EP3795267A1 - Verfahren zum betreiben eines walzgerüstes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Walzgerüstes 100, dem ein erster und mindestens ein weiterer Regelkreis zum Regeln verschiedener Regelgrößen zugeordnet sind. Erfindungsgemäß erfolgt eine Überwachung des zeitlichen Verlaufs des Sollwertes SMsoll* für die erste bzw. Master-Regelgröße dahingehend, ob der Sollwert aus einem vorgegebenen Toleranzbereich T herausfällt. Falls ja sieht die Erfindung die Berechnung eines korrigierten, d. h. betraglich verringerten oder erhöhten Sollwertes für die Master-Regelgröße vor, wodurch erreicht wird, dass der Sollwert wieder in den Toleranzbereich zurückkehrt. Darüber hinaus werden erfindungsgemäß die berechneten Korrekturanteile für die Master-Regelgröße auch dazu verwendet, einen Kompensationsanteil für den Sollwert einer Slave-Regelgröße zu berechnen. Indem erfindungsgemäß darauf geachtet wird, dass der Sollwert innerhalb des Toleranzbereiches verbleibt, wird sichergestellt, dass zumindest ein Master-Stellglied 132 eines Masterregelkreises 130 nicht an seine physikalischen Leistungsgrenzen stößt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Walzgerüstes mit einem Paar Arbeitswalzen, welche einen Walzspalt aufspannen zum Walzen eines Metallbandes.
• Derartige Walzgerüste sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt, so z. B. aus der chinesischen Patentschrift CN 102581035 B . Dem dort offenbarten Walzgerüst sind ein erster Regelkreis mit einem ersten Stellglied zum Regeln einer ersten Regelgröße auf einen zeitlich variablen ersten Sollwert und k weitere Regelkreise mit k=1-K zugeordnet. Jeder der k'ten Regelkreise weist jeweils ein k'tes Stellglied zum Regeln einer k'ten Regelgröße auf. Der Sollwert für die erste Regelgröße im Stand der Technik ist zeitlich variabel bzw. hat einen zeitlich variablen Anteil zur Kompensation von Änderungen von Prozessgrößen während eines Walzprozesses. Aufgrund der zeitlichen Variabilität des Sollwertes kann das Stellglied des ersten Regelkreises seine Leistungsgrenze erreichen; siehe Figur 5a: "ohne Korrektur". Dadurch kann ein Stellweg-Fehlbetrag bei dem ersten Stellglied entstehen.
  Dieser Stellweg-Fehlbetrag kann im Stand der Technik durch die bekannten weiteren Regelkreise des Walzgerüstes nicht hinreichend kompensiert werden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bekanntes Verfahren zum Betreiben eines Walzgerüstes mit einem ersten und mindestens einem weiteren Regelkreis dahingehend weiterzubilden, dass der Entstehung eines (solchen) Leistungsfehlbetrages bei dem Stellglied des ersten Regelkreises vorgebeugt wird.
• Diese Aufgabe der Erfindung wird durch das in Patentanspruch 1 beanspruchte Verfahren gelöst.
• Das dort beanspruchte Überwachen des zeitlichen Verlaufs des Sollwertes der ersten Regelgröße im Hinblick auf die Schwellenwerte Min, Max, welche innerhalb der Leistungsgrenzen des ersten Stellglieds liegen, ermöglicht vorteilhafterweise ein präventives Einleiten einer Gegenmaßnahme, bevor das Master-Stellglied aufgrund eines betraglich zu groß vorgegebenen Sollwertes für die erste Regelgröße an seine Leistungsgrenze stößt. Konkret sieht die Gegenmaßnahme vor, dass bereits bei Erreichen des Schwellenwertes Min oder Max, d.h. noch vor Erreichen der unteren oder oberen Leistungsgrenze des Master-Stellgliedes, der Sollwert für die erste Regelgröße betraglich um einen erfindungsgemäß ermittelten Korrekturanteil vergrößert bzw. verkleinert wird. Der so berechnete korrigierte Sollwert für die erste Regelgröße ist meist betraglich kleiner als der zuvor vorgesehene Sollwert und wird anstelle des vorher vorgesehenen Sollwertes für den ersten Regelkreis vorgegeben. Die Korrekturanteile für den Master-Sollwert SM werden präventiv so bemessen, dass das Master-Stellglied erst gar nicht an seine obere oder untere Leistungsgrenze gefahren wird.
• Die Vorteile der Anwendung der beschriebenen Verfahrensschritte liegen grundsätzlich in der Verbesserung der Walzstabilität sowie der Verbesserung der Produktqualität und Reduzierung von Abmaßlängen.
• Die Stabilität einer Walzanlage kann erhöht werden, indem Stellglieder gezielt durch die erfindungsgemäße Verknüpfung der Master- Slave Regelkreise in für den Walzprozess günstige Arbeitspunkte gefahren werden. Diese Arbeitspunkte können prozesstechnische Vorteile bieten, wie z.B. ein gezieltes Steuern der Stellglieder in erprobte und oder vorab berechnete Arbeitsbereiche.
• Es können weiterhin Vorteile erzielt werden, indem die Stellglieder durch die Wahl der Schwellwerte (Min, Max) gezielt in Bereiche gefahren werden, in denen deren Verhalten nahezu linear ist.
• Zusätzlich ergeben sich Vorteile dahingehend, dass die Stellglieder mit hohen dynamischen Eigenschaften strategisch in Arbeitsbereichen gehalten werden, in denen sie schnell auf eventuell auftretende Prozessänderungen, wie z.B. eine Beschädigung des einlaufenden Materials, reagieren können.
• Insbesondere die Zuordnung der Verknüpfung zwischen Master und Slave Stellgliedern bietet zusätzliche Flexibilität. Die Zuordnung der Stellglieder kann für verschiedene Prozesssituationen und oder Anlagentypen unterschiedlich ausfallen. So kann zum Beispiel bei einer Bandbreite r ein anderes Stellglied als Master Stellglied definiert werden als bei einer Bandbreite j. Auch die Zuordnung und Prioritäten der Slave Stellglieder sind in Echtzeit durch den Faktor a_k veränderbar für eine optimale Anpassung an aktuelle Prozessgegebenheiten.
• Gemäß einem ersten vorteilhaften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Walzgerüst nicht nur einen (k=1), sondern zusätzlich weitere Slave-Regelkreise k=2-K auf. Das Verfahren weist dann vorzugsweise folgenden weiteren Schritt auf: Durchführen der Schritte ii) analog jeweils für jeden der weitern k=2-K Regelkreise mit ihren jeweiligen k=2-K'ten Slave-Stellgliedern.
• Das Vorsehen der k weiteren Regelkreise mit ihren jeweiligen Stellgliedern bietet den Vorteil, dass ein eventuell festgestellter Leistungs- bzw. Stellweg-Fehlbetrag des Master-Stellgliedes nicht nur durch ein erstes Slave-Stellglied, sondern zusätzlich auch durch die besagten weiteren Stellglieder mit k=2-K der weiteren Regelkreise kompensiert werden kann, falls erforderlich.
• Das erfindungsgemäße Verfahren kann Anwendung finden sowohl beim Warmwalzen wie auch beim Kaltwalzen von Metallband.
• Sowohl der Master-Regelkreis wie auch alle Slave-Regelkreise werden zeitlich kontinuierlich bzw. iterativ betrieben. D. h. es findet eine kontinuierliche bzw. fortlaufende Regelung der Regelgröße auf ihre jeweils vorgegebenen Sollwerte statt.
• Der in der Beschreibung und in den Ansprüchen teilweise verwendete Begriff "Sollwert" steht repräsentativ für ein zeitlich veränderliches Sollwert-Signal. Aufgrund der in der Digitaltechnik üblichen zeitendiskreten Betrachtung wird in der Beschreibung stattdessen auch der besagte Begriff "Sollwert" verwendet; dieser Sollwert ist jedoch keineswegs zwingend notwendig als zeitlich konstant anzusehen.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
• Der Beschreibung sind fünf Figuren beigefügt, wobei

Figur 1

einen ersten bzw. Master-Regelkreis zum Regeln einer erste Regelgröße bei einem Walzgerüst;

Figur 2

eine Master-Sollwert-Korrektureinheit zur Berechnung eines korrigierten Master-Sollwertes;

Figur 3

einen dem Walzgerüst zugeordneten k'ten Slave-Regelkreis zum Regeln einer k'ten Regelgröße;

Figur 4

eine Slave-Sollwert-Korrektureinheit zur Berechnung eines korrigierten k'ten Slave-Sollwertes; und

Figuren 5a), 5b) und 5c)

die Ermittlung eines Korrekturanteils y1 und eines Kompensationsanteils ZSL_k bei Durchführung einer erfindungsgemäß notwendigen Korrektur des Master-Sollwertes SM_Soll

zeigt.
• Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die genannten Figuren in Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben. In allen Figuren sind gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
• Figur 1 zeigt einen ersten bzw. Master-Regelkreis 130 zum Regeln einer ersten Regelgröße bei einem Walzgerüst 100 auf einen vorgegebenen Master-Sollwert SM_{Soll n*}. Zum Zwecke der Regelung wird dieser Sollwert verglichen mit einem Istwert der Regelgröße SM_{Ist n}. Dies geschieht in einer Vergleichereinrichtung 134, typischerweise einem Differenzbildner. Das Ergebnis dieses Vergleiches findet als Regelabweichung Eingang in einen Master-Regler 133, welcher an seinem Ausgang ein Stellglied für ein Master-Stellglied 132 erzeugt. Das Master-Stellglied nimmt Einfluss auf die Regelstrecke 131 des ersten bzw. Master-Regelkreises 130. Die Regelstrecke besteht hier beispielhaft aus einem Walzgerüst 100 zum Walzen von Metallband 120 mit Hilfe von Arbeitswalzen 110. Bei Ausbildung des Walzgerüstes 100 in Quarto-Bauweise sind den Arbeitswalzen 110 jeweils Stützwalzen zugeordnet. Bei Ausbildung des Walzgerüstes in Sechsto-Bauweise weist das Walzgerüst neben den Arbeits- und Stützwalzen außerdem noch Zwischenwalzen auf (in Figur 1 nicht gezeigt). Gemäß dem in Figur 1 dargestellten Regelkreis 130 wird die Regelgröße am Ausgang der Regelstrecke 131 erfasst mit Hilfe einer Erfassungseinrichtung 136, typischerweise einem Messglied. Bei der erfassten Regelgröße handelt es sich um den besagten Istwert der Regelgröße, der am Ausgang der Erfassungseinrichtung 136 auf den Eingang der Master-Vergleichereinrichtung 134 geschaltet wird.
• Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weniger der beschriebene Regelkreis 130, sondern vielmehr die ebenfalls in Figur 1 gezeigte Master-Sollwert-Korrektureinrichtung 135. Diese dient dazu, einen ursprünglich bzw. zuvor vorgesehenen Sollwert SM_{Soll n} in einen korrigierten Master-Sollwert SM_{Soll n*} umzuwandeln für den Fall, dass die Summe aus dem vorherigem Master-Sollwert SM_{Soll n} und zuvor berechneten Korrekturanteilen y1_n-1 und y2_n-1 so groß sein sollte, dass sie das Master-Stellglied 132 an seine Leistungsgrenzen bringen würde. Zur Berechnung des korrigierten Master-Sollwertes SM_{Soll n*} werden der Master-Sollwert-Korrektureinrichtung 135 neben dem vorherigen Sollwert SM_{Soll n} diverse andere Parameter zugeführt. Dabei handelt es sich um:
• Max: einen oberen Schwellenwert für die erste bzw. Master-Regelgröße
• Min: einen unteren Schwellenwert für die erste bzw. Master-Regelgröße
• Cpos_n maximal zulässiger Planheitsfehler oder maximal zulässige Walzspaltprofilkonturänderung, jeweils 2. oder höherer Ordnung, oder die Summe aus beiden, gültig für eine Veränderung des Sollwertes in positiver Richtung;
• Cneg_n minimal zulässiger Planheitsfehler oder minimal zulässige Walzspaltprofilkonturänderung, jeweils 2. oder höherer Ordnung, oder die Summe aus beiden gültig für eine Veränderung des Sollwertes in negativer Richtung;
• dQM_n: Verhältnis von Änderung des Sollwertes der Stellgröße des Masterstellglieds zu Änderung der Planheit 2. und/oder höherer Ordnung des Metallbandes; oder Verhältnis von Änderung des Sollwertes der Stellgröße des Masterstellglieds zu Änderung der Walzspaltkontur 2. und/oder höherer Ordnung.
• Figur 2 zeigt den Aufbau der besagten Master-Sollwert-Korrektureinrichtung 135 im Detail. In dieser Korrektureinrichtung wird die Summe aus dem vorherigen Master-Sollwert SM_{Soll n} und den zuvor berechneten Korrekturanteilen y1_n-1 und y2_n-1 in einer Schwellenwert-Überwachungseinrichtung 135-1 dahingehend überwacht, ob sie einen vorgegebenen oberen Schwellenwert Max über- oder einen vorgegebenen unteren Schwellenwert Min unterschreitet. Das Ergebnis wird am Ausgang der Überwachungseinrichtung 135-1 bereitgestellt, hier beispielhaft in Form der Ausgangssignale x₁, x₂, welche beispielsweise binärkodiert sind. Bei den Signalen x₁ und x₂ handelt es sich faktisch um Freigabesignale zum Freigeben einer Berechnungseinheit 135-2 für einen Korrekturanteil y1 für den Master-Sollwert oder zur Freigabe einer Berechnungseinheit 135-3 für einen alternativen Korrekturanteil y2 für den Master-Sollwert SM_{Soll n}.
• Sämtliche in der vorliegenden Beschreibung verwendeten Werte bzw. Signale sind zeitabhängig und deshalb mit dem Index n versehen, wobei n=1... N diskrete Zeitpunkte repräsentiert. Diese Zeitpunkte werden durch die Taktzyklen der Regelung, also die Durchläufe der Regelschleife, vorgegeben.
• Wenn bei der Überwachung in der Überwachungseinrichtung 135 festgestellt wird, dass der Sollwert SM_{Soll n} für die erste Regelgröße den oberen Schwellenwert Max eines Toleranzbereiches T überschreitet, wird der Korrekturanteil y1 entweder prozess- oder anlagenspezifisch vorgegeben oder er wird in der Berechnungseinheit 135-2 gemäß folgender Formel berechnet: $$\mathrm{y}\mathrm{1}\mathrm{n}=\left(\mathrm{y}\mathrm{1}\mathrm{n}-\mathrm{1}\right)-\left(\mathrm{Cposn}*\mathrm{dQMn}\right)$$

  
• Alternativ: Wenn dagegen in der Überwachungseinrichtung 135-1 festgestellt wird, dass der Sollwert SM_{Soll n} für die erste Regelgröße den unteren Schwellenwert Min des Toleranzbereiches T unterschreitet, wird ein Korrekturanteil y2 prozess- oder anlagenspezifisch vorgegeben oder in der Berechnungseinheit 135-3 gemäß folgender Formel berechnet: $$\mathrm{y}\mathrm{2}\mathrm{n}=\left(\mathrm{y}\mathrm{2}\mathrm{n}-\mathrm{1}\right)+\left(\mathrm{Cnegn}*\mathrm{dQMn}\right)\mathrm{.}$$

  
• Schließlich werden, wenn bei der Überwachung in der Überwachungseinrichtung 135-1 festgestellt wird, dass der Sollwert SM_{Soll n} für die erste Regelgröße weder den oberen Schwellenwert Max des Toleranzbereiches überschreitet, noch den unteren Schwellenwert des Toleranzbereiches T unterschreitet, die Korrekturanteile y1, y2 für den Wert der ersten Regelgröße wie folgt berechnet: $$\mathrm{y}\mathrm{1}\mathrm{n}=\mathrm{y}\mathrm{1}\mathrm{n}-\mathrm{1};$$

  

  und $$\mathrm{y}\mathrm{2}\mathrm{n}=\mathrm{y}\mathrm{2}\mathrm{n}-\mathrm{1.}$$

  
• Die so berechneten Korrekturanteile y1 bzw. y2 gehen gemäß Figur 2 ein in eine Berechnungseinheit 135-4 zur Berechnung des korrigierten Sollwertes SM_{Soll n*}. Typischerweise handelt es sich bei der Berechnungseinheit um eine Additionseinrichtung, welche die Korrekturanteile y1 bzw. y2 dem bisherigen Master-Sollwert SM_{Soll n} additiv hinzufügt, um auf diese Weise das besagte korrigierte Sollwert-Signal zu berechnen.
• Der Korrekturanteil y1 ist typischerweise negativ und der Korrekturanteil y2 ist typischerweise positiv. Im Ergebnis muss das Vorzeichen so gewählt werden, das der Sollwert SM_{Soll n+1} in den Toleranzbereich verschoben wird. Im Ergebnis ist der korrigierte Sollwert SM_{Soll n*} typischerweise betraglich kleiner als der vorherige Master-Sollwert SM_{Soll n}. Unter bestimmten Umständen werden die Berechnungseinheiten 135-2 und 135-3 für die Korrekturanteil y1 und y2 individuell gesperrt; dies erfolgt mit den in Figur 2 angedeuteten Disable-Signalen DIS_y2 und DIS_y1.
  Bei einer Sperrung gilt: $$\mathrm{Y}\mathrm{1}\mathrm{n}=\mathrm{Y}\mathrm{1}\mathrm{n}-\mathrm{1};$$

  

  und/oder $$\mathrm{Y}\mathrm{2}\mathrm{n}=\mathrm{Y}\mathrm{2}\mathrm{n}-\mathrm{1.}$$

  
• Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 wurde bisher der Master-Regelkreis 130 beschrieben.
• Die Figuren 3 und 4 beschreiben darüber hinaus weitere dem Walzgerüst 100 zugeordnete Regelkreise 140-k mit k=1-K, sogenannte Slave-Regelkreise. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass dem Walzgerüst 100 neben dem Master-Regelkreis 130 zumindest ein weiterer Slave-Regelkreis 140-k zugeordnet ist.
• Figur 3 veranschaulicht den Aufbau eines solchen Slave-Regelkreises 140-k im Detail. Er ist für alle Slaves k analog aufgebaut. Der Slave-Regelkreis 140-k dient dazu, eine Slave-Regelgröße SL_{k Ist n} auf einen korrigierten Sollwert SL_{k Soll n*} zu regeln. Zu diesem Zweck wird der Istwert der Regelgröße mit Hilfe einer Erfassungseinrichtung 146-k erfasst und in einem Slave-Vergleicher 144-k mit dem korrigierten Sollwert SL_{k Soll n*} verglichen. Das Ergebnis wird in Form einer Regelabweichung dem k'ten Regler 143-k zugeführt, welcher an seinem Ausgang ein Stellsignal für ein k'tes Slave-Stellglied 142-k bereitstellt. Das Slave-Stellglied 142-k nimmt Einfluss auf eine k'te Regelstrecke 141-k. Bei dieser Slave-Regelstrecke 141-k handelt es sich typischerweise um dasselbe Walzgerüst 100, welches auch die Master-Regelstrecke 131 des ersten Regelkreises 130 repräsentiert.
• Erfindungsgemäß wird das bisherige Slave-Sollwert-Signal SL_{k Soll n} mit Hilfe einer Sollwert-Korrektureinrichtung 145-k in dem besagten korrigierten Slave-Sollwert SL_{k Soll n*} korrigiert bzw. umgerechnet. Zu diesem Zwecke empfängt die k'te Sollwert-Korrektureinrichtung 145-k diverse Eingangsgrößen, dabei handelt es sich neben dem besagten k'ten Slave-Sollwert SL_{k Soll n} auch um folgende Größen:

y1, y2

kumulierte Korrekturanteile des Masterstellgliedes

dQS_k

Differenzenquotient, welcher das Verhältnis von Änderung des Sollwertes des k'ten Regelkreises 142-k zu einer Änderung des Sollwertes des ersten bzw. Master-Regelkreises 130 repräsentiert

a_k

Koeffizient mit $\sum _{k=1}^K\mathit{ak}=\mathit{konstant},$



vorzugsweise = 1.

• Figur 4 zeigt den Aufbau einer k'ten Sollwert-Korrektureinrichtung 145-k im Detail. Insgesamt sind erfindungsgemäß insgesamt K Sollwert-Korrektureinrichtung 145-k entsprechend der Anzahl der Slave-Regelkreise 140-k mit k=1-K vorgesehen. Der Aufbau der Regelkreise 140-k sowie der jeweils zugeordneten Sollwert-Korrektureinrichtungen 145-k sind für alle k-Slaves grundsätzlich identisch, wie in Figur 4 dargestellt. Der Einfachheit halber wird deshalb nachfolgend lediglich beispielhaft eine erste Sollwert-Korrektureinrichtung 145-k=1 detailliert beschrieben.
• Die Sollwert-Korrektureinrichtung 145-k=1 empfängt neben dem bisherigen Slave-Sollwert SL_{k=1 Soll n} auch die in der Master-Sollwert-Korrektureinrichtung 135 berechneten Korrekturanteile y1 und y2 für die Korrektur des Master-Sollwertes. Diese beiden Korrekturanteile werden in einer Additionseinrichtung 145-k=1-1 aufaddiert und die so berechnete Summe findet Eingang in eine Berechnungseinheit 145-1-2 zur Berechnung eines Kompensationsanteils ZSL_k=1 für den Slave k. Innerhalb dieser Berechnungseinheit erfolgt die Berechnung gemäß der nachfolgenden Formel: $${\mathrm{ZSL}}_{\mathrm{k}}=\left(\mathrm{y}\mathrm{1}+\mathrm{y}\mathrm{2}\right)*{\mathrm{dQS}}_{\mathrm{k}}*{\mathrm{a}}_{\mathrm{k}}$$

  

  mit

k=1... K :

Anzahl der Slave-Stellglieder 142-k.

• Schließlich erfolgt in einer weiteren Berechnungseinheit 145-1-3 die Berechnung des korrigierten Slave-Sollwertes durch Addition des bisherigen bzw. vorherigen Slave-Sollwertes SL_{k=1 Soll n} und des berechneten Kompensationsanteils ZSL_k.
• Innerhalb der Berechnungseinheit 145-k=1-2 für den Kompensationsanteil erfolgt auch die Ermittlung eines Leistungsfehlbetrages Δp_k des k'ten Stellgliedes. Für den Fall, dass die obere oder untere Leistungsgrenze des k'ten Slave-Stellgliedes erreicht wird, wird der festgestellte Stellweg-Fehlbetrag auf die verbleibenden Slave-Stellglieder verteilt durch geeignete Änderung der jeweiligen Koeffizienten a_k der verbleibenden Slave-Stellglieder. Zu diesem Zweck werden die in den k-Slave-Sollwert-Korrektureinrichtungen 145-k ermittelten Leistungsfehlbeträge Δp_k an eine ebenfalls in Figur 4 gezeigte Leistungsverteilungs-Berechnungseinrichtung 150 eingegeben, damit diese auf Basis der genannten Eingangssignale die Koeffizienten a_k für die einzelnen Slave-Sollwert-Korrektureinrichtungen 145-k aktualisiert und darüber hinaus die Sperr- bzw. Disable-Signale DIS_y1 und DIS_y2 für die Berechnungseinheiten 135-2 und 135-3 für die Korrekturanteile y1 und y2 bereitstellt. Die Sperrsignale sind beispielsweise gesetzt zu DIS_y1 = 1, DIS_y2 = 1.
• Für den Fall, dass die verbleibenden Slave-Stellglieder den Stellweg-Fehlbetrag des k'ten Slave-Stellgliedes nicht hinreichend kompensieren können, wird zumindest einer der Korrekturanteile der ersten Regelgröße konstant gehalten; dies erfolgt durch die besagten Disable-Signale DIS_y1 und DIS_y2, welche von der Leistungsverteilungs-Berechnungseinrichtung 150 berechnet werden, wie oben unter Bezugnahme auf Figur 4 beschrieben.
• Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 5a, 5b und 5c näher beschrieben:
  In Figur 5a sind die obere und die untere physikalische Leistungsgrenze des Master-Stellgliedes 132 eingetragen. Sie entsprechen einer oberen und/oder einer unteren, positiven und/oder negativen Betriebsgrenze des Master-Stellgliedes 132. Die Erfindung sieht vor, dass diese Leistungsgrenzen bei der Ansteuerung des Master-Stellgliedes mit dem zugehörigen, von dem Master-Regler 133 generierten Stellsignal S_x in keinem Fall erreicht werden sollen, auch wenn der Master-Sollwert bzw. dessen zeitliche Änderung noch so groß sind. Zu diesem Zweck wird der Sollwert SM_{Soll n} erfindungsgemäß im Hinblick auf das Erreichen von niederschwelligeren Grenzwerte Max, Min mit Hilfe der Überwachungseinrichtung 135-1 überwacht. Diese Grenzwerte sind insofern niederschwelliger, als dass sie innerhalb der oberen und unteren Leistungsgrenze des Master-Stellgliedes liegen. Durch die Überwachung dieser niederschwelligeren Grenzwerte ist es möglich, bereits vor Erreichen der oberen oder unteren Leistungsgrenze präventiv tätig zu werden, indem erfindungsgemäß die besagten Korrekturanteile y1 und y2 für den Master-Sollwert berechnet werden. Aus einer Zusammenschau der Figuren 5a und 5b ist ersichtlich, dass der Master-Sollwert SM_Soll bei Erreichen des oberen Grenzwertes Max zum Zeitpunkt n durch Anpassung des Betrags des Korrekturanteils y1 verringert wird. Daraus resultiert der korrigierte Master-Sollwert zum Zeitpunkt n1. Der so verringerte korrigierte Master-Sollwert SM_{Soll n1*} ist weiter entfernt von der oberen Leistungsgrenze und befindet sich außerdem tiefer und stabiler innerhalb eines durch den oberen und den unteren Grenzwert Max, Min aufgespannten Toleranzbereich T. Aber auch dieser korrigierte Master-Sollwert zum Zeitpunkt n1 wird weiterhin in der Überwachungseinrichtung 135-1 im Hinblick auf das Erreichen des oberen oder unteren Grenzwertes überwacht. Wenn dies zum Zeitpunkt n2 festgestellt wird, so erfolgt eine erneute Korrektur, konkret eine erneute Verminderung seines Wertes um einen dann neu berechneten Korrekturanteil y1. Aus dieser Korrektur resultiert ein neuerlicher korrigierter Master-Sollwert SM_{Soll n2*} zum Zeitpunkt n2.
  In Figur 5c wird die erfindungsgemäße Reaktion des Slave Stellgliedes angezeigt. Dies dient der Vermeidung von Störungen in der Bandplanheit, die durch das präventive Verfahren des Master Stellgliedes verursacht würden. Unter Zuhilfenahme des Differenzenquotienten dQS_k werden die Verfahrwege für die aktiven Slave-Stellglieder, siehe Fig. 5c, so berechnet, dass die Störung in der Planheit, die das präventive Verfahren des Master Stellgliedes verursacht, durch ein entsprechendes Verfahren mindestens eines Slave Stellgliedes präventiv neutralisiert wird.
• Im Resultat geschieht das Verfahren des Master-Stellgliedes durch die gegensinnige Ansteuerung mindestens eines Slave-Stellgliedes mit nur geringen Planheitsstörungen oder sogar planheitsneutral.
• Die erste und jede der zweiten Regelgrößen für den Master- und die Slave-Regelkreise wird vorzugsweise aus der Menge folgender Größen gewählt:
• Biegekraft für die Arbeitswalzen und/oder die Zwischenwalzen des Walzgerüstes ;
• Position und/oder Horizontalverschiebung für die Arbeits- und/oder Zwischenwalzen;
• Position, Kraft und/oder Drehwinkel einer Exzentereinrichtung zur Einstellung einer Änderung der Walzspaltkontur; und/oder
• Druck eines Kühlmediums, Durchflussmenge des Kühlmediums, Neigungswinkel einer Zonenkühleinrichtung zur Kühlung einer Arbeitswalze 110 über ihrer Breite zur Einstellung bzw. Änderung der Walzspaltkontur;
• Druck eines Heizmediums, Durchflussmenge des Heizmediums, Neigungswinkel einer Zonenheizeinrichtung zum Aufwärmen einer Arbeitswalze über ihrer Breite zur Einstellung bzw. Änderung der Walzspaltkontur;
• Stromstärke, elektrische Leistung für induktive Walzenerwärmung;
• Differenzposition zwischen Bedien- und Antriebsseite einer hydraulischen Anstellung für die Walzen 110.
• Das Master- 132 und jedes der Slave-Stellglieder 142-k wird vorzugsweise aus der Menge folgender Stellglieder gewählt:
• Biegeeinrichtung für die Arbeitswalzen und/oder die Zwischenwalzen des Walzgerüstes (100);
• Axialverschiebung für die Arbeits- und/oder Zwischenwalzen;-Exzentereinrichtung zur Einstellung einer Änderung der Walzspaltkontur; und/oder
• Zonenkühleinrichtung mit individuell anzusteuernden Ventilen für das Kühleinrichtung zur Kühlung einer Arbeitswalze über ihrer Breite zur Einstellung bzw. Änderung der Walzspaltkontur;
• Zonenheizeinrichtung mit individuell anzusteuernden Ventilen für das Heizmittel zur Aufheizung einer Arbeitswalze über ihrer Breite zur Einstellung bzw. Änderung der Walzspaltkontur;
• induktive Walzenerwärmung;
• Anstellzylinder der hydraulischen Anstellung von insbesondere den Arbeitswalzen (110).
• Wenn es sich bei dem Walzgerüst 100 um ein Quarto-Gerüst handelt, dann wird vorzugsweise folgende Regelgrößenkombination gewählt:
• erste Regelgröße : Biegekraft; und
• k=1'te Regelgröße : Axial-Verschiebung;
  oder
• erste Regelgröße : Axial-Verschiebung und;
• k=1'te Regelgröße : Biegekraft.
• Für diese beiden Alternativen kann optional jeweils zusätzlich die Zonenkühlung als k=2'te Regelgröße gewählt werden.
• Wenn es sich bei dem Walzgerüst 100 um ein Sechsto-Gerüst handelt, dann werden vorzugsweise folgende Kombinationen von Regelgrößen gewählt:
• erste Regelgröße : Biegekraft für Arbeitswalzen und;
• k=1'te Regelgröße : Biegekraft für Zwischenwalzen und;
• k=2'te Regelgröße : Axialverschiebung der Zwischenwalzen;
  oder
• erste Regelgröße : Biegekraft für Zwischenwalzen; und
• k=1 'te Regelgröße : Biegekraft für Arbeitswalzen und;
• k=2'te Regelgröße : Axialverschiebung der Zwischenwalzen;
  oder
  erste Regelgröße : Axialverschiebung der Zwischenwalzen;
• k=1'te Regelgröße : Biegekraft für Zwischenwalzen; und
• k=2'te Regelgröße : Biegekraft für Arbeitswalzen.
• Jede der genannten Kombinationen von Regelgrößen für das Sechsto-Gerüst kann zusätzlich ergänzt werden durch die Zonenkühlung als dritte Regelgröße.
• Wenn die Breite des Metallbandes 120 einen vorgegebenen Breitenschwellenwert übersteigt, wird als Master-Stellglied 132 vorzugsweise die Biegeeinrichtung festgelegt.
• Bei Quarto- und Sechsto-Walzgerüsten werden auftretende Planheitsstörungen aufgrund von Walzkraftschwankungen durch einen Profile-Gauge Meter PGM ausgeglichen. Dies ist Stand der Technik. Die Funktionsweise des PGM beinhaltet die Vorsteuerung von Walzkraftänderungen auf Biegungen, um im Fall einer Schwankung der Walzkraft das Walzspaltprofil und oder die Walzspaltkontur zwischen den Arbeitswalzen 110 des Walzgerüstes 100 möglichst konstant zu halten. Die Güte der für die PGM-Vorsteuerung benötigten Differenzenquotienten dQM hängt stark von dem aktuellen Arbeitspunkt ab. Außerdem muss das PGM immer eine Biegereserve aufweisen, um im Fall einer plötzlichen Kraftänderung, z. B. durch überbeizte Stellen bei Stahlbändern, schnell reagieren zu können. Die Biegereserve entspricht in Figur 5a dem Abstand zwischen der oberen Leistungsgrenze und dem oberen Grenzwert Max bzw. dem Abstand zwischen der unteren Leistungsgrenze und dem unteren Grenzwert Min. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Arbeitspunkt von z. B. einem Biegesystem, wie er durch den Master-Sollwert für die erste Regelgröße vorgegeben wird, in Kenntnis der Arbeitspunkte der anderen dem Walzgerüst 100 zugeordneten Systeme bzw. Regelgrößen geändert und optimiert.
• Im einfachen Beispiel eines Quarto-Walzgerüstes wird die Arbeitswalzenbiegung für die PGM-Vorsteuerung genutzt und dementsprechend als Master-Regelgröße mit entsprechenden Master-Sollwert-Vorgaben definiert. Je nach Größe der Sollwert-Vorgabe kann das zugehörige Master-Stellglied 132 an seine physikalischen Grenzen, d. h. seine obere oder untere Leistungsgrenze gelangen. Um dies zu verhindern wird gemäß der Erfindung eine im Hintergrund geschaltete Berechnung einen erlaubten Fehler, z. B. 4. Ordnung, überwachen und innerhalb dessen Grenzen eine Ablösung der Arbeitswalzenbiegung durch z. B. eine zumindest teilweise Axialverschiebung für die Arbeitswalzen zulassen.
• Im Falle eines Sechsto-Walzgerüstes können sogar Arbeitspunkte optimiert werden, um trotz Fehlern in der Berechnung der Setzvorgaben den gewünschten Arbeitspunkt anzufahren und somit Vorteile für die Nutzung von berechneten Differenzenquotienten zu erhalten, die danach besser zu dem Arbeitspunkt passen.
• Im Resultat geschieht das Verfahren des Master Stellgliedes durch die gegensinnige Ansteuerung mindestens eines Slave Stellgliedes mit nur geringen Planheitsstörungen oder sogar planheitsneutral.
Bezugszeichenliste

100

Walzgerüst

110

Arbeitswalzen

120

Metallband

130

erster Regelkreis

131

Regelstrecke des ersten Regelkreises bzw. des Master-Regelkreises

132

Master-Stellglied

133

Master-Regler

134

Master-Vergleicher

135

Master-Sollwert-Korrektureinrichtung

135-1

Überwachungseinrichtung

135-2

Berechnungseinheit für Korrekturanteil y1

135-3

Berechnungseinheit für Korrekturanteil y2

135-4

Berechnungseinheit für korrigierten Sollwert

136

Erfassungseinrichtung

140-k

k'ter Regelkreis

141-k

k'te Regelstrecke

142-k

k'tes Slave-Stellglied

143-k

k'ter Regler

144-k

k'ter Vergleicher

145-k

k'te Slave-Sollwert-Korrektureinrichtung

145-k-1

Sumierer

145-k-2

Umrechnungseinheit

145-k-3

Summierer des Sollwerts

150

Leistungsverteilungs-Berechnungseinheit

T

Toleranzbereich

k

k'tes Slave-Stellglied mit k=1-K

n

diskreter Zeitpunkt, Laufindex

y1

Korrekturanteil

y2

Korrekturanteil

S_x

Stellsignal für Master-Stellglied

*

korrigierter Wert

Claims (15)

1. Verfahren zum Betreiben eines Walzgerüstes (100), welches aufweist: ein Paar Arbeitswalzen (110) zum Aufspannen eines Walzspaltes zum Walzen eines Metallbandes (120), einen ersten Regelkreis (130) mit einem ersten Stellglied (132) zum Regeln einer ersten Regelgröße und k weitere Regelkreise (140-k) mit jeweils einem k'ten Stellglied (142-k) zum Regeln einer k'ten Regelgröße mit k=1 bis K,
   wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch folgende Schritte:

   Festlegen, dass das erste Stellglied (132) als Master-Stellglied und dass die k'ten Stellglieder (142-k) jeweils als Slave-Stellglied fungieren;

   Vorgeben des Sollwertes (SM_{Soll n}) für die erste Regelgröße;

   Überwachen des zeitlichen Verlaufs des Sollwertes (SM_{Soll n}) für die erste Regelgröße dahingehend, ob der Sollwert einen oberen Schwellenwert (Max) überschreitet oder einen unteren Schwellenwert (Min) unterschreitet, wobei der obere und der untere Schwellenwert innerhalb eines durch die obere und die untere Leistungsgrenze des ersten Stellgliedes definierten Toleranzbereiches liegen;

   falls ja:

   i) Ermitteln mindestens eines Korrekturanteils (y1, y2) derart, dass der Sollwert für die erste Regelgröße in Richtung des Toleranzbereiches verlagert wird, Berechnen eines korrigierten Sollwertes (SM_{Soll n*}) für die erste Regelgröße aus dem bisherigen Sollwert (SM_{Soll n}) für die erste Regelgröße unter Berücksichtigung des Korrekturanteiles (y1, y2) und Regeln der ersten Regelgröße auf den korrigierten Sollwert (SM_{Soll n*}) durch geeignete Ansteuerung des Master-Stellgliedes (132); und

   ii) Berechnen eines Kompensationsanteils (ZSL_k=1) für den Sollwert (SLk=1_{Soll n}) der k=1'ten Regelgröße unter Berücksichtigung des Korrekturanteils (y1, y2) für den Sollwert (SM_{Soll n}) der ersten Regelgröße;

   Berechnen eines korrigierten Sollwertes (SLk=1 _{Soll n*}) für die k=1'te Regelgröße aus dem bisherigen Sollwert (SLk=1 _{Soll n}) für die k=1'te Regelgröße unter Berücksichtigung des Kompensationsanteils (ZSL_k=1) und Regeln der k=1'ten Regelgröße auf den korrigierten Sollwert (SLk=1_{Soll n*}) für die k=1'te Regelgröße durch geeignete Ansteuerung des k=1'ten Slave-Stellgliedes (142-1).
2. Verfahren nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass das Walzgerüst zusätzlich weitere Slave-Regelkreise (k= 2 bis K) aufweist; und
   das das Verfahren zusätzlich folgende Schritte aufweist:
   Durchführen der Schritte ii) analog jeweils auch für jeden der weiteren k=2 bis K Regelkreise mit ihrem jeweiligen k=2 bis K'ten Slave-Stellglied (142-k).
3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass - wenn bei der Überwachung festgestellt wird, dass der Sollwert (SM_{Soll n}) für die erste Regelgröße den oberen Schwellenwert (Max) des Toleranzbereiches überschreitet (x1=1, x2=0) - der Korrekturanteil (y1) prozess- oder anlagenspezifisch vorgegeben oder gemäß folgender Formel berechnet wird: $$\mathrm{y}\mathrm{1}\mathrm{n}=\left(\mathrm{y}\mathrm{1}\mathrm{n}-\mathrm{1}\right)+\left(\mathrm{Cposn}*\mathrm{dQMn}\right)$$

   

   oder
   dass - wenn bei der Überwachung festgestellt wird, dass der Sollwert (SM_{Soll n}) für die erste Regelgröße den unteren Schwellenwert (Min) des Toleranzbereiches unterschreitet (x1=0, x2=1) - der Korrekturanteil (y2) prozess- oder anlagenspezifisch vorgegeben oder gemäß folgender Formel berechnet wird: $$\mathrm{y}\mathrm{2}\mathrm{n}=\left(\mathrm{y}\mathrm{2}\mathrm{n}-\mathrm{1}\right)-\left(\mathrm{Cnegn}*\mathrm{dQMn}\right)$$

   

   oder
   dass - wenn bei der Überwachung festgestellt wird, dass der Sollwert für die erste Regelgröße weder den oberen Schwellenwert (Max) des Toleranzbereiches überschreitet, noch den unteren Schwellenwert (Min) des Toleranzbereiches unterschreitet (x1=0, x2=0) oder wenn die Disable-Signale (DIS_y1 und /oder DIS_y2) aus der Leistungsverteilungs-Berechnungseinrichtung (150) gesetzt sind - die Korrekturanteile (y1, y2) für den Sollwert (SM_{Soll n}) der ersten Regelgröße wie folgt berechnet werden: $$\mathrm{Y}\mathrm{1}\mathrm{n}=\mathrm{Y}\mathrm{1}\mathrm{n}-\mathrm{1};\mathrm{und}$$

   

   $$\mathrm{Y}\mathrm{2}\mathrm{n}=\mathrm{Y}\mathrm{2}\mathrm{n}-\mathrm{1}$$

   

   mit :

   n = 1... N diskrete Zeitpunkte;

   Cpos_n: Maximal zulässiger Planheitsfehler oder maximal zulässige Walzspaltprofilkonturänderung, jeweils 2. oder höherer Ordnung, oder die Summe aus beiden, gültig für eine Veränderung des Sollwertes in positiver Richtung;

   Cneg_n : minimal zulässiger Planheitsfehler oder minimal zulässige Walzspaltprofilkonturänderung, jeweils 2. oder höherer Ordnung, oder die Summe aus beiden, gültig für eine Veränderung des Sollwertes in negativer Richtung;

   dQM_n: Verhältnis von Änderung des Sollwertes der Stellgröße des Masterstellglieds zu Änderung der Planheit 2. und/oder höherer Ordnung des Metallbandes; oder Verhältnis von Änderung des Sollwertes der Stellgröße des Masterstellglieds zu Änderung der Walzspaltkontur 2.

   und/oder höherer Ordnung.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass der korrigierte Sollwert (SM_{Soll n1*}) für den Master berechnet wird zu: $${\mathrm{SM}}_{\mathrm{Soll\; n}\mathrm{1}*}={\mathrm{SM}}_{\mathrm{Soll\; n}}+\mathrm{y}\mathrm{1}+\mathrm{y}\mathrm{2}$$

   
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass der Kompensationsanteil (ZSL_k=2-K) für den Slave k gemäß folgender Formel berechnet wird: $${\mathrm{ZSL}}_{\mathrm{k}}=\left(\mathrm{y}\mathrm{1}+\mathrm{y}\mathrm{2}\right)*{\mathrm{dQS}}_{\mathrm{k}}*{\mathrm{a}}_{\mathrm{k}}$$

   

   mit

   k=1... K : Anzahl der Slave-Stellglieder 142-k

   a_k : Koeffizient mit $\sum _{k=1}^K\mathit{ak}=\mathit{konstant},$

   

   vorzugsweise = 1

   dQS_k Differenzenquotient: Verhältnis von Änderung des Sollwertes des k'ten Regelkreises (142-k) zu Änderung des Sollwertes des ersten Regelkreises (130).
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass die erste und jede der k'ten Regelgrößen aus der Menge folgender Größen gewählt wird:

   Biegekraft für die Arbeitswalzen und/oder die Zwischenwalzen des Walzgerüstes ;

   Position und/oder Horizontalverschiebung für die Arbeits- und/oder Zwischenwalzen;

   Position, Kraft und/oder Drehwinkel einer Exzentereinrichtung zur Einstellung einer Änderung der Walzspaltkontur; und/oder Druck eines Kühlmediums, Durchflussmenge des Kühlmediums, Neigungswinkel einer Zonenkühleinrichtung zur Kühlung einer Arbeitswalze (110) über ihrer Breite zur Einstellung bzw. Änderung der Walzspaltkontur;

   Druck eines Heizmediums, Durchflussmenge des Heizmediums, Neigungswinkel einer Zonenheizeinrichtung zum Aufwärmen einer Arbeitswalze über ihrer Breite zur Einstellung bzw. Änderung der Walzspaltkontur;

   Stromstärke, elektrische Leistung für induktive Walzenerwärmung;

   Differenzposition zwischen Bedien- und Antriebsseite einer hydraulischen Anstellung für die Walzen (110).
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass das Master- (132) und jedes der Slave-Stellglieder (142-k) aus der Menge folgender Stellglieder gewählt wird:

   - Biegeeinrichtung für die Arbeitswalzen und/oder die Zwischenwalzen des Walzgerüstes (100);

   - Axialverschiebung für die Arbeits- und/oder Zwischenwalzen;

   - Exzentereinrichtung zur Einstellung einer Änderung der Walzspaltkontur; und/oder

   - Zonenkühleinrichtung mit individuell anzusteuernden Ventilen für das Kühleinrichtung zur Kühlung einer Arbeitswalze über ihrer Breite zur Einstellung bzw. Änderung der Walzspaltkontur;

   - Zonenheizeinrichtung mit individuell anzusteuernden Ventilen für das Heizmittel zur Aufheizung einer Arbeitswalze über ihrer Breite zur Einstellung bzw. Änderung der Walzspaltkontur;

   - induktive Walzenerwärmung;

   - Anstellzylinder der hydraulischen Anstellung von insbesondere den Arbeitswalzen (110).
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 und 7,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass - wenn es sich bei dem Walzgerüst (100) um ein Quarto-Gerüst handelt - dann gilt:

   erste Regelgröße : Biegekraft; und

   k=1'te Regelgröße : Axial-Verschiebung;
   oder

   erste Regelgröße : Axial-Verschiebung und;

   k=1'te Regelgröße : Biegekraft.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass für beide Alternativen gemäß Anspruch 8 optional zusätzlich gilt. k=2'te Regelgröße : Zonenkühlung
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 und 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass - wenn es sich bei dem Walzgerüst um ein Sexto-Gerüst handelt - dann gilt:

    erste Regelgröße : Biegekraft für Arbeitswalzen und;

    k=1'te Regelgröße : Biegekraft für Zwischenwalzen und;

    k=2'te Regelgröße : Axialverschiebung der Zwischenwalzen;
    oder

    erste Regelgröße : Biegekraft für Zwischenwalzen; und

    k=1'te Regelgröße : Biegekraft für Arbeitswalzen und;

    k=2'te Regelgröße : Axialverschiebung der Zwischenwalzen;
    oder

    erste Regelgröße : Axialverschiebung der Zwischenwalzen;

    k=1'te Regelgröße : Biegekraft für Zwischenwalzen; und

    k=2'te Regelgröße : Biegekraft für Arbeitswalzen.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass für alle 3 Alternativen gemäß Anspruch 10, optional zusätzlich gilt. k=3'te Regelgröße : Zonenkühlung
12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass es sich bei dem Walzen um Warmwalzen oder um Kaltwalzen handelt.
13. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    gekennzeichnet durch :

    Überwachen der oberen und/oder unteren Leistungsgrenze des k'ten Stellgliedes;

    Ermitteln eines Leistungsfehlbetrages (Δpk) des k'ten Stellgliedes; und

    für den Fall, dass die obere oder untere Leistungsgrenze des k'ten Slave-Stellgliedes erreicht wird: Umverteilen des Leistungsfehlbetrages auf die verbleibenden Slave-Stellglieder durch geeignete Änderung der jeweiligen Koeffizienten a_k der verbleibenden Slave-Stellglieder.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass für den Fall, dass die verbleibenden Slave-Stellglieder den Stellweg-Fehlbetrag des k'ten Slave-Stellgliedes nicht hinreichend kompensieren können, zumindest einer der Korrekturanteile (y1, y2) der ersten Regelgröße konstant gehalten wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass wenn die Breite des Metallbandes (120) einen vorgegebenen Breitenschwellenwert übersteigt, die Biegeeinrichtung als Master-Stellglied (132) festgelegt wird.

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