EP4449212A1 - Verfahren zum betrieb einer coilbox in einer metallurgischen anlage und coilbox einer metallurgischen anlage, mit einer kontinuierlichen kollisionsübewachung in echtzeit - Google Patents

Verfahren zum betrieb einer coilbox in einer metallurgischen anlage und coilbox einer metallurgischen anlage, mit einer kontinuierlichen kollisionsübewachung in echtzeit

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Publication number
EP4449212A1
EP4449212A1 EP22844637.3A EP22844637A EP4449212A1 EP 4449212 A1 EP4449212 A1 EP 4449212A1 EP 22844637 A EP22844637 A EP 22844637A EP 4449212 A1 EP4449212 A1 EP 4449212A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coil box
moving
parts
actuators
coil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22844637.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Theobald
Ahmet Can
Sandeep MAITRA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SMS Group GmbH filed Critical SMS Group GmbH
Publication of EP4449212A1 publication Critical patent/EP4449212A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Program-control systems
    • G05B19/02—Program-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form
    • G05B19/406—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form characterised by monitoring or safety
    • G05B19/4061—Avoiding collision or forbidden zones
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES, PROFILES OR LIKE SEMI-MANUFACTURED PRODUCTS OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C47/00—Winding-up, coiling or winding-off metal wire, metal band or other flexible metal material characterised by features relevant to metal processing only
    • B21C47/02—Winding-up or coiling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Program-controlled manipulators
    • B25J9/16—Program controls
    • B25J9/1674—Program controls characterised by safety, monitoring, diagnostic
    • B25J9/1676—Avoiding collision or forbidden zones
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Program-control systems
    • G05B19/02—Program-control systems electric
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    • G05B19/406—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form characterised by monitoring or safety
    • G05B19/4069—Simulating machining process on screen

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a coil box in a metallurgical plant, with continuous real-time collision monitoring.
  • the invention also relates to a coil box of a metallurgical plant with continuous real-time collision monitoring.
  • a coil box is used for winding and unwinding metal strips in metallurgical plants, for example in a rolling mill of the metallurgical plant.
  • the wound metallic strip is referred to as a coil.
  • the strips wound up or unwound in the coil box usually have a width of between 500 mm and 2500 mm.
  • the coil box includes moving and fixed parts for winding and unwinding and actuators for moving the moving parts of the coil box.
  • the actuators are designed as hydraulic cylinders, for example, which are controlled by automation of the coil box.
  • the coil ie the metal strip
  • the movement possibilities of the roller table of the coil box result in movement trajectories of a coil both in the x and in the y direction.
  • the diameter of the coil changes continuously during winding and unwinding.
  • the coil box is empty or the diameter of the coil in the coil box remains constant.
  • Another essential operating state of the coil box is the maintenance of the coil box, whereby people can be in the sphere of influence of the coil box during maintenance.
  • special care must be taken to ensure that the person is not injured by the moving parts of the coil box, also in connection with the fixed parts of the coil box. For example, an area large enough for a person to safely stand upright could be blocked for the moving parts of the coil box to move.
  • Another example concerns the movement of certain roller table rollers of the coil box.
  • a reel When a reel reaches or exceeds a certain position, the movement of another reel, regardless of whether it is in that constellation, is actually closed a collision occurs or not.
  • no movement at all is allowed for safety reasons.
  • the invention is based on the object of avoiding unnecessary collisions during the operation of a coil box while restricting movement to a minimum.
  • the object is achieved according to the invention by a method for operating a coil box in a metallurgical plant, with continuous real-time collision monitoring, the coil box comprising moving and fixed parts and actuators for moving the moving parts of the coil box, comprising the steps:
  • the dimensions of the moving parts and fixed parts of the coil box are recorded.
  • the information recorded is essentially geometric data of the moving parts and fixed parts of the coil box.
  • This step also includes a coil that may be in the coil box as a fixed part or a coil that is being wound up or unwound as a moving part of the coil box, with the dimensions of the coil changing continuously during a winding process, in particular the diameter of the coil.
  • the possible movements of the actuators of the coil box which have an effect on the moving parts of the coil box, are recorded.
  • This information is essentially kinematic information.
  • a digital model of the coil box is created on the basis of the recorded geometric dimensions of the moving and fixed parts of the coil box and the recorded possible movements of the actuators of the coil box.
  • This digital model describes the behavior of the real coil box in operation, taking into account the recorded geometry data and kinematic information.
  • the movements of the moving parts of the coil box are monitored based on the created digital model to detect collisions between moving and/or fixed parts of the coil box.
  • the method according to the invention thus continuously checks whether the movements of the moving parts of the coil box lead to collisions or not.
  • the method according to the invention can adjust the movements of the moving parts of the coil box by means of the actuators.
  • Movements and/or collisions between moving and/or fixed parts within the meaning of the invention includes both movements and/or collisions between the moving parts and movements and/or collisions between moving parts and fixed parts.
  • the method according to the invention is carried out in real time and continuously monitors the operation of the coil box.
  • the created digital model can automatically detect collisions in real time without, as in the prior art, having to be detected in advance and programmed into the automation of the coil box. It is therefore not necessary to check possible movements of the moving parts of the coil box in advance for possible collisions.
  • a further advantage of the method according to the invention is that the digital model can carry out the collision monitoring separately for each actuator or the moving parts of the coil box connected thereto. According to the invention, only those movements of the moving parts of the coil box that cause a collision can be adjusted, while other parallel movements of other moving parts of the coil box can be carried out unchanged.
  • the aforementioned geometric data and/or kinematic information only has to be determined once for a coil box, since the geometry and kinematics of a coil box do not change. Specifics of the metallurgical plant in which the coil box is used can be made available to the digital model during initialization.
  • the created digital model determines the movements of the moving parts of the coil box based on the movements of the actuators of the coil box.
  • the actuators are connected to the moving parts of the coil box, with each actuator having one or connected to multiple moving parts. Furthermore, the actuators can be connected to fixed parts of the coil box.
  • the moving parts are moved by appropriate actuators through the automation of the coil box by means of appropriate control signals to the actuators.
  • the digital model created monitors these movements for any collisions.
  • the movements of the moving parts of the coil box are monitored during operation to detect collisions between moving and/or fixed parts of the coil box by a vectorial distance calculation based on the digital model created.
  • the method includes detecting that the distances between movable and/or fixed parts of the coil box fall below specified distances.
  • the method also includes the generation of a message, an alarm, a setting action or the like when it is detected that the distances between movable and/or fixed parts of the coil box are below specified values. If the distance falls below the specified distance, the method initiates a predetermined action, such as the output of warnings and/or alarms, carrying out adjustment actions, stopping adjustment actions, or the like.
  • a predetermined action such as the output of warnings and/or alarms, carrying out adjustment actions, stopping adjustment actions, or the like.
  • alarms/warnings are generated if the distance falls below a definable level. They can be used, for example, to issue an approach warning in order to reduce the movement speed of the actuators involved. If another, freely definable distance value is not reached, the movements of the actuators involved are stopped. It is also possible to output the exact distance continuously at the processing speed of the coil box automation and to further process it individually. So different warning and safety thresholds can be evaluated for different operating states.
  • the method includes the transmission of adjustment actions from an automation of the coil box to the digital model, in particular actual positions and target positions of the actuators of the coil box.
  • the digital model can monitor the movements of the moving parts of the coil box for collisions with other moving and/or fixed parts of the coil box. If the target positions of the actuators, i.e. the end positions of the actuators after the actuating action has been carried out, are also transmitted to the digital model, the digital model can check these target positions in advance for collisions between moving and/or fixed parts the coil box is coming. The digital model can thus make a prediction of possible collisions between moving and/or fixed parts of the coil box for the time horizon of the transmitted adjustment actions.
  • the method according to the invention comprises adjusting the target position by the digital model to avoid collisions between moving and/or fixed parts of the coil box and transmitting the adjusted target position to the automation of the coil box. If a collision is detected between moving and/or fixed parts of the coil box as part of the prediction for the transmitted adjustment actions, the digital model adjusts the problematic target positions in order to avoid collisions and communicates the optimized target positions to the automation, thereby this can take into account the adjusted target positions accordingly. The digital model therefore determines those target positions of the actuators that are just not causing a collision or that are below the specified relevant distances.
  • the method includes determining directions of movement of the moving parts of the coil box and stopping the movements of the moving parts at least in one direction of movement.
  • An actuator such as a hydraulic actuator can normally move in two directions, e.g. a hydraulic cylinder can extend and retract. If a collision is brought about by an extension movement (enlargement of the cylinder stroke), this direction of movement is blocked according to this variant of the invention.
  • the collision direction can be saved in the automation of the coil box. In order to free the hydraulic cylinder, however, the opposite direction must not be blocked. After reaching a certain distance in the opposite direction of the collision, the collision direction stored in the coil box automation is deleted and the hydraulic cylinder can move in and out again in both directions of movement.
  • the detection of the geometric dimensions of the movable and fixed parts of the coil box and/or the detection of the possible movements of the actuators of the coil box includes reading in a geometric data set, in particular a technical drawing.
  • digitized drawing data is read directly into the digital model, so that no manual measurement of the geometry is required. This is done, for example, via a CAD exchange format.
  • the kinematic relationships of the coil box are also usefully read in, particularly in the digital model. This is easily possible, for example, if the coil box was not only created in the form of a digital drawing, but also as a digital functional model with functional attributes for identifying the axes of rotation and degrees of freedom.
  • the digital functional model differs from the digital model of the method according to the invention in particular by the collision check in real time during operation of the coil box.
  • the required numerical values are not read from the imported drawing and entered, for example, in the geometry data record, but the distances are marked in the drawing by an engineer using a digital drawing program and an input device. These dates are subsequently written to an exchange file without transmission errors occurring. This is possible because the positions of the actuators (cylinder strokes) are not relevant for the definition of the geometry data.
  • the method according to the invention includes tracking changes in movement, in particular the movement trajectory, of the moving parts of the coil box during operation over a predetermined period of time.
  • the tracking of the movement changes is carried out in particular by the digital model while monitoring the movements of the moving parts of the coil box to detect collisions between moving and/or fixed parts of the coil box.
  • the changes in movement in particular the respective movement trajectories. For example, if a roller moves in the direction of a machine interference edge and falls below a first alarm level, the method according to the invention, in particular the digital model, checks how the distance develops over time, e.g. from computing cycle to computing cycle.
  • the distance can be in a transition to a tangential movement, so that the distance no longer decreases significantly and subsequently possibly even increases again.
  • the method in particular the digital model, can delete the alarm again by falling below the first alarm level, even if the distance is still below the alarm level, since the distance is no longer decreasing and no collision is imminent.
  • the object is also achieved according to the invention by a coil box of a metallurgical plant with continuous real-time collision monitoring, the coil box comprising moving and fixed parts and actuators for moving the moving parts of the coil box.
  • the coil box according to the invention also includes automation for controlling the actuators, which implements the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a side view of a coil box according to the invention of a metallurgical plant, with continuous real-time collision monitoring, in a first operating state
  • FIG. 2 shows a view from above of the coil box from FIG. 1 ,
  • FIG. 3 shows a side view of the coil box from FIG. 1 in a second
  • FIG. 4 shows a view from above of the coil box from FIG. 3,
  • Fig. 5 is a flow chart relating to the calculations of a digital
  • FIG. 6 shows a flow chart of the actions of the control of a coil box derived from the calculations from FIG. 5 .
  • 1 shows a side view of a coil box 100 according to the invention of a metallurgical plant, with real-time collision monitoring in a first operating state.
  • FIG. 2 shows a view from above of the coil box 100 from FIG. 1 in the first operating state.
  • the coil box 100 from FIGS. 1 and 2 comprises fixed parts 1, 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46 which are connected to a foundation or other stationary support structures, for example.
  • the coil box 100 also includes moving parts 2, 6, 21, 23, 24, 25, 26 such as articulation or pivot points.
  • the coil box 100 includes actuators 101, 102, 103, 104, 105, 106 for moving the moving parts 2, 6, 21, 23, 24, 25, 26, the actuators 101, 102, 103, 104, 105, 106 of be controlled by an automation of the coil box 100, not shown.
  • the automation implements the method according to the invention for operating the coil box 100 of the metallurgical plant with continuous real-time collision monitoring.
  • the coil box 100 also includes pairs of roller table rollers 32, 33, which are arranged on a common frame.
  • the axes of rotation of the roller table rollers 32, 33 are symbolized by the points 3, 5, 7, 8 in FIGS.
  • the roller table rollers 32, 33 can be adjusted by means of the actuators 101, 102 and the moving parts 2, 6, so that these are also moving parts of the coil box 100.
  • the actuators 101, 102, 103, 104, 105, 106 are designed, for example, as hydraulic cylinders and the actuating positions are in Figs. 1 to 4 by the cylinder strokes H1, H2, H3, H4, H5, H6, H11, H21, H31, H41 , H51 , H61 symbolized.
  • the rotary arm 36 can move about the pivot point 22 in the direction of the arrow 31 by the cylinder stroke H4.
  • the cylinder stroke H3 moves the rotating arm 35 about the pivot point 25 in the direction of the arrows 30.
  • a Chisel 110 pivoted at the end of the rotary arm 35.
  • the chisel 110 is used to open a coil in the coil box 110 and has an axis of rotation 26.
  • the coil box 100 also includes two side guides 34, with the frame points 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, which can be adjusted in width by means of the actuators 105, 106 and the corresponding cylinder strokes H51, H61, as can be seen in particular in Fig 2 can be found.
  • the geometric dimensions of the movable parts 2, 6, 21, 23, 24, 25, 26 and the fixed parts 1, 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46 of the coil box 100 are recorded. Furthermore, the possible movements of the actuators 101, 102, 103, 104, 105, 106 of the coil box 100 are recorded, i.e. the cylinder strokes H1, H2, H3, H4, H5, H6, H11, H21, H31, H41, H51, H61 of the hydraulic cylinder.
  • the detection of the geometric dimensions of the movable 2, 6, 21, 23, 24, 25, 26 and fixed parts 1, 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46 of the coil box 100 and / or detecting the possible movements of Actuators 101, 102, 103, 104, 105, 106 of the coil box 100 include, for example, reading in a geometry data set, in particular a technical drawing.
  • a digital model of the coil box 100 is created on the basis of the recorded geometric dimensions of the movable 2, 6, 21, 23, 24, 25, 26 and fixed parts 1, 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46 of the coil box 100 and the detected possible movements of the actuators 101, 102, 103, 104, 105, 106 of the coil box 100 are created. This takes place, for example, in the automation of the coil box 100, which is not shown.
  • the movements of the moving parts 2, 6, 21, 23, 24, 25, 26 of the coil box 100 are based on the digital model created to detect collisions between moving parts 2, 6, 21, 23, 24, 25 , 26 and/or fixed parts 1, 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46 of the coil box 100 are monitored in real time.
  • the movements of the moving Parts 2, 6, 21, 23, 24, 25, 26 of Coil box 100 adjusted by means of the actuators 101, 102, 103, 104, 105, 106 in order to avoid the detected collision between moving parts 2, 6, 21, 23, 24, 25, 26 and/or fixed parts 1, 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46 of the Coilbox 100 to avoid.
  • the movements of the moving parts 2, 6, 21, 23, 24, 25, 26 of the coil box 100 are determined and taken into account in the monitoring.
  • the movements of the moving parts 2, 6, 21, 23, 24, 25, 26 of the coil box 100 are expediently monitored during operation to detect collisions between moving parts 2, 6, 21, 23, 24, 25, 26 and/or fixed parts Divide 1, 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46 of the coil box 100 by a vector distance calculation based on the created digital model.
  • the method includes the detection of falling below specified distances d1, d2, d3, d4, d8, d10, d11, d21, d31, d41, d81, d101 between movable 2, 6, 21, 23, 24 , 25, 26 and/or fixed parts 1, 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46 of the coil box 100 and the generation of a message, an alarm, an actuating action or the like when it is detected that predetermined distances d1, d2 are not reached , d3, d4, d8, d10, d11 , d21 , d31 , d41 , d81 , d101 between moving 2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26 and/or fixed parts 1 , 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46 of the coil box 100.
  • the method can include the transmission of adjustment actions from the automation of the coil box 100 to the digital model, in particular of actual positions and target positions of the actuators 101, 102, 103, 104, 105, 106 of the coil box 100 .
  • the method expediently also includes the adjustment of the target position by the digital model in order to avoid collisions between moving parts 2, 6, 21, 23, 24, 25, 26 and/or fixed parts 1, 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46 of the coil box 100 and transmission of the adjusted target position to the automation of the coil box 100.
  • the method also includes determining the directions of movement of the moving parts 2, 6, 21, 23, 24, 25, 26 of the coil box 100 and stopping the movements of the moving parts 2, 6, 21, 23, 24, 25 , 26 at least in one direction of movement.
  • the method according to the invention also includes tracking changes in movement, in particular the movement trajectory, of the moving parts 2, 6, 21, 23, 24, 25, 26 of the coil box 100 during operation over a predetermined period of time.
  • the dimensions of a product received in the coil box 100, in particular rolled stock can be recorded and transmitted to the digital model.
  • the digital model can use this information when monitoring and adjusting the movements of the moving parts 2, 6, 21, 23, 24, 25, 26 of the coil box 100 in operation to detect and avoid collisions between moving parts 2, 6, 21, 23, 24, 25, 26 and/or fixed parts 1, 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46 of the coil box 100 into account.
  • FIG. 3 shows a side view of the coil box 100 according to the invention of a metallurgical plant, with real-time collision monitoring from FIG. 1 in a second operating state.
  • FIG. 4 shows a view from above of the coil box 100 from FIG. 3 in the second operating state.
  • the actuators 101, 102, 103, 104, 105, 106 were actuated by the automation of the coil box 100, so that the cylinder strokes H1 , H2, H3, H4, H5, H6 have changed to H11 , H21 , H31 , H41 , H51 , H61.
  • the distances d1, d2, d3, d4, d8, d9, d10 from FIGS. 1 and 2 have changed to the distances d11, d21, d31, d41, d81, d91, d101 from FIGS. 3 and 4.
  • the digital model which is integrated, for example, in the automation of the coil box 100, can be moved from all relevant moving points n (xi, yi, z) of the coil box 100 depending on the cylinder strokes H1, H2, H3, H4, H5, H6, H11 , H21, H31, H41, H51, H61 of the actuators 101, 102, 103, 104, 105, 106 determine the position. Furthermore, the position data of the fixed parts 1, 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46 of the coil box 100 are known to the digital model.
  • the corresponding distances between the points n and qd (k, i, j) are calculated from the position data (xi, yi, z,) and (Xj, yj, Zj), where k are the actuators 101, 102, 103, 104, 105, 106 represented.
  • dl2
  • the distances d3 and d4 or d31 and d41 can be calculated for example in FIGS. 1 to 4 by means of these equations.
  • the current and shortest distance d (k, i, j) between points i and j is calculated for each geometry component k considered. Furthermore, the minimum permissible distance ds (k, i, j) is determined for a point (Xi, yi, Zi), for example read from a database.
  • the radius R of a roller table roller is defined as the minimum distance ds (101, 5, 5) around the respective axis of rotation, identified by 5 in FIG.
  • Rc is defined as ds (103, 26, 26) and ds (104, 26, 26).
  • the digital model calculates the distances d (k, i, j) for each actuation of the actuators 101, 102, 103, 104, 105, 106 and, in a preferred variant, the same Rate of change Ad (k, i, j) for example between two computing cycles z with the time interval At.
  • the smallest distance d (k, i, j) in the current cycle z is determined for each adjustment action, and the shortest distance in the following cycle is extrapolated with the help of the current distance and the rate of change d (t+At). If the current distance is smaller than the distance to be expected in the next journal, this distance is evaluated, otherwise the distance for the subsequent journal is evaluated.
  • the distances d(k,i,j) for an actuator k can be dependent not only on the actuator k itself but also on the position of another actuator I. For example, if two points (xi, yi, zi) and (X2, y2, Z2) move towards each other and the two actuators k and I are involved, then the distance d (k, 1 , 2) for actuator k is evaluated and the same distance d (I, 1, 2) for actuator I. If there is a significant distance, a corresponding event (alarm, control action, etc.) is generated for both actuators k and I.
  • the distance d9 between the insides of the side rails 34 for the cylinder strokes H5 and H6 of the respective actuators 105, 106 is greater than the width B of the bit 110 defined by the distance between points 42 and 44 .
  • the distance d91 between the side guides 34 for the cylinder strokes H51 and H61 of the respective actuators 105, 106 is smaller than the width B of the chisel 110 between points 42 and 44.
  • the distance d10 from Fig. 1 and 2 is therefore irrelevant and can be set to 00 . In this case it is sufficient to evaluate the distance d8.
  • the digital model also evaluates the calculated minimum distances for a position H(k) of an actuator to determine whether an alarm or switching threshold has been undershot and, if necessary, triggers a corresponding alarm signal A(k) or switching signal S(k).
  • the digital model stores the current direction of movement R(k) of the associated actuator k, in order to be able to distinguish the backward (collision-free) direction of movement from the direction of collision if the switching threshold is undershot. If the distance does not change or even increases, the digital model cancels an alarm triggered by falling below the alarm threshold, even if the alarm threshold is still undershot.
  • FIGS. 5 shows a flow chart for calculations of the digital model and FIG. 6 the derivation of actions from the calculations.
  • the digital model can calculate the rate of change Ad(k,i, j) (t) determine the relevant distance, i.e. whether the distance in the next magazine t+At will increase, decrease or remain the same. If the distance increases, the current distance d(k, i, j) (t) at time t is taken as a basis as a comparison value for the permissible distance ds(k, i, j). If the distance decreases, the value d(k, i, j) (t+At) for the next magazine t+At is taken as the basis for the comparison value for the permissible distance ds(k, i, j).
  • FIG. 6 shows a flow chart of the actions of the control of a coil box derived from the calculations from FIG. 5 .
  • the digital model also evaluates the calculated minimum distances for a position H(k) of an actuator to determine whether an alarm alarm (k, i, j) or switching threshold Stop (k, i, j) has been undershot and, if necessary, triggers a corresponding alarm signal A (k) or switching signal S(k) off (see Figure 6). For this purpose, the current distance d(k, i, j) is compared with the permissible distance ds(k, i, j).
  • actuator hydraulic cylinder
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Coilbox (100) und eine Coilbox (100), in einer metallurgischen Anlage, mit einer kontinuierlichen Kollisionsüberwachung in Echtzeit, wobei die Coilbox (100) bewegliche (2, 6, 21, 23, 24, 25, 26) und feste Teile (1, 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46) und Stellglieder (101, 102, 103, 104, 105, 106) zum Bewegen der beweglichen Teile (2, 6, 21, 23, 24, 25, 26) der Coilbox (100) umfasst, umfassend die Schritte: Erfassen der geometrischen Abmessungen der beweglichen (2, 6, 21, 23, 24, 25, 26) und festen Teile (1, 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46) der Coilbox (100); Erfassen der möglichen Bewegungen der Stellglieder (101, 102, 103, 104, 105, 106) der Coilbox (100); Erstellen eines digitalen Modells der Coilbox (100) auf Basis der erfassten geometrischen Abmessungen der beweglichen (2, 6, 21, 23, 24, 25, 26) und festen Teile (1, 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46) der Coilbox (100) und der erfassten möglichen Bewegungen der Stellglieder (101, 102, 103, 104, 105, 106) der Coilbox (100); Überwachen der Bewegungen der beweglichen Teile (2, 6, 21, 23, 24, 25, 26) der Coilbox (100) im Betrieb auf Basis des erstellten digitalen Modells zur Erkennung von Kollisionen zwischen beweglichen (2, 6, 21, 23, 24, 25, 26) und/oder festen Teilen (1, 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46) der Coilbox (100); und Anpassen der Bewegungen der beweglichen Teile (2, 6, 21, 23, 24, 25, 26) der Coilbox (100) mittels der Stellglieder (101, 102, 103, 104, 105, 106) zur Vermeidung von Kollisionen zwischen beweglichen (2, 6, 21, 23, 24, 25, 26) und/oder festen Teilen (1, 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46) der Coilbox (100).

Description

Verfahren zum Betrieb einer Coilbox in einer metallurgischen Anlage und Coilbox einer metallurgischen Anlage, mit einer kontinuierlichen Kollisionsüberwachung in Echtzeit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Coilbox in einer metallurgischen Anlage, mit einer kontinuierlichen Kollisionsüberwachung in Echtzeit. Die Erfindung betrifft ferner eine Coilbox einer metallurgischen Anlage, mit einer kontinuierlichen Kollisionsüberwachung in Echtzeit.
Eine Coilbox wird zum Auf- und Abwickeln von metallischen Bändern in metallurgischen Anlagen eingesetzt, beispielsweise in einem Walzwerk der metallurgischen Anlage. Das aufgewickelte metallische Band wird dabei als Coil bezeichnet. Die in der Coilbox auf- bzw. abgewickelten Bänder haben dabei üblicherweise eine Breite zwischen 500 mm und 2500 mm. Die Coilbox umfasst zum Auf- und Abwickeln bewegliche und feste Teile und Stellglieder zum Bewegen der beweglichen Teile der Coilbox. Die Stellglieder sind dabei beispielsweise als Hydraulikzylinder ausgebildet, welche von einer Automatisierung der Coilbox angesteuert werden.
Bei einer standardmäßigen Coilbox greifen während des Betriebs der Coilbox viele Stellglieder ineinander, um mittels der beweglichen Teile der Coilbox das metallische Band auf- bzw. abzuwickeln. Daraus ergeben sich zahlreiche Kollisionsmöglichkeiten zwischen den beweglichen und/oder festen Teile der Coilbox. Durch die Anwesenheit des metallischen Bandes in der Coilbox ergeben sich zusätzliche Kollisionsmöglichkeiten. Das metallische Band liegt beispielsweise in Form eines ausgewalzten Vorbandes oder eines Coils vor und ist je nach Prozesssituation stationär oder in Bewegung. Dabei kann das Coil auch Kollisionen zwischen beweglichen und/oder festen Teilen der Coilbox verhindern. Ferner können Kollisionen zwischen dem metallischen Band und Teilen der Coilbox für den Produktionsprozess, insbesondere das Auf- und Abwickeln, erforderlich sein, wobei diese Kollisionen nicht vermieden werden dürfen. Wenn die Breite des Coils kleiner ist als die maximale Breite der Coilbox kann das Coil, also das metallische Band, in unterschiedlichen Positionen in der Coilbox angeordnet sein. Ferner ergeben sich aus den Bewegungsmöglichkeiten des Rollgangs der Coilbox Bewegungstrajektoren eines Coils sowohl in x- als auch in y-Richtung. Außerdem ändert sich der Durchmesser des Coils während des Auf- bzw. Abwickelns kontinuierlich. Alternativ ist die Coilbox leer oder der Durchmesser des Coils in der Coilbox bleibt konstant.
Ein weiterer wesentlicher Betriebszustand der Coilbox ist die Wartung der Coilbox, wobei sich während der Wartung Personen im Einflussbereich der Coilbox aufhalten können. In diesem Fall ist besondere Vorsicht geboten, damit die Person nicht durch die beweglichen Teile der Coilbox verletzt wird, auch in Verbindung mit den festen Teilen der Coilbox. Es könnte beispielsweise ein Bereich für Bewegungen der beweglichen Teile der Coilbox gesperrt werden, der groß genug ist, dass sich eine Person darin gefahrlos aufrechtstehend aufhalten kann.
Zur Vermeidung von Maschinenkomponenten, also den beweglichen und festen Teilen der Coilbox, zwischen Maschinenkomponenten und dem metallischen Band (Walzgut) oder zwischen Maschinenkomponenten und Menschen werden bisher rein statische Verfahren angewendet. Dabei werden gefährdete Bereiche, die von den mittels der Stellglieder bewegten beweglichen Teile erreicht werden können, in Form von Wenn-Dann-Abfrageketten gesperrt. Die Abfrageparameter sind rein statisch und fest in die Automatisierung der Coilbox eingegeben. Beispielsweise wird für die Bewegungsmöglichkeit eines Dreharms unterschieden, ob sich ein Coil auf einer bestimmten Position in der Coilbox befindet oder nicht. Befindet sich kein Coil in der Coilbox ist ein großer Bewegungsbereich gesperrt. Wenn sich ein Coil in einem bestimmten Bereich der Coilbox befindet, darf die Bewegung ausgeführt werden, unabhängig davon, wie groß das Coil ist. Ein anderes Beispiel betrifft die Bewegung von bestimmten Rollgangsrollen der Coilbox. Wenn eine Rolle eine bestimmte Position erreicht oder überschreitet, wird die Bewegung einer anderen Rolle unabhängig davon ob es in dieser Konstellation tatsächlich zu einer Kollision kommt oder nicht, gesperrt. Wenn Menschen in der Coilbox arbeiten, ist aus Sicherheitsgründen überhaupt keine Bewegung erlaubt.
Durch diese Methodik werden große Bereiche, in denen Bewegungen möglich wären, großräumig gesperrt. Dadurch werden aber nicht nur Bewegungsmöglichkeiten eingeschränkt, sondern es kann auch zu Fällen kommen, in denen Kollisionsmöglichkeiten zwar unwahrscheinlich sind, aber in Sonderfällen nicht erkannt werden, da der Automatisierung die tatsächliche Lage von Störkanten unbekannt ist. Ein Beispiel dafür sind ungünstige bzw. ungewöhnliche Abmessungen des metallischen Bandes bzw. Coils.
Ein weiterer Nachteil besteht in der Festlegung der gesperrten Bereiche selbst. Für jedes individuelle Design müssen die Interlockbedingungen von einem Ingenieur gesucht, erkannt und dann quantitativ aus den Zeichnungen herausgelesen und in die Automatisierung einprogrammiert werden. Hieraus ergeben sich zahlreiche Fehlerpotentiale vor und während der Inbetriebnahme, wenn Störkanten auf den Zeichnungen nicht erkannt, oder falsch berücksichtigt oder quantifiziert werden, oder gewisse Konstellationen, die aus mehreren Bewegungsvorgängen bestehen, nicht getestet werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, während des Betriebs einer Coilbox nicht notwendige Kollisionen bei einer minimalen Bewegungseinschränkung zu vermeiden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Coilbox in einer metallurgischen Anlage, mit einer kontinuierlichen Kollisionsüberwachung in Echtzeit, wobei die Coilbox bewegliche und feste Teile und Stellglieder zum Bewegen der beweglichen Teile der Coilbox umfasst, umfassend die Schritte:
Erfassen der geometrischen Abmessungen der beweglichen und festen Teile der Coilbox;
Erfassen der möglichen Bewegungen der Stellglieder der Coilbox; Erstellen eines digitalen Modells der Coilbox auf Basis der erfassten geometrischen Abmessungen der beweglichen und festen Teile der Coilbox und der erfassten möglichen Bewegungen der Stellglieder der Coilbox;
Überwachen der Bewegungen der beweglichen Teile der Coilbox im Betrieb auf Basis des erstellten digitalen Modells zur Erkennung von Kollisionen zwischen beweglichen und/oder festen Teilen der Coilbox; und
Anpassen der Bewegungen der beweglichen Teile der Coilbox mittels der Stellglieder zur Vermeidung von Kollisionen zwischen beweglichen und/oder festen Teilen der Coilbox.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Abmessungen der beweglichen Teile und festen Teile der Coilbox erfasst. Bei den erfassten Informationen handelt es sich im Wesentlichen um Geometriedaten der beweglichen Teile und festen Teile der Coilbox. Dieser Schritt umfasst auch ein eventuell in der Coilbox befindliches Coil als festes Teil bzw. ein im Auf- bzw. Abwickeln befindliches Coil als bewegliches Teil der Coilbox, wobei sich die Abmessungen des Coils während eines Wickelvorgangs kontinuierlich ändern, insbesondere der Durchmesser des Coils. Ferner werden die möglichen Bewegungen der Stellglieder der Coilbox erfasst, welche eine Auswirkung auf die beweglichen Teile der Coilbox haben. Bei diesen Informationen handelt es sich im Wesentlichen um kinematische Informationen. Auf Basis der erfassten geometrischen Abmessungen der beweglichen und festen Teile der Coilbox und der erfassten möglichen Bewegungen der Stellglieder der Coilbox wird ein digitales Modell der Coilbox erstellt. Dieses digitale Modell beschreibt das Verhalten der realen Coilbox im Betrieb unter Berücksichtigung der erfassten Geometriedaten und kinematischen Informationen. Im Betrieb der Coilbox werden die Bewegungen der beweglichen Teile der Coilbox auf Basis des erstellten digitalen Modells zur Erkennung von Kollisionen zwischen beweglichen und/oder festen Teilen der Coilbox überwacht. Das erfindungsgemäße Verfahren prüft somit kontinuierlich, ob die Bewegungen der beweglichen Teile der Coilbox zu Kollisionen führen oder nicht. Zur Vermeidung von Kollisionen zwischen beweglichen und/oder festen Teilen der Coilbox kann das erfindungsgemäße Verfahren die Bewegungen der beweglichen Teile der Coilbox mittels der Stellglieder anpassen.
Bewegungen und/oder Kollisionen zwischen beweglichen und/oder festen Teilen im Sinne der Erfindung umfasst sowohl Bewegungen und/oder Kollisionen der beweglichen Teile untereinander als auch Bewegungen und/oder Kollisionen zwischen beweglichen Teilen und festen Teilen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird dabei in Echtzeit ausgeführt und überwacht den Betrieb der Coilbox kontinuierlich. Auf Basis der erfassten Geometriedaten und kinematischen Informationen kann das erstellte digitale Modell automatische Kollisionen in Echtzeit erkennen, ohne dass die, wie beim Stand der Technik, vorab erkannt und in die Automatisierung der Coilbox einprogrammiert werden müssten. Es müssen also keine möglichen Bewegungen der beweglichen Teile der Coilbox vorab auf mögliche Kollisionen überprüft werden. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass das digitale Modell die Kollisionsüberwachung für jedes Stellglied bzw. die damit verbundenen beweglichen Teile der Coilbox getrennt ausführen kann. Es können erfindungsgemäß nur diejenigen Bewegungen der beweglichen Teile der Coilbox angepasst werden, welche eine Kollision verursachen, während andere parallel ablaufende Bewegungen von anderen beweglichen Teilen der Coilbox unverändert ausgeführt werden können.
Die zuvor genannten Geometriedaten und/oder kinematischen Informationen müssen für eine Coilbox nur ein einziges Mal ermittelt werden, da sich die Geometrie und die Kinematik einer Coilbox nicht verändert. Besonderheiten der metallurgischen Anlage, in welcher die Coilbox verwendet wird, können dem digitalen Modell während der Initialisierung zur Verfügung gestellt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Variante der Erfindung bestimmt das erstellte digitale Modell die Bewegungen der beweglichen Teile der Coilbox auf Basis der Bewegungen der Stellglieder der Coilbox. Die Stellglieder sind mit den beweglichen Teilen der Coilbox verbunden, wobei jedes Stellglied mit einem oder mehreren beweglichen Teilen verbunden ist. Ferner können die Stellglieder mit festen Teilen der Coilbox verbunden sein. Durch entsprechende Steuersignale an die Stellglieder durch die Automatisierung der Coilbox werden die beweglichen Teile durch entsprechende Stellglieder bewegt. Das erstellte digitale Modell überwacht diese Bewegungen auf etwaige Kollisionen.
Nach einer erfindungsgemäßen Variante erfolgt die Überwachung der Bewegungen der beweglichen Teile der Coilbox im Betrieb zur Erkennung von Kollisionen zwischen beweglichen und/oder festen Teilen der Coilbox durch eine vektorielle Abstandsberechnung auf Basis des erstellten digitalen Modells.
In einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung umfasst das Verfahren das Erkennen eines Unterschreitens von vorgegebenen Abständen zwischen beweglichen und/oder festen Teilen der Coilbox. Zweckmäßigerweise umfasst das Verfahren ferner das Erzeugen einer Nachricht, eines Alarms, einer Stellaktion oder dergleichen bei einem erkannten Unterschreiten von vorgegebenen Abständen zwischen beweglichen und/oder festen Teilen der Coilbox. Bei Unterschreiten des vorgegebenen Abstands wird seitens des Verfahrens eine vorbestimmte Aktion veranlasst, wie beispielsweise die Ausgabe von Warnhinweisen und/oder Alarmen, Ausführen von Stellaktionen, Stoppen von Stellaktionen, oder dergleichen. Es können auch mehrere unterschiedliche Abstände vorgegeben werden, welche bei deren jeweiligen Unterschreiten unterschiedliche Aktionen auslösen. Nähert sich ein bewegliches Teil einem festen Teil oder nähern sich zwei bewegliche Teile gegenseitig an, werden bei Unterschreitung eines definierbaren Abstandes Alarme/Warnhinweise generiert. Die können z.B. dazu genutzt werden, eine Annäherungswarnung auszugeben, um die Bewegungsgeschwindigkeit der beteiligten Stellglieder zu reduzieren. Wird ein weiterer, frei definierbarer Abstandswert unterschritten, werden die Bewegungen der beteiligten Stellglieder gestoppt. Auch ist es möglich, den exakten Abstand kontinuierlich mit der Abarbeitungsgeschwindigkeit der Automatisierung der Coilbox auszugeben und individuell weiter zu verarbeiten. So können für unterschiedliche Betriebszustände unterschiedliche Warn- und Sicherheitsschwellen ausgewertet werden.
Gemäß einer vorteilhaften erfindungsgemäßen Variante umfasst das Verfahren das Übermitteln von Stellaktionen von einer Automatisierung der Coilbox an das digitale Modell, insbesondere von Ist-Positionen und Soll-Positionen der Stellglieder der Coilbox. Auf Basis der übermittelten Ist-Positionen der Stellglieder kann das digitale Modell die Bewegungen der beweglichen Teile der Coilbox auf Kollisionen mit anderen beweglichen und/oder festen Teilen der Coilbox überwachen. Werden dem digitalen Modell auch die Soll-Positionen der Stellglieder, also die Endpositionen der Stellglieder nach dem Ausführen der Stellaktion, übermittelt, so kann das digitale Modell im Voraus für diese Soll- Positionen überprüfen, ob es zu Kollisionen zwischen beweglichen und/oder festen Teilen der Coilbox kommt. Das digitale Modell kann dadurch für den Zeithorizont der übermittelten Stellaktionen eine Vorhersage zu möglichen Kollisionen zwischen beweglichen und/oder festen Teilen der Coilbox machen.
Nach einer zweckmäßigen Variante umfasst das Verfahren gemäß der Erfindung das Anpassen der Soll-Position durch das digitale Modell zur Vermeidung von Kollisionen zwischen beweglichen und/oder festen Teilen der Coilbox und Übermitteln der angepassten Soll-Position an die Automatisierung der Coilbox. Bei einer erkannten Kollision zwischen beweglichen und/oder festen Teilen der Coilbox im Rahmen der Vorhersage für die übermittelten Stellaktionen passt das digitale Modell die problematischen Soll-Positionen an, um die Kollisionen zu vermeiden und teilt die so optimierten Soll-Positionen der Automatisierung mit, damit diese die angepassten Soll-Positionen entsprechend berücksichtigen kann. Das digitale Modell bestimmt also diejenigen Soll-Positionen der Stellglieder, die gerade noch keine Kollision verursachen bzw. die vorgegebenen relevanten Abstände unterschreiten.
In einer vorteilhaften erfindungsgemäßen Variante umfasst das Verfahren das Ermitteln von Bewegungsrichtungen der beweglichen Teile der Coilbox und das Stoppen der Bewegungen der beweglichen Teile zumindest in einer Bewegungsrichtung. Ein Stellglied wie beispielsweise ein hydraulischer Antrieb kann sich normalerweise in zwei Richtungen bewegen, so kann z.B. ein Hydraulikzylinder ein- und ausfahren. Wird nun eine Kollision durch eine Ausfahrbewegung (Vergrößerung des Zylinderhubs) herbeigeführt, so wird diese Bewegungsrichtung gemäß dieser erfindungsgemäßen Variante gesperrt. Ferner kann die Kollisionsrichtung in der Automatisierung der Coilbox gespeichert werden. Zum Freifahren des Hydraulikzylinders darf die entgegengesetzte Richtung jedoch nicht gesperrt werden. Nach Erreichen eines bestimmten Abstandes in die der Kollision entgegengesetzten Richtung wird die in der Automatisierung der Coilbox gespeicherte Kollisionsrichtung gelöscht und der Hydraulikzylinder kann wieder in beide Bewegungsrichtungen ein- und ausfahren.
Gemäß einer Variante der Erfindung umfasst das Erfassen der geometrischen Abmessungen der beweglichen und festen Teile der Coilbox und/oder das Erfassen der möglichen Bewegungen der Stellglieder der Coilbox das Einlesen eines Geometriedatensatzes, insbesondere einer technischen Zeichnung. Insbesondere werden digitalisierte Zeichnungsdaten direkt in das digitale Modell eingelesen, so dass es keiner manuellen Vermessung der Geometrie bedarf. Dies erfolgt beispielsweise über ein CAD-Austauschformat. Zweckmäßigerweise werden auch die kinematischen Beziehungen der Coilbox eingelesen, insbesondere in das digitale Modell. Dies ist beispielsweise dann einfach möglich, wenn die Coilbox nicht nur in Form einer digitalen Zeichnung erstellt wurde, sondern als digitales Funktionsmodell mit Funktionsattributen zur Kennzeichnung von Drehachsen und Freiheitsgraden. Das digitale Funktionsmodell unterscheidet sich von dem digitalen Modell des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere durch die Kollisionsprüfung in Echtzeit während des Betriebs der Coilbox.
Nach einer zweckmäßigen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die erforderlichen Zahlengrößen nicht aus der eingelesenen Zeichnung ausgelesen und beispielsweise in den Geometriedatensatz eingetragen, sondern die Abstände werden mit Hilfe eines digitalen Zeichenprogramms und einem Eingabegerät durch einen Ingenieur in der Zeichnung markiert. Diese Daten werden nachfolgend in eine Austauschdatei geschrieben, ohne dass es zu Übertragungsfehlem kommen kann. Dies ist möglich, da die Positionen der Stellglieder (Zylinderhübe) für die Definition der Geometriedaten nicht relevant sind.
In einer besonders bevorzugten Variante umfasst das erfindungsgemäße Verfahren das Verfolgen von Bewegungsänderungen, insbesondere der Bewegungstrajektorie, der beweglichen Teile der Coilbox im Betrieb über einen vorgegebenen Zeitraum. Die Verfolgung der Bewegungsänderungen wird insbesondere durch das digitale Modell ausgeführt, während der Überwachung der Bewegungen der beweglichen Teile der Coilbox zur Erkennung von Kollisionen zwischen beweglichen und/oder festen Teilen der Coilbox. Es wird also nicht nur der Abstand zwischen den beweglichen und festen Teilen der Coilbox ausgewertet, sondern auch die Bewegungsänderungen, insbesondere der jeweiligen Bewegungstrajektorien. Bewegt sich beispielsweise eine Rolle in Richtung einer Maschinenstörkante und unterschreitet dabei ein erstes Alarm level, prüft das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere das digitale Modell, wie sich der Abstand über die Zeit, also z.B. von Rechenzyklus zu Rechenzyklus, entwickelt. Mathematisch definiert durch den Gradienten an die aktuelle Position über die Zeit. Beispielsweise kann sich der Abstand in einem Übergang zu einer tangentialen Bewegung befindet, so dass sich der Abstand nicht mehr wesentlich verringert und nachfolgend eventuell sogar wieder ansteigt. In diesem Fall kann das Verfahren, insbesondere das digitale Modell, den Alarm durch Unterschreiten des ersten Alarmlevels wieder löschen, auch wenn der Abstand noch unterhalb des Alarm levels liegt, da sich der Abstand nicht mehr verringert und keine Kollision bevorsteht.
Gemäß einer zweckmäßigen Variante der Erfindung umfasst das Verfahren das Erfassen von Abmessungen und/oder der Position eines in der Coilbox aufgenommenen Produkts, insbesondere Walzgutes, und Übermitteln der erfassten Abmessungen und/oder Position an das digitale Modell. Die Abmessungen des in einer Coilbox aufgenommenen Produkts können fertigungstechnisch in einem gewissen Bereich schwanken. Ferner kann die Lage von Produkten, insbesondere von Walzgütern, innerhalb der Coilbox variieren. Dadurch können die Abstände zu den anderen beweglichen und/oder festen Teilen ebenfalls in gewissen Bereichen schwanken und es müssen bei der Kollisionsüberwachung größere Toleranzen eingerechnet werden. Durch das Erfassen der Abmessungen und/oder Position des in der Coilbox aufgenommenen Produkts, beispielsweise mittels geeigneter Sensoren, kann die Genauigkeit verbessert werden und es kann mit geringeren Toleranzen gearbeitet werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner gelöst durch eine Coilbox einer metallurgischen Anlage, mit einer kontinuierlichen Kollisionsüberwachung in Echtzeit, wobei die Coilbox bewegliche und feste Teile und Stellglieder zum Bewegen der beweglichen Teile der Coilbox umfasst. Die erfindungsgemäße Coilbox umfasst ferner eine Automatisierung zur Ansteuerung der Stellglieder, welche das erfindungsgemäße Verfahren implementiert.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Coilbox einer metallurgischen Anlage, mit einer kontinuierlichen Kollisionsüberwachung in Echtzeit, in einem ersten Betriebszustand,
Fig. 2 eine Ansicht von oben auf die Coilbox aus Fig. 1 ,
Fig. 3 eine Seitenansicht der Coilbox aus Fig. 1 in einem zweiten
Betriebszustand,
Fig. 4 eine Ansicht von oben auf die Coilbox aus Fig. 3,
Fig. 5 ein Flussdiagramm bezüglich der Berechnungen eines digitalen
Modells eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und
Fig. 6 ein Flussdiagramm der aus den Berechnungen aus Fig. 5 abgeleiteten Aktionen der Steuerung einer Coilbox. Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Coilbox 100 einer metallurgischen Anlage, mit einer Kollisionsüberwachung in Echtzeit in einem ersten Betriebszustand. Fig. 2 zeigt eine Ansicht von oben auf die Coilbox 100 aus Fig. 1 in dem ersten Betriebszustand. In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden zur Erläuterung und Verdeutlichung bestimmte Anlagenkomponenten durch Punkte diskretisiert, grundsätzlich werden erfindungsgemäß Kollisionen zwischen Anlagenkomponenten generell vermieden, unabhängig von den in den Figuren dargestellten Punkten.
Die Coilbox 100 aus Fig. 1 und 2 umfasst feste Teile 1 , 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46, welche beispielsweise mit einem Fundament oder anderen stationären Tragstrukturen verbunden sind. Die Coilbox 100 umfasst ferner bewegliche Teile 2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26 wie Gelenk- oder Drehpunkte. Ferner umfasst die Coilbox 100 Stellglieder 101 , 102, 103, 104, 105, 106 zum Bewegen der beweglichen Teile 2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26 wobei die Stellglieder 101 , 102, 103, 104, 105, 106 von einer nicht dargestellten Automatisierung der Coilbox 100 gesteuert werden. Die Automatisierung implementiert das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb der Coilbox 100 der metallurgischen Anlage mit kontinuierlicher Kollisionsüberwachung in Echtzeit.
Die Coilbox 100 umfasst weiterhin Paare von Rollgangsrollen 32, 33, welche auf gemeinsamen Rahmen angeordnet sind. Die Drehachsen der Rollgangsrollen 32, 33 sind in Fig. 1 und 2 durch die Punkte 3, 5, 7, 8 symbolisiert. Die Rollgangsrollen 32, 33 können mittels der Stellglieder 101 , 102 und der beweglichen Teile 2, 6 verstellt werden, so dass es sich dabei auch um bewegliche Teile der Coilbox 100 handelt.
Die Stellglieder 101 , 102, 103, 104, 105, 106 sind beispielsweise als Hydraulikzylinder ausgebildet und die Stellpositionen sind in den Fig. 1 bis 4 durch die Zylinderhübe H1 , H2, H3, H4, H5, H6, H11 , H21 , H31 , H41 , H51 , H61 symbolisiert. So kann sich beispielsweise der Dreharm 36 durch den Zylinderhub H4 um den Drehpunkt 22 in Pfeilrichtung 31 bewegen. Der Zylinderhub H3 bewegt den Dreharm 35 um den Drehpunkt 25 in Richtung der Pfeile 30. Dadurch wird ein Meisel 110 am Ende des Dreharms 35 verschwenkt. Der Meisel 110 dient zum Öffnen eines Coils in der Coilbox 110 und hat eine Drehachse 26.
Die Coilbox 100 umfasst ferner zwei Seitenführungen 34, mit den Rahmenpunkten 11 , 12, 13, 14, 15, 16, 17, welche mittels der Stellglieder 105, 106 und den entsprechenden Zylinderhüben H51 , H61 in der Breite einstellbar sind, wie insbesondere der Fig. 2 zu entnehmen ist.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die geometrischen Abmessungen der beweglichen 2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26 und der festen Teile 1 , 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46 der Coilbox 100 erfasst. Ferner werden die möglichen Bewegungen der Stellglieder 101 , 102, 103, 104, 105, 106 der Coilbox 100 erfasst, also die Zylinderhübe H1 , H2, H3, H4, H5, H6, H11 , H21 , H31 , H41 , H51 , H61 der Hydraulikzylinder. Das Erfassen der geometrischen Abmessungen der beweglichen 2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26 und festen Teile 1 , 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46 der Coilbox 100 und/oder das Erfassen der möglichen Bewegungen der Stellglieder 101 , 102, 103, 104, 105, 106 der Coilbox 100 umfasst beispielsweise das Einlesen eines Geometriedatensatzes, insbesondere einer technischen Zeichnung.
Erfindungsgemäß wird ein digitales Modell der Coilbox 100 auf Basis der erfassten geometrischen Abmessungen der beweglichen 2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26 und festen Teile 1 , 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46 der Coilbox 100 und der erfassten möglichen Bewegungen der Stellglieder 101 , 102, 103, 104, 105, 106 der Coilbox 100 erstellt. Dies erfolgt beispielsweise in der nicht dargestellten Automatisierung der Coilbox 100.
Im Betrieb der Coilbox 100 werden die Bewegungen der beweglichen Teile 2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26 der Coilbox 100 auf Basis des erstellten digitalen Modells zur Erkennung von Kollisionen zwischen beweglichen 2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26 und/oder festen Teilen 1 , 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46 der Coilbox 100 in Echtzeit überwacht. Wird eine mögliche Kollision zwischen beweglichen 2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26 und/oder festen Teilen 1 , 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46 der Coilbox 100 erkannt, so werden die Bewegungen der beweglichen Teile 2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26 der Coilbox 100 mittels der Stellglieder 101 , 102, 103, 104, 105, 106 angepasst, um die erkannte Kollision zwischen beweglichen 2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26 und/oder festen Teilen 1 , 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46 der Coilbox 100 zu vermeiden. Die Bewegungen der beweglichen Teile 2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26 der Coilbox 100 werden durch das erstellte digitale Modell beispielsweise auf Basis der Bewegungen der Stellglieder 101 , 102, 103, 104, 105, 106 der Coilbox 100 bestimmt und bei der Überwachung berücksichtigt.
Zweckmäßigerweise erfolgt die Überwachung der Bewegungen der beweglichen Teile 2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26 der Coilbox 100 im Betrieb zur Erkennung von Kollisionen zwischen beweglichen 2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26 und/oder festen Teilen 1 , 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46 der Coilbox 100 durch eine vektorielle Abstandsberechnung auf Basis des erstellten digitalen Modells.
Nach einer bevorzugten Variante der Erfindung umfasst das Verfahren das Erkennen eines Unterschreitens von vorgegebenen Abständen d1 , d2, d3, d4, d8, d10, d11 , d21 , d31 , d41 , d81 , d101 zwischen beweglichen 2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26 und/oder festen Teilen 1 , 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46 der Coilbox 100 und das Erzeugen einer Nachricht, eines Alarms, einer Stellaktion oder dergleichen bei einem erkannten Unterschreiten von vorgegebenen Abständen d1 , d2, d3, d4, d8, d10, d11 , d21 , d31 , d41 , d81 , d101 zwischen beweglichen 2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26 und/oder festen Teilen 1 , 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46 der Coilbox 100.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Variante kann das Verfahren das Übermitteln von Stellaktionen von der Automatisierung der Coilbox 100 an das digitale Modell, insbesondere von Ist-Positionen und Soll-Positionen der Stellglieder 101 , 102, 103, 104, 105, 106 der Coilbox 100, umfassen. Zweckmäßigerweise umfasst das Verfahren in dieser Variante zusätzlich das Anpassen der Soll-Position durch das digitale Modell zur Vermeidung von Kollisionen zwischen beweglichen 2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26 und/oder festen Teilen 1 , 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46 der Coilbox 100 und Übermitteln der angepassten Soll- Position an die Automatisierung der Coilbox 100. In einer vorteilhaften Variante umfasst das Verfahren zusätzlich das Ermitteln von Bewegungsrichtungen der beweglichen Teile 2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26 der Coilbox 100 und das Stoppen der Bewegungen der beweglichen Teile 2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26 zumindest in einer Bewegungsrichtung.
Nach einer weiteren bevorzugten Variante umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zusätzlich das Verfolgen von Bewegungsänderungen, insbesondere der Bewegungstrajektorie, der beweglichen Teile 2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26 der Coilbox 100 im Betrieb über einen vorgegebenen Zeitraum.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Variante können die Abmessungen eines in der Coilbox 100 aufgenommenen Produkts, insbesondere Walzgutes, erfasst und an das digitale Modell übermittelt werden. Das digitale Modell kann diese Informationen bei der Überwachung und Anpassung der Bewegungen der beweglichen Teile 2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26 der Coilbox 100 im Betrieb zur Erkennung und Vermeidung von Kollisionen zwischen beweglichen 2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26 und/oder festen Teilen 1 , 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46 der Coilbox 100 berücksichtigen.
Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Coilbox 100 einer metallurgischen Anlage, mit einer Kollisionsüberwachung in Echtzeit aus Fig. 1 in einem zweiten Betriebszustand. Fig. 4 zeigt eine Ansicht von oben auf die Coilbox 100 aus Fig. 3 in dem zweiten Betriebszustand. Um von dem ersten Betriebszustand aus den Fig. 1 und 2 in den zweiten Betriebszustand aus den Fig. 3 und 4 zu gelangen, wurden die Stellglieder 101 , 102, 103, 104, 105, 106 von der Automatisierung der Coilbox 100 betätigt, so dass sich die Zylinderhübe H1 , H2, H3, H4, H5, H6 geändert haben in H11 , H21 , H31 , H41 , H51 , H61. Dadurch haben sich die Abstände d1 , d2, d3, d4, d8, d9, d10 aus den Fig. 1 und 2 geändert in die Abstände d11 , d21 , d31 , d41 , d81 , d91 , d101 aus den Fig. 3 und 4.
Das digitale Modell, welches beispielsweise in der Automatisierung der Coilbox 100 integriert ist, kann von allen relevanten beweglichen Punkten n (xi, yi, z,) der Coilbox 100 in Abhängigkeit von den Zylinderhüben H1 , H2, H3, H4, H5, H6, H11 , H21 , H31 , H41 , H51 , H61 der Stellglieder 101 , 102, 103, 104, 105, 106 die Position bestimmen. Ferner sind dem digitalen Modell die Positionsdaten der festen Teile 1 , 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46 der Coilbox 100 bekannt. Aus den Positionsdaten (xi, yi, z,) und (Xj, yj, Zj) werden die korrespondierenden Abstände zwischen den Punkten n und q d (k, i, j) berechnet, wobei k die Stellglieder 101 , 102, 103, 104, 105, 106 repräsentiert. Für den Abstand zwischen zwei Punkten n (xi, yi, Zi) und q (Xj, yj, Zj) gilt die allgemein bekannte Beziehung: dl2 = |^ - ^| oder:
Für den Abstand d eines Punktes rq von einer Geraden g mit Steigung a durch den Punkt H gilt:
Mittels dieser Gleichungen können beispielsweise in den Figuren 1 bis 4 die Abstände d3 und d4 bzw. d31 und d41 berechnet werden.
Für jede betrachtete Geometriekomponente k wird so der aktuelle und kürzeste Abstand d (k, i, j) zwischen den Punkten i und j berechnet. Ferner wird für einen Punkt (Xi, yi, Zi) der jeweils zulässige Mindestabstand ds (k, i, j) ermittelt, beispielsweise aus einer Datenbank ausgelesen. So wird beispielsweise der Radius R einer Rollgangsrolle als Mindestabstand ds (101 , 5, 5) um die jeweilige Drehachse, in Fig. 3 mit 5 gekennzeichnet, festgelegt. Für den Meisel 1 10 mit der Drehachse 26 wird beispielsweise dessen Bewegungsradius Rc mit ds (103, 26, 26) und ds (104, 26, 26) festgelegt.
Das digitale Modell berechnet für jede Stellaktion der Stellglieder 101 , 102, 103, 104, 105, 106 die Abstände d (k, i, j) sowie in einer bevorzugten Variante deren Änderungsrate Ad (k, i, j) beispielsweise zwischen zwei Rechenzyklen z mit dem zeitlichen Abstand At. Für jede Stellaktion wird so der jeweils kleinste Abstand d (k, i, j) im aktuellen Zyklus z ermittelt, sowie mit Hilfe des jeweils aktuellen Abstandes und der Änderungsrate, der kürzeste Abstand im nachfolgenden Zyklus extrapoliert d (t+At). Ist der aktuelle Abstand kleiner als der im nächsten Zeitschrift zu erwartende Abstand, wird dieser Abstand bewertet, andernfalls wird der Abstand für den nachfolgenden Zeitschrift bewertet. Die Abstände d (k, i, j) für ein Stellglied k können nicht nur von dem betrachteten Stellglied k selbst sondern auch von der Position eines anderen Stellglieds I abhängig sein. Bewegen sich beispielsweise zwei Punkte (xi, yi, zi) und (X2, y2, Z2) aufeinander zu und sind die zwei Stellglieder k und I beteiligt, dann wird der Abstand d (k, 1 , 2) für das Stellglied k bewertet und derselbe Abstand d (I, 1 , 2) für das Stellglied I. Ergibt sich ein signifikanter Abstand, so wird ein entsprechendes Ereignis (Alarm, Stellaktion, usw.) für beide Stellglieder k und I generiert.
In den Fig. 1 und 2 ist der Abstand d9 zwischen den Innenseiten der Seitenführungen 34 für die Zylinderhübe H5 und H6 der entsprechenden Stellglieder 105, 106 größer als die Breite B des Meiseis 110, welche durch den Abstand zwischen den Punkten 42 und 44 definiert ist. Gemäß den Fig. 3 und 4 ist der Abstand d91 zwischen den Seitenführungen 34 für die Zylinderhübe H51 und H61 der entsprechenden Stellglieder 105, 106 kleiner als die Breite B des Meiseis 110 zwischen den Punkten 42 und 44. Der Abstand d10 aus den Fig. 1 und 2 ist daher irrelevant und kann auf 00 gesetzt werden. Es ist in diesem Fall ausreichend, den Abstand d8 zu bewerten. Der Abstand d101 in Fig. 3 und 4 hingegen ist aufgrund der enger stehenden Seitenführungen 34 quantitativ von Bedeutung, da eine Annäherung zwischen Meisel 110 und Seitenführung 34 maximal bis zu d101 = 0 erfolgen kann, was einer Kollision entspräche.
Die erlaubten Mindestabstände ds (k, i, j) sind beispielsweise in dem digitalen Modell oder einer zugehörigen Datenbank hinterlegt und können entsprechend abgerufen werden. In dem Fall der zuvor beschriebenen Seitenführung wäre der zu dem Abstand d8 zugehörige Mindestabstand ds (k=105, i=34, j=43) = B/2.
Damit ist der bewertete Abstand aus den Fig. 1 und 2: d8 - ds (105, 34, 43) > 0 und aus den Fig. 3 und 4 d81 - ds (105, 34, 43) < 0
Das digitale Modell bewertet ferner für eine Position H(k) eines Stellgliedes die berechneten Mindestabstände dahingehend, ob eine Alarm- oder Schaltschwelle unterschritten wurde und löst gegebenenfalls ein entsprechendes Alarmsignal A(k) oder Schaltsignal S(k) aus. Außerdem speichert das digitale Modell die aktuelle Bewegungsrichtung R(k) des zugehörigen Stellglieds k, um im Falle der Unterschreitung der Schaltschwelle die rückwärtsgerichtete (kollisionsbefreiende) Bewegungsrichtung von der Kollisionsrichtung unterscheiden zu können. Ändert sich der Abstand nicht oder wird er sogar größer, hebt das digitale Modell einen durch Unterschreiten der Alarmschwelle ausgelösten Alarm auch dann wieder auf, wenn die Alarmschwelle noch unterschritten wird.
Die von einem digitalen Modell vorgenommenen Berechnungen zur Überwachung der Bewegungen der beweglichen Teile 2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26 der Coilbox 100 im Betrieb zur Erkennung von Kollisionen zwischen beweglichen 2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26 und/oder festen Teilen 1 , 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46 der Coilbox 100 und zur Anpassung der Bewegungen der beweglichen Teile 2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26 der Coilbox 100 mittels der Stellglieder 101 , 102, 103, 104, 105, 106 zur Vermeidung von Kollisionen zwischen beweglichen 2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26 und/oder festen Teilen 1 , 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46 der Coilbox 100 sind in den Flussdiagrammen der Fig. 5 und 6 dargestellt. Fig. 5 zeigt ein Flussdiagramm zu Berechnungen des digitalen Modells und Fig. 6 die Ableitung von Aktionen aus den Berechnungen.
Fig. 5 zeigt ein Flussdiagramm bezüglich der Berechnungen eines digitalen Modells eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Das digitale Modell, welches beispielsweise in der Automatisierung der Coilbox 100 integriert ist, kann für einen betrachteten Zeitpunkt t zwischen allen relevanten beweglichen Punkten n (Xj(t), yi(t), Zj (t)) mit den Koordinaten (Xj(t), yi(t), z, (t)) und q (Xj(t), yj(t), Zj(t)) mit den Koordinaten (Xj(t), yj(t), Zj(t)) der Coilbox 100 in Abhängigkeit von den Positionen H(k)(t) der Stellglieder k für einen betrachteten Zeitschritt t den relevanten Abstand d(k, i, j)(t) bestimmen (siehe Figur 5). Aufgrund der aktuellen Änderungsrate des Stellgliedes in der Vergangenheit Hk(t) - Hk(t-At) oder der Auswertung der Differenz zwischen Soll- und Istwert der Position des Stellglieds k können auch die Koordinaten der Punkte n (Xj(t+At), yi(t+At), Zj(t+At)) und q (Xj(t+At), yj(t+At), Zj(t+At)) zum Zeitpunkt t+At extrapoliert werden. Damit kann auch für den Zeitpunkt t+At der zu erwartende Abstand d(k, i, j)(t+At) bestimmt werden. Mit der Kenntnis des Abstandes d(k, i, j) (t) zum Zeitpunkt t und d(k, i, j) (t+At) zum Zeitpunkt t+At kann das digitale Modell die Änderungsrate Ad(k, i, j) (t) des relevanten Abstandes ermitteln, also ob sich der Abstand im nächsten Zeitschrift t+At vergrößern, verkleinern oder gleich bleiben wird. Vergrößert sich der Abstand, wird der aktuelle Abstand d(k, i, j) (t) zum Zeitpunkt t als Vergleichswert für den zulässigen Abstand ds(k, i, j) zu Grunde gelegt. Verkleinert sich der Abstand wird der Wert d(k, i, j) (t+At) für den nächsten Zeitschrift t+At als Vergleichswert für den zulässigen Abstand ds(k, i, j) zu Grunde gelegt.
Fig. 6 zeigt ein Flussdiagramm der aus den Berechnungen aus Fig. 5 abgeleiteten Aktionen der Steuerung einer Coilbox. Das digitale Modell bewertet ferner für eine Position H(k) eines Stellgliedes die berechneten Mindestabstände dahingehend, ob eine Alarm- Alarm(k, i, j) oder Schaltschwelle Stop(k, i, j) unterschritten wurde und löst gegebenenfalls ein entsprechendes Alarmsignal A(k) oder Schaltsignal S(k) aus (siehe Figur 6). Hierzu wird der aktuelle Abstand d(k, i, j) mit dem zulässigen Abstand ds(k, i, j) verglichen. Verkleinert sich die Differenz zwischen d(k, i, j) und ds(k, i, j) zwischen zwei Zeitschriften At, wird die Differenz zwischen d(k, i, j) und ds(k, i, j) wie folgt ausgewertet. Liegt die Differenz zwischen d(k, i, j) und ds(k, i, j) unterhalb der Alarmschwelle Alarm(k, i, j) wird das zum Stellglied k gehörige Alarmsignal A(k) auf „1“ geschaltet. Liegt die Differenz zwischen d(k, i, j) und ds(k, i, j) unterhalb der Schaltschwelle Stop(k, i, j) wird das zum Stellglied k gehörige Schaltsignal S(k) auf „1“ geschaltet. Wenn sich die Differenz zwischen d(k, i, j) und ds(k, i, j) zwischen zwei Zeitschriften At vergrößert, wird die zum Stellglied k gehörende Alarm- Alarm(k, i, j) oder Schaltschwelle Stop(k, i, j) auf „0“ geschaltet. Außerdem speichert das digitale Modell die aktuelle Bewegungsrichtung R(k) des zugehörigen Stellglieds k, um im Falle der Unterschreitung der Schaltschwelle die kollisionsbefreiende Bewegungsrichtung von der Kollisionsrichtung unterscheiden zu können. Ist die Änderung der Position H(k) des Stellgliedes k zwischen zwei Zeitschriften At positiv, wird das Signal für die Bewegungsrichtung R(k) auf „+1“ gesetzt. Ist die Änderung der Position H(k) des Stellgliedes k zwischen zwei Zeitschriften At negativ, wird das Signal für die Bewegungsrichtung R(k) auf „-1“ gesetzt. Bleibt H(k) zwischen zwei Zeitschriften unverändert ist R(k)=“0“. Wurde das Stellglied k aufgrund einer Unterschreitung der Schaltschwelle Stop(k, i, j) mit dem Signal für die Bewegungsrichtung R(k)=“1 “angehalten, so bleibt für die folgenden Zeitschritte nur die Bewegungsrichtung AH(k)>0 gesperrt. Die Bewegungsrichtung AH(k)<0 kann zur Auflösung der Kollisionsgefahr ungehindert gefahren werden. Ändert sich der Abstand nicht oder wird er sogar größer, hebt das digitale Modell einen durch Unterschreiten der Alarmschwelle ausgelösten Alarm auch dann wieder auf, wenn die Alarmschwelle noch unterschritten wird.
Mit geeigneten Filtern oder Durchschnittswertberechnungen können signaltechnische Unzulänglichkeiten z.B. zur Erkennung einer eindeutigen Bewegungsrichtung beseitigt werden.
Bezugszeichenliste
1 festes Teil
2 bewegliches Teil
3 Drehachse (Rollgangsrolle)
4 festes Teil
5 Drehachse (Rollgangsrolle)
6 bewegliches Teil
7 Drehachse (Rollgangsrolle)
8 Drehachse (Rollgangsrolle)
9 festes Teil
10 festes Teil
11 Rahmenpunkt (Seitenführung)
12 Rahmenpunkt (Seitenführung)
13 Rahmenpunkt (Seitenführung)
14 Rahmenpunkt (Seitenführung)
15 Rahmenpunkt (Seitenführung)
16 Rahmenpunkt (Seitenführung)
17 Rahmenpunkt (Seitenführung)
20 festes Teil
21 bewegliches Teil 22 festes Teil
23 bewegliches Teil
24 bewegliches Teil
25 bewegliches Teil (Drehachse)
26 bewegliches Teil (Achse drehbarer Meisel)
30 Richtungspfeil (Verstellung Dreharm 35)
31 Richtungspfeil (Verstellung Dreharm 36)
32 Rollgangsrollen (Paar)
33 Rollgangsrollen (Paar)
34 Seitenführung
35 Dreharm
36 Dreharm
40 festes Teil
42 Endpunkt Meisel 110
43 Mittelpunkt Meisel 110
44 Endpunkt Meisel 110
46 festes Teil
100 Coilbox
101 Stellglied (Hydraulikzylinder)
102 Stellglied (Hydraulikzylinder)
103 Stellglied (Hydraulikzylinder) 104 Stellglied (Hydraulikzylinder)
105 Stellglied (Hydraulikzylinder)
106 Stellglied (Hydraulikzylinder)
110 Meisel
H1 Zylinderhub
H2 Zylinderhub
H3 Zylinderhub
H4 Zylinderhub
H5 Zylinderhub
H6 Zylinderhub
H11 Zylinderhub
H21 Zylinderhub
H31 Zylinderhub
H41 Zylinderhub
H51 Zylinderhub
H61 Zylinderhub d1 Abstand d2 Abstand d3 Abstand d4 Abstand d8 Abstand d9 Abstand d10 Abstand d11 Abstand d21 Abstand d31 Abstand d41 Abstand d81 Abstand d91 Abstand d101 Abstand
B Breite Meisel 110
A(k) Alarmschwelle Stellglied k
S(k) Schaltschwelle Stellglied k
R(k) Bewegungsrichtung Stellglied k
H(k) Position Stellglied k d(k, i,j) Abstand zwischen den Punkten i und j in Abhängigkeit von Stellglied k ds(k, i,j) erlaubter Abstand zwischen den Punkten i und j in Abhängigkeit von Stellglied k
Alarm(k, i,j) Alarmschwelle Stellglied k
Stop(k, i,j) Schaltschwelle Stellglied k

Claims

Ansprüche Verfahren zum Betrieb einer Coilbox (100) in einer metallurgischen Anlage, mit einer kontinuierlichen Kollisionsüberwachung in Echtzeit, wobei die Coilbox (100) bewegliche (2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26) und feste Teile (1 , 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46) und Stellglieder (101 , 102, 103, 104, 105, 106) zum Bewegen der beweglichen Teile (2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26) der Coilbox (100) umfasst, umfassend die Schritte:
Erfassen der geometrischen Abmessungen der beweglichen (2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26) und festen Teile (1 , 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46) der Coilbox (100);
Erfassen der möglichen Bewegungen der Stellglieder (101 , 102, 103, 104, 105, 106) der Coilbox (100);
Erstellen eines digitalen Modells der Coilbox (100) auf Basis der erfassten geometrischen Abmessungen der beweglichen (2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26) und festen Teile (1 , 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46) der Coilbox (100) und der erfassten möglichen Bewegungen der Stellglieder (101 , 102, 103, 104, 105, 106) der Coilbox (100);
Überwachen der Bewegungen der beweglichen Teile (2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26) der Coilbox (100) im Betrieb auf Basis des erstellten digitalen Modells zur Erkennung von Kollisionen zwischen beweglichen (2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26) und/oder festen Teilen (1 , 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46) der Coilbox (100); und
Anpassen der Bewegungen der beweglichen Teile (2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26) der Coilbox (100) mittels der Stellglieder (101 , 102, 103, 104, 105, 106) zur Vermeidung von Kollisionen zwischen beweglichen (2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26) und/oder festen Teilen (1 , 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46) der Coilbox (100).
Verfahren nach Anspruch 1 ,
24 wobei das erstellte digitale Modell die Bewegungen der beweglichen Teile (2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26) der Coilbox (100) auf Basis der Bewegungen der Stellglieder (101 , 102, 103, 104, 105, 106) der Coilbox (100) bestimmt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Überwachung der Bewegungen der beweglichen Teile (2, 6, 21 ,
23, 24, 25, 26) der Coilbox (100) im Betrieb zur Erkennung von Kollisionen zwischen beweglichen (2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26) und/oder festen Teilen (1 , 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46) der Coilbox (100) durch eine vektorielle Abstandsberechnung auf Basis des erstellten digitalen Modells erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend das Erkennen eines Unterschreitens von vorgegebenen Abständen (d1 , d2, d3, d4, d8, d10, d11 , d21 , d31 , d41 , d81 , d101 ) zwischen beweglichen (2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26) und/oder festen Teilen (1 , 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46) der Coilbox (100) und das Erzeugen einer Nachricht, eines Alarms, einer Stellaktion oder dergleichen bei einem erkannten Unterschreiten von vorgegebenen Abständen (d1 , d2, d3, d4, d8, d10, d11 , d21 , d31 , d41 , d81 , d101 ) zwischen beweglichen (2, 6, 21 , 23,
24, 25, 26) und/oder festen Teilen (1 , 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46) der Coilbox (100).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend das Übermitteln von Stellaktionen von einer Automatisierung der Coilbox (100) an das digitale Modell, insbesondere von Ist-Positionen und Soll-Positionen der Stellglieder (101 , 102, 103, 104, 105, 106) der Coilbox (100).
6. Verfahren nach Anspruch 5, umfassend das Anpassen der Soll-Position durch das digitale Modell zur Vermeidung von Kollisionen zwischen beweglichen (2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26) und/oder festen Teilen (1 , 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46) der Coilbox (100) und Übermitteln der angepassten Soll-Position an die Automatisierung der Coilbox (100).
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend das Ermitteln von Bewegungsrichtungen der beweglichen Teile (2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26) der Coilbox (100) und das Stoppen der Bewegungen der beweglichen Teile (2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26) zumindest in einer Bewegungsrichtung.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Erfassen der geometrischen Abmessungen der beweglichen (2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26) und festen Teile (1 , 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46) der Coilbox (100) und/oder das Erfassen der möglichen Bewegungen der Stellglieder (101 , 102, 103, 104, 105, 106) der Coilbox (100) das Einlesen eines Geometriedatensatzes, insbesondere einer technischen Zeichnung, umfasst.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend das Verfolgen von Bewegungsänderungen, insbesondere der Bewegungstrajektorie, der beweglichen Teile (2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26) der Coilbox (100) im Betrieb über einen vorgegebenen Zeitraum. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend das Erfassen von Abmessungen eines in der Coilbox (100) aufgenommenen Produkts, insbesondere Walzgutes, und Übermitteln der erfassten Abmessungen an das digitale Modell. Coilbox (100) einer metallurgischen Anlage, mit einer kontinuierlichen Kollisionsüberwachung in Echtzeit, wobei die Coilbox (100) bewegliche (2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26) und feste Teile (1 , 4, 9, 10, 20, 22, 40, 46) und Stellglieder (101 , 102, 103, 104, 105, 106) zum Bewegen der beweglichen
Teile (2, 6, 21 , 23, 24, 25, 26) der Coilbox (100) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Coilbox (100) eine Automatisierung zur Ansteuerung der Stellglieder (101 , 102, 103, 104, 105, 106) umfasst, welche das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 implementiert.
27
EP22844637.3A 2021-12-14 2022-12-13 Verfahren zum betrieb einer coilbox in einer metallurgischen anlage und coilbox einer metallurgischen anlage, mit einer kontinuierlichen kollisionsübewachung in echtzeit Pending EP4449212A1 (de)

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