dem in Walzrichtung ersten Walzgerüst eine Dickenregelung erfolgt; und an dem in Walzrichtung nachgelagerten zweiten Walzgerüst der
Drehantrieb (140) für zumindest eine der Walzen des zweiten Walzgerüstes vorhanden ist und angesteuert wird,
und dass der Zug des zwischen dem ersten und dem zweiten Walzgerüst eingespannten bandförmigen Materials (200) geregelt wird gemäß dem Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, indem der Drehantrieb (140) des zweiten Walzgerüstes angesteuert wird durch das Stellsignal S(t).
19. Verfahren nach Anspruch 18;
dadurch gekennzeichnet, dass
das Reglerausgangssignal R(t) einerseits eine Änderung der
Dickenabnahme des bandförmigen Materials (200) an dem ersten
Walzgerüst als Spannstelle repräsentiert und als Stellsignal für die Dickenabnahme an dem ersten Walzgerüst fungiert; und
das Reglerausgangssignal R(t) andererseits gleichzeitig gemäß der ersten oder zweiten Variante in das Stellsignal für den Drehantrieb (140) umgewandelt wird, wobei die Umwandlung auch eine Umrechnung der Änderung der Dickenabnahme in eine Änderung der Drehzahl für den Drehantrieb einschließt.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, dass
es sich bei einer der zwei Spannstellen um ein Rollenpaar und bei der anderen der zwei Spannstellen um eine in Walzrichtung nachgeschaltete Haspeleinrichtung handelt, wobei das Rollenpaar den Drehantrieb (140) zum Drehantreiben mindestens einer seiner Rollen und/oder die
Haspeleinrichtung den Drehantrieb (140) zum Drehantreiben des Haspels aufweist.
21 .Verfahren nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet, dass
es sich bei dem Rollenpaar um ein Treiberrollenpaar oder um ein
Arbeitswalzenpaar in einem Walzgerüst handelt.
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