EP3795267A1 - Method for operating a rolling mill - Google Patents
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- EP3795267A1 EP3795267A1 EP20196043.2A EP20196043A EP3795267A1 EP 3795267 A1 EP3795267 A1 EP 3795267A1 EP 20196043 A EP20196043 A EP 20196043A EP 3795267 A1 EP3795267 A1 EP 3795267A1
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Definitions
- the invention relates to a method for operating a roll stand with a pair of work rolls which span a roll gap for rolling a metal strip.
- Such roll stands are known in principle in the prior art, such. B. from the Chinese patent CN 102581035 B .
- Each of the k'th control loops has a k'th actuator for controlling a k'th controlled variable.
- the setpoint value for the first controlled variable in the prior art is variable over time or has a time variable portion to compensate for changes in process variables during a rolling process. Due to the temporal variability of the setpoint, the actuator of the first control loop can reach its performance limit; please refer Figure 5a : "without correction". This can result in a short travel amount in the first actuator. In the prior art, this shortfall in travel cannot be adequately compensated for by the known further control loops of the roll stand.
- the invention is based on the object of developing a known method for operating a roll stand with a first and at least one further control loop in such a way that the occurrence of a power deficit in the actuator of the first control loop is prevented.
- the monitoring of the temporal course of the setpoint of the first control variable with regard to the threshold values Min, Max, which are within the performance limits of the first actuator, which is claimed there, advantageously enables a preventive initiation of a countermeasure before the master actuator is set on the basis of a setpoint that is too large reaches its performance limit for the first controlled variable.
- the countermeasure provides that when the minimum or maximum threshold value is reached, i.e. before the lower or upper performance limit of the master actuator is reached, the setpoint for the first controlled variable is increased or decreased by a correction component determined according to the invention.
- the corrected setpoint value calculated in this way for the first controlled variable is usually smaller in terms of magnitude than the previously provided setpoint value and is specified instead of the previously provided setpoint value for the first control loop.
- the correction components for the master setpoint SM are measured preventively in such a way that the master actuator is not even driven to its upper or lower performance limit.
- the stability of a rolling mill can be increased by moving actuators to operating points that are favorable for the rolling process in a targeted manner by virtue of the inventive linking of the master-slave control loops.
- These working points can offer process engineering advantages, such as a targeted control of the actuators in tried and / or pre-calculated working areas.
- actuators by selecting the threshold values (min, max), are specifically driven into areas in which their behavior is almost linear.
- actuators with high dynamic properties are strategically kept in work areas which you can react quickly to any process changes that may occur, such as damage to the incoming material.
- the assignment of the link between master and slave actuators offers additional flexibility.
- the assignment of the actuators can be different for different process situations and / or types of plant. For example, with a bandwidth r, a different actuator can be defined as the master actuator than with a bandwidth j.
- the assignment and priorities of the slave actuators can also be changed in real time using the factor a k for optimal adaptation to current process conditions.
- the method according to the invention can be used both in hot rolling and in cold rolling of metal strip.
- Both the master control loop and all slave control loops are operated continuously or iteratively over time.
- nominal value used in part in the description and in the claims is representative of a time-variable nominal value signal. Due to the discrete-time consideration that is customary in digital technology, the aforementioned term “setpoint” is also used in the description; However, this setpoint is by no means necessarily to be regarded as constant over time.
- Figure 1 shows a first or master control circuit 130 for controlling a first control variable in a roll stand 100 to a predetermined master setpoint value SM setpoint n * .
- this setpoint is compared with an actual value of the controlled variable SM Ist n .
- a comparator device 134 typically a difference calculator.
- the result of this comparison is entered as a control deviation in a master controller 133, which generates an actuator for a master actuator 132 at its output.
- the master actuator influences the controlled system 131 of the first or master control loop 130.
- the controlled system here consists, for example, of a roll stand 100 for rolling metal strip 120 with the aid of work rolls 110 Work rolls 110 are each assigned to backup rolls.
- the roll stand is designed in six-high construction, the roll stand also has intermediate rolls in addition to the work and back-up rolls (in Figure 1 Not shown).
- the control loop 130 shown the controlled variable at the output of the controlled system 131 is detected with the aid of a detection device 136, typically a measuring element.
- the recorded controlled variable is the said actual value of the controlled variable, which is switched at the output of the detection device 136 to the input of the master comparator device 134.
- Figure 2 shows the structure of said master setpoint correction device 135 in detail.
- the sum of the previous master setpoint SM Soll n and the previously calculated correction components y1_n-1 and y2_n-1 is monitored in a threshold monitoring device 135-1 to determine whether it exceeds a predetermined upper threshold Max or a predetermined one falls below the lower threshold value Min.
- the result is provided at the output of the monitoring device 135-1, here by way of example in the form of the output signals x 1 , x 2 , which are for example binary-coded.
- the signals x 1 and x 2 are in fact release signals for releasing a calculation unit 135-2 for a correction component y1 for the master setpoint value or to enable a calculation unit 135-3 for an alternative correction component y2 for the master setpoint value SM setpoint n .
- the correction components y1 and y2 calculated in this way go according to Figure 2 into a calculation unit 135-4 for calculating the corrected setpoint value SM setpoint n * .
- the calculation unit is typically an addition device which additively adds the correction components y1 or y2 to the previous master setpoint value SM setpoint n in order to calculate said corrected setpoint value signal in this way.
- the correction component y1 is typically negative and the correction component y2 is typically positive.
- the sign must be selected in such a way that the target value SM target n + 1 is shifted into the tolerance range.
- the corrected target value SM target n * is typically smaller than the previous master target value SM target n .
- the calculation units 135-2 and 135-3 for the correction components y1 and y2 are individually blocked; this is done with the in Figure 2 indicated disable signals DIS y2 and DIS y1 .
- FIG. 3 illustrates the structure of such a slave control loop 140-k in detail. It has an analog structure for all slaves k.
- the slave control circuit 140-k is used to regulate a slave controlled variable SL k actual n to a corrected setpoint SL k setpoint n *.
- the actual value of the controlled variable is detected with the aid of a detection device 146-k and compared with the corrected setpoint SL k setpoint n * in a slave comparator 144-k.
- the result is fed in the form of a control deviation to the kth controller 143-k, which provides a control signal for a kth slave actuator 142-k at its output.
- the slave actuator 142-k influences a k'th controlled system 141-k.
- This slave controlled system 141 - k is typically the same roll stand 100 that also represents the master controlled system 131 of the first control loop 130.
- Figure 4 shows the structure of a k'th setpoint correction device 145-k in detail.
- the determined travel shortfall is distributed to the remaining slave actuators by appropriately changing the respective coefficients a k of the remaining slave actuators.
- the power deficits ⁇ p k ascertained in the k slave setpoint correction devices 145-k are also sent to an in Figure 4
- the power distribution calculating device 150 shown is input so that, on the basis of the input signals mentioned, it calculates the coefficients a k for the individual slave setpoint correction devices 145-k updated and also provides the disable signals DIS y1 and DIS y2 for the calculation units 135-2 and 135-3 for the correction components y1 and y2.
- At least one of the correction components of the first controlled variable is kept constant; this is done by said disable signals DIS y1 and DIS y2 , which are calculated by the power distribution calculator 150, as above with reference to FIG Figure 4 described.
- Figure 5a the upper and lower physical performance limits of the master actuator 132 are entered. They correspond to an upper and / or a lower, positive and / or negative operating limit of the master actuator 132.
- the invention provides that these performance limits when the master actuator is controlled with the associated control signal S generated by the master controller 133 x should under no circumstances be reached, no matter how great the master setpoint or its change over time.
- the desired value SM Soll n is monitored according to the invention with the aid of the monitoring device 135-1 with regard to the achievement of lower threshold limit values Max, Min. These limit values are lower in that they are within the upper and lower performance limits of the master actuator.
- this corrected master setpoint at the time n1 is also monitored in the monitoring device 135-1 with regard to reaching the upper or lower limit value. If this is determined at time n2, a new correction takes place, specifically a renewed reduction of its value by a then newly calculated correction component y1. This correction results in another corrected master setpoint value SM setpoint n2 * at time n2.
- Figure 5c the reaction of the slave actuator according to the invention is displayed. This serves to avoid disturbances in the flatness of the strip that would be caused by the preventive procedure of the master actuator.
- the master actuator is moved through the opposing control of at least one slave actuator with only minor flatness disturbances or even flatness-neutral.
- Each of the mentioned combinations of controlled variables for the six-high stand can also be supplemented by zone cooling as a third controlled variable.
- the bending device is preferably specified as the master actuator 132.
- a Profile-Gauge Meter PGM In the case of four-high and six-high roll stands, flatness disturbances due to fluctuations in the rolling force are compensated for by a Profile-Gauge Meter PGM.
- the functioning of the PGM includes the precontrol of changes in the rolling force on bends in order to keep the roll gap profile and / or the roll gap contour between the work rolls 110 of the roll stand 100 as constant as possible in the event of a fluctuation in the rolling force.
- the quality of the difference quotients dQM required for the PGM pre-control depends heavily on the current operating point.
- the PGM must always have a bending reserve in order to be able to withstand a sudden change in force, e.g. B.
- the bending reserve corresponds to Figure 5a the distance between the upper power limit and the upper limit value Max or the distance between the lower power limit and the lower limit value Min.
- the work roll bending is used for the PGM precontrol and is accordingly defined as a master controlled variable with corresponding master setpoint specifications.
- the associated master actuator 132 can reach its physical limits, ie its upper or lower performance limit.
- an allowable error e.g. B. 4th order
- the master actuator is moved through the opposing control of at least one slave actuator with only minor disturbances in flatness or even flatness-neutral.
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. The invention relates to a method for operating a roll stand 100, to which a first and at least one further control circuit for regulating various control variables are assigned. According to the invention, the temporal course of the setpoint value SMsoll * for the first or master controlled variable is monitored to determine whether the setpoint falls outside a predetermined tolerance range T. If so, the invention provides for the calculation of a corrected, ie reduced or increased, setpoint value for the master controlled variable, which means that the setpoint value returns to the tolerance range. In addition, according to the invention, the calculated correction components for the master controlled variable are also used to calculate a compensation component for the setpoint value of a slave controlled variable. By ensuring according to the invention that the setpoint value remains within the tolerance range, it is ensured that at least one master actuator 132 of a master control loop 130 does not reach its physical performance limits.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Walzgerüstes mit einem Paar Arbeitswalzen, welche einen Walzspalt aufspannen zum Walzen eines Metallbandes.The invention relates to a method for operating a roll stand with a pair of work rolls which span a roll gap for rolling a metal strip.
Derartige Walzgerüste sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt, so z. B. aus der chinesischen Patentschrift
Dieser Stellweg-Fehlbetrag kann im Stand der Technik durch die bekannten weiteren Regelkreise des Walzgerüstes nicht hinreichend kompensiert werden.Such roll stands are known in principle in the prior art, such. B. from the Chinese patent
In the prior art, this shortfall in travel cannot be adequately compensated for by the known further control loops of the roll stand.
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.The invention is based on the object of developing a known method for operating a roll stand with a first and at least one further control loop in such a way that the occurrence of a power deficit in the actuator of the first control loop is prevented.
Diese Aufgabe der Erfindung wird durch das in Patentanspruch 1 beanspruchte Verfahren gelöst.This object of the invention is achieved by the method claimed in
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.The monitoring of the temporal course of the setpoint of the first control variable with regard to the threshold values Min, Max, which are within the performance limits of the first actuator, which is claimed there, advantageously enables a preventive initiation of a countermeasure before the master actuator is set on the basis of a setpoint that is too large reaches its performance limit for the first controlled variable. Specifically, the countermeasure provides that when the minimum or maximum threshold value is reached, i.e. before the lower or upper performance limit of the master actuator is reached, the setpoint for the first controlled variable is increased or decreased by a correction component determined according to the invention. The corrected setpoint value calculated in this way for the first controlled variable is usually smaller in terms of magnitude than the previously provided setpoint value and is specified instead of the previously provided setpoint value for the first control loop. The correction components for the master setpoint SM are measured preventively in such a way that the master actuator is not even driven to its upper or lower performance limit.
Die Vorteile der Anwendung der beschriebenen Verfahrensschritte liegen grundsätzlich in der Verbesserung der Walzstabilität sowie der Verbesserung der Produktqualität und Reduzierung von Abmaßlängen.The advantages of using the process steps described are basically the improvement of the rolling stability as well as the improvement of the product quality and the reduction of dimensional lengths.
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.The stability of a rolling mill can be increased by moving actuators to operating points that are favorable for the rolling process in a targeted manner by virtue of the inventive linking of the master-slave control loops. These working points can offer process engineering advantages, such as a targeted control of the actuators in tried and / or pre-calculated working areas.
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.Advantages can also be achieved in that the actuators, by selecting the threshold values (min, max), are specifically driven into areas in which their behavior is almost linear.
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.In addition, there are advantages in that the actuators with high dynamic properties are strategically kept in work areas which you can react quickly to any process changes that may occur, such as damage to the incoming material.
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 ak veränderbar für eine optimale Anpassung an aktuelle Prozessgegebenheiten.In particular, the assignment of the link between master and slave actuators offers additional flexibility. The assignment of the actuators can be different for different process situations and / or types of plant. For example, with a bandwidth r, a different actuator can be defined as the master actuator than with a bandwidth j. The assignment and priorities of the slave actuators can also be changed in real time using the factor a k for optimal adaptation to current process conditions.
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.According to a first advantageous embodiment of the method according to the invention, the roll stand has not only one (k = 1), but also additional slave control loops k = 2-K. The method then preferably has the following further step: performing steps ii) analogously in each case for each of the further k = 2-K control loops with their respective k = 2-K'th slave actuators.
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.The provision of the k further control loops with their respective actuators offers the advantage that a possibly determined power or travel shortfall of the master actuator is not only caused by a first slave actuator, but also by the said further actuators with k = 2 -K of the other control loops can be compensated if necessary.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann Anwendung finden sowohl beim Warmwalzen wie auch beim Kaltwalzen von Metallband.The method according to the invention can be used both in hot rolling and in cold rolling of metal strip.
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.Both the master control loop and all slave control loops are operated continuously or iteratively over time. I. E. there is a continuous or continuous regulation of the controlled variable to its respective specified setpoints.
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.The term "nominal value" used in part in the description and in the claims is representative of a time-variable nominal value signal. Due to the discrete-time consideration that is customary in digital technology, the aforementioned term "setpoint" is also used in the description; However, this setpoint is by no means necessarily to be regarded as constant over time.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Further advantageous configurations of the method according to the invention are the subject of the dependent claims.
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 ZSLk bei Durchführung einer erfindungsgemäß notwendigen Korrektur des Master-Sollwertes SMSoll
- Figure 1
- a first or master control loop for controlling a first controlled variable in a roll stand;
- Figure 2
- a master setpoint correction unit for calculating a corrected master setpoint;
- Figure 3
- a k'th slave control loop assigned to the roll stand for controlling a k'th controlled variable;
- Figure 4
- a slave setpoint correction unit for calculating a corrected k'th slave setpoint; and
- Figures 5a), 5b) and 5c)
- the determination of a correction component y1 and a compensation component ZSL k when carrying out a correction of the master setpoint value SM setpoint that is necessary according to the invention
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.The invention is described in detail below with reference to the figures mentioned in the form of exemplary embodiments. In all figures, the same technical elements are denoted by the same reference symbols.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weniger der beschriebene Regelkreis 130, sondern vielmehr die ebenfalls in
- Max: einen oberen Schwellenwert für die erste bzw. Master-Regelgröße
- Min: einen unteren Schwellenwert für die erste bzw. Master-Regelgröße
- Cposn 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;
- Cnegn 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;
- dQMn: 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.
- Max: an upper threshold value for the first or master controlled variable
- Min: a lower threshold value for the first or master controlled variable
- Cpos n maximum permissible flatness error or maximum permissible roll gap profile change, in each case 2nd or higher order, or the sum of both, valid for a change in the setpoint in a positive direction;
- Cneg n minimum permissible flatness error or minimum permissible roll gap profile change, in each case 2nd or higher order, or the sum of both valid for a change in the setpoint in the negative direction;
- dQM n : ratio of the change in the setpoint of the manipulated variable of the master control element to the change in the flatness of the 2nd and / or higher order of the metal strip; or the ratio of the change in the setpoint of the manipulated variable of the master actuator to the change in the roll gap contour of the 2nd and / or higher order.
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.All values or signals used in the present description are time-dependent and are therefore provided with the index n, where n = 1... N represents discrete points in time. These points in time are specified by the clock cycles of the control, that is, the runs of the control loop.
Wenn bei der Überwachung in der Überwachungseinrichtung 135 festgestellt wird, dass der Sollwert SMSoll 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:
Alternativ: Wenn dagegen in der Überwachungseinrichtung 135-1 festgestellt wird, dass der Sollwert SMSoll 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:
Schließlich werden, wenn bei der Überwachung in der Überwachungseinrichtung 135-1 festgestellt wird, dass der Sollwert SMSoll 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:
Die so berechneten Korrekturanteile y1 bzw. y2 gehen gemäß
Der Korrekturanteil y1 ist typischerweise negativ und der Korrekturanteil y2 ist typischerweise positiv. Im Ergebnis muss das Vorzeichen so gewählt werden, das der Sollwert SMSoll n+1 in den Toleranzbereich verschoben wird. Im Ergebnis ist der korrigierte Sollwert SMSoll n* typischerweise betraglich kleiner als der vorherige Master-Sollwert SMSoll 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
Bei einer Sperrung gilt:
The following applies in the event of a blocking:
Unter Bezugnahme auf die
Die
Erfindungsgemäß wird das bisherige Slave-Sollwert-Signal SLk Soll n mit Hilfe einer Sollwert-Korrektureinrichtung 145-k in dem besagten korrigierten Slave-Sollwert SLk 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 SLk Soll n auch um folgende Größen:
- y1, y2
- kumulierte Korrekturanteile des Masterstellgliedes
- dQSk
- 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 - ak
- Koeffizient mit
- y1, y2
- cumulative correction components of the master actuator
- dQS k
- Difference quotient, which represents the ratio of a change in the setpoint of the k'th control loop 142-k to a change in the setpoint of the first or
master control loop 130 - a k
- Coefficient with
Die Sollwert-Korrektureinrichtung 145-k=1 empfängt neben dem bisherigen Slave-Sollwert SLk=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 ZSLk=1 für den Slave k. Innerhalb dieser Berechnungseinheit erfolgt die Berechnung gemäß der nachfolgenden Formel:
- k=1... K :
- Anzahl der Slave-Stellglieder 142-k.
- k = 1 ... K:
- Number of slave actuators 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 SLk=1 Soll n und des berechneten Kompensationsanteils ZSLk.Finally, the corrected slave setpoint value is calculated in a further calculation unit 145-1-3 by adding the previous or previous slave setpoint value SL k = 1 setpoint n and the calculated compensation component ZSL k .
Innerhalb der Berechnungseinheit 145-k=1-2 für den Kompensationsanteil erfolgt auch die Ermittlung eines Leistungsfehlbetrages Δpk 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 ak der verbleibenden Slave-Stellglieder. Zu diesem Zweck werden die in den k-Slave-Sollwert-Korrektureinrichtungen 145-k ermittelten Leistungsfehlbeträge Δpk an eine ebenfalls in
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 DISy1 und DISy2, welche von der Leistungsverteilungs-Berechnungseinrichtung 150 berechnet werden, wie oben unter Bezugnahme auf
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
In
In
In
In
Im Resultat geschieht das Verfahren des Master-Stellgliedes durch die gegensinnige Ansteuerung mindestens eines Slave-Stellgliedes mit nur geringen Planheitsstörungen oder sogar planheitsneutral.As a result, the master actuator is moved through the opposing control of at least one slave actuator with only minor flatness disturbances or even flatness-neutral.
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.
- Bending force for the work rolls and / or the intermediate rolls of the roll stand;
- Position and / or horizontal displacement for the work and / or intermediate rolls;
- Position, force and / or angle of rotation of an eccentric device for setting a change in the roll gap contour; and or
- Pressure of a cooling medium, flow rate of the cooling medium, angle of inclination of a zone cooling device for cooling a
work roll 110 over its width for setting or changing the roll gap contour; - Pressure of a heating medium, flow rate of the heating medium, angle of inclination of a zone heating device for warming up a work roll over its width for setting or changing the roll gap contour;
- Amperage, electrical power for inductive roller heating;
- Difference position between the operating and drive side of a hydraulic adjustment for the
rollers 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).
- Bending device for the work rolls and / or the intermediate rolls of the roll stand (100);
- Axial displacement for the working and / or intermediate rolls; eccentric device for setting a change in the roll gap contour; and or
- Zone cooling device with individually controllable valves for the cooling device for cooling a work roll across its width for setting or changing the roll gap contour;
- Zone heating device with individually controlled valves for the heating means for heating a work roll across its width for setting or changing the roll gap contour;
- inductive roller heating;
- Adjustment cylinder for the hydraulic adjustment of, in particular, the work rolls (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.
- first controlled variable: bending force; and
- k = 1st controlled variable: axial displacement;
or - first controlled variable: axial displacement and;
- k = 1st controlled variable: bending force.
Für diese beiden Alternativen kann optional jeweils zusätzlich die Zonenkühlung als k=2'te Regelgröße gewählt werden.For these two alternatives, zone cooling can optionally also be selected as k = 2nd controlled variable.
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.
- first controlled variable: bending force for work rolls and;
- k = 1st controlled variable: bending force for intermediate rolls and;
- k = 2nd controlled variable: axial displacement of the intermediate rolls;
or - first controlled variable: bending force for intermediate rolls; and
- k = 1st controlled variable: bending force for work rolls and;
- k = 2nd controlled variable: axial displacement of the intermediate rolls;
or
first controlled variable: axial displacement of the intermediate rolls; - k = 1st controlled variable: bending force for intermediate rolls; and
- k = 2nd controlled variable: bending force for work rolls.
Jede der genannten Kombinationen von Regelgrößen für das Sechsto-Gerüst kann zusätzlich ergänzt werden durch die Zonenkühlung als dritte Regelgröße.Each of the mentioned combinations of controlled variables for the six-high stand can also be supplemented by zone cooling as a third controlled variable.
Wenn die Breite des Metallbandes 120 einen vorgegebenen Breitenschwellenwert übersteigt, wird als Master-Stellglied 132 vorzugsweise die Biegeeinrichtung festgelegt.If the width of the
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
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.In the simple example of a four-high mill stand, the work roll bending is used for the PGM precontrol and is accordingly defined as a master controlled variable with corresponding master setpoint specifications. Depending on the size of the setpoint specification, the associated
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.In the case of a six-high roll stand, even operating points can be optimized in order to approach the desired operating point despite errors in the calculation of the setting specifications and thus to obtain advantages for the use of calculated difference quotients which then better match the operating point.
Im Resultat geschieht das Verfahren des Master Stellgliedes durch die gegensinnige Ansteuerung mindestens eines Slave Stellgliedes mit nur geringen Planheitsstörungen oder sogar planheitsneutral.As a result, the master actuator is moved through the opposing control of at least one slave actuator with only minor disturbances in flatness or even flatness-neutral.
- 100100
- WalzgerüstRoll stand
- 110110
- ArbeitswalzenWork rolls
- 120120
- MetallbandMetal band
- 130130
- erster Regelkreisfirst control loop
- 131131
- Regelstrecke des ersten Regelkreises bzw. des Master-RegelkreisesControlled system of the first control loop or the master control loop
- 132132
- Master-StellgliedMaster actuator
- 133133
- Master-ReglerMaster controller
- 134134
- Master-VergleicherMaster comparator
- 135135
- Master-Sollwert-KorrektureinrichtungMaster setpoint correction device
- 135-1135-1
- ÜberwachungseinrichtungMonitoring device
- 135-2135-2
- Berechnungseinheit für Korrekturanteil y1Calculation unit for correction component y1
- 135-3135-3
- Berechnungseinheit für Korrekturanteil y2Calculation unit for correction component y2
- 135-4135-4
- Berechnungseinheit für korrigierten SollwertCalculation unit for corrected target value
- 136136
- ErfassungseinrichtungDetection device
- 140-k140-k
- k'ter Regelkreisk'ter control loop
- 141-k141-k
- k'te Regelstreckek'te controlled system
- 142-k142-k
- k'tes Slave-Stellgliedkth slave actuator
- 143-k143-k
- k'ter Reglerk'ter regulator
- 144-k144-k
- k'ter Vergleicherk'ter comparator
- 145-k145-k
- k'te Slave-Sollwert-Korrektureinrichtungk'th slave setpoint correction device
- 145-k-1145-k-1
- SumiererSumer
- 145-k-2145-k-2
- UmrechnungseinheitConversion unit
- 145-k-3145-k-3
- Summierer des SollwertsTotalizer of the setpoint
- 150150
- Leistungsverteilungs-BerechnungseinheitPower distribution calculation unit
- TT
- ToleranzbereichTolerance range
- kk
- k'tes Slave-Stellglied mit k=1-Kkth slave actuator with k = 1-K
- nn
- diskreter Zeitpunkt, Laufindexdiscrete point in time, running index
- y1y1
- KorrekturanteilCorrection portion
- y2y2
- KorrekturanteilCorrection portion
- Sx S x
- Stellsignal für Master-StellgliedControl signal for master actuator
- **
- korrigierter Wertcorrected value
Claims (15)
wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch folgende Schritte:
the method being characterized by the following steps:
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).Method according to claim 1,
characterized,
that the roll stand additionally has further slave control loops (k = 2 to K); and
which the procedure also has the following steps:
Carrying out steps ii) analogously in each case for each of the further k = 2 to K control loops with their respective k = 2 to K'th slave actuator (142-k).
dadurch gekennzeichnet,
dass - wenn bei der Überwachung festgestellt wird, dass der Sollwert (SMSoll 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:
dass - wenn bei der Überwachung festgestellt wird, dass der Sollwert (SMSoll 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:
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 (DISy1 und /oder DISy2) aus der Leistungsverteilungs-Berechnungseinrichtung (150) gesetzt sind - die Korrekturanteile (y1, y2) für den Sollwert (SMSoll n) der ersten Regelgröße wie folgt berechnet werden:
characterized,
that - if the monitoring determines that the setpoint (SM setpoint n ) for the first controlled variable exceeds the upper threshold value (Max) of the tolerance range (x1 = 1, x2 = 0) - the correction component (y1) is specified specifically for the process or system or is calculated according to the following formula:
that - if the monitoring determines that the setpoint (SM setpoint n ) for the first controlled variable falls below the lower threshold value (Min) of the tolerance range (x1 = 0, x2 = 1) - the correction component (y2) is specified specifically for the process or system or is calculated according to the following formula:
that - if the monitoring determines that the setpoint for the first controlled variable neither exceeds the upper threshold value (Max) of the tolerance range, nor falls below the lower threshold value (Min) of the tolerance range (x1 = 0, x2 = 0) or if the Disable Signals (DIS y1 and / or DIS y2 ) from the power distribution calculating device (150) are set - the correction components (y1, y2) for the setpoint (SM Soll n ) of the first controlled variable are calculated as follows:
dadurch gekennzeichnet,
dass der korrigierte Sollwert (SMSoll n1*) für den Master berechnet wird zu:
characterized,
that the corrected setpoint (SM setpoint n1 * ) for the master is calculated as follows:
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kompensationsanteil (ZSLk=2-K) für den Slave k gemäß folgender Formel berechnet wird:
characterized,
that the compensation component (ZSL k = 2-K ) for slave k is calculated according to the following formula:
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste und jede der k'ten Regelgrößen aus der Menge folgender Größen gewählt wird:
characterized,
that the first and each of the k'th controlled variables is selected from the set of the following variables:
dadurch gekennzeichnet,
dass das Master- (132) und jedes der Slave-Stellglieder (142-k) aus der Menge folgender Stellglieder gewählt wird:
characterized,
that the master (132) and each of the slave actuators (142-k) are selected from the set of the following actuators:
dadurch gekennzeichnet,
dass - wenn es sich bei dem Walzgerüst (100) um ein Quarto-Gerüst handelt - dann gilt:
oder
characterized,
that - if the roll stand (100) is a four-high stand - then the following applies:
or
dadurch gekennzeichnet,
dass für beide Alternativen gemäß Anspruch 8 optional zusätzlich gilt. k=2'te Regelgröße : ZonenkühlungMethod according to claim 8,
characterized,
that optionally also applies to both alternatives according to claim 8. k = 2nd controlled variable: zone cooling
dadurch gekennzeichnet,
dass - wenn es sich bei dem Walzgerüst um ein Sexto-Gerüst handelt - dann gilt:
oder
oder
characterized,
that - if the roll stand is a six-high stand - then the following applies:
or
or
dadurch gekennzeichnet,
dass für alle 3 Alternativen gemäß Anspruch 10, optional zusätzlich gilt. k=3'te Regelgröße : ZonenkühlungMethod according to claim 10,
characterized,
that for all 3 alternatives according to claim 10, optionally also applies. k = 3rd controlled variable: zone cooling
dadurch gekennzeichnet,
dass es sich bei dem Walzen um Warmwalzen oder um Kaltwalzen handelt.Method according to one of the preceding claims,
characterized,
that the rolling is hot rolling or cold rolling.
gekennzeichnet durch :
characterized by :
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.Method according to claim 13,
characterized,
that in the event that the remaining slave actuators cannot adequately compensate for the shortfall in travel of the k'th slave actuator, at least one of the correction components (y1, y2) of the first controlled variable is kept constant.
dadurch gekennzeichnet,
dass wenn die Breite des Metallbandes (120) einen vorgegebenen Breitenschwellenwert übersteigt, die Biegeeinrichtung als Master-Stellglied (132) festgelegt wird.Method according to one of Claims 7 to 14,
characterized,
that when the width of the metal strip (120) exceeds a predetermined width threshold value, the bending device is set as the master actuator (132).
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