EP4506076A1 - Vermeidung des drehzahleinbruchs beim walzanstich - Google Patents

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EP4506076A1
EP4506076A1 EP23190660.3A EP23190660A EP4506076A1 EP 4506076 A1 EP4506076 A1 EP 4506076A1 EP 23190660 A EP23190660 A EP 23190660A EP 4506076 A1 EP4506076 A1 EP 4506076A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rolling
time
control device
drive
torque
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.)
Withdrawn
Application number
EP23190660.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Loehe
Johannes Reinhard
Knut GRAICHEN
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.)
Primetals Technologies Germany GmbH
Friedrich Alexander Universitaet Erlangen Nuernberg
Original Assignee
Primetals Technologies Germany GmbH
Friedrich Alexander Universitaet Erlangen Nuernberg
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 Primetals Technologies Germany GmbH, Friedrich Alexander Universitaet Erlangen Nuernberg filed Critical Primetals Technologies Germany GmbH
Priority to EP23190660.3A priority Critical patent/EP4506076A1/de
Priority to PCT/EP2024/067462 priority patent/WO2025031658A1/de
Priority to CN202480046060.9A priority patent/CN121464005A/zh
Publication of EP4506076A1 publication Critical patent/EP4506076A1/de
Priority to MX2026001468A priority patent/MX2026001468A/es
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/46—Roll speed or drive motor control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2273/00—Path parameters
    • B21B2273/06—Threading
    • B21B2273/08—Threading-in or before threading-in
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2275/00—Mill drive parameters
    • B21B2275/02—Speed
    • B21B2275/04—Roll speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2275/00—Mill drive parameters
    • B21B2275/10—Motor power; motor current

Definitions

  • the present invention is further based on a control program which has machine code which can be processed by a control device for a rolling stand for rolling a rolled metal stock having a rolling stock head, wherein the processing of the machine code by the control device causes the control device to carry out such an operating method.
  • the present invention is further based on a control device for a rolling stand for rolling a metal rolling stock having a rolling stock head, wherein the control device is programmed with such a control program so that it carries out such an operating method during operation.
  • the quality of the end product depends on many factors.
  • the rolled product can in particular be a flat rolled product, for example a strip or a heavy plate.
  • the factors that influence the quality of the end product include the material temperature, lubrication during rolling, the correct pressure conditions of the rolls and the speed or peripheral speed of the work rolls. Whether we are talking about the speed or the peripheral speed is equivalent, since the peripheral speed and the speed can be converted into one another using the diameter of the work rolls.
  • the desired speed is maintained as precisely as possible with regard to the speed of the work rolls. Any deviation leads to negative effects such as a reduction in product quality, material jams (for example, the formation of a belt loop), inaccuracies in dependent process variables, difficulties in material guidance and others.
  • the dimensions of the end product can also vary as a result.
  • the required accuracy can be ensured by using simple and robust controls.
  • the transition from one stable operating range to another stable operating range is considerably more difficult. This applies in particular to the point at which the rolling stock head enters the rolling stand. At this point, the load on the rolling stand changes. In particular, the required rolling force and the required rolling torque increase considerably. The changes occur almost instantly at the point at which the rolling stock head enters the rolling stand.
  • the object of the present invention is to create possibilities by means of which the collapse of the speed of the driven rollers can be completely or at least almost completely avoided.
  • an operating method of the type mentioned at the outset is designed in that the control device determines the torque curve starting from an initial state of the drive, the drive train and the driven rollers of the rolling stand given at the initial time in such a way that the driven rollers of the rolling stand are subjected to the rolling torque by the drive train at the time of piercing and rotate at a peripheral speed coordinated with the rolling speed.
  • the driven rolls of the rolling stand are driven. Furthermore, since the torque delivered by the drive cannot be increased to the rolling torque as quickly as desired, the driven rolls of the rolling stand are accelerated by increasing the torque to the rolling torque required to roll the rolling stock before the tapping point. The extent of the acceleration is determined by the moving masses or the associated moments of inertia and the rolling torque. For this reason, the peripheral speed of the driven rolls shortly before the tapping point must also be lower than the peripheral speed corresponding to the rolling speed.
  • the peripheral speed reaches the desired peripheral speed at the time of the tapping, which corresponds to the rolling speed.
  • the deviations of the peripheral speed from the rolling speed before the time of the tapping are not critical, since no material is rolled in the roll gap of the rolling stand during this time.
  • the rolling speed and the peripheral speed of the driven rolls are not necessarily one and the same.
  • the rolling stock enters the rolling stand at an entry speed that is lower than the peripheral speed of the driven rolls.
  • the rolling stock leaves the rolling stand at an exit speed that is higher than the peripheral speed of the driven rolls.
  • the corresponding speed ratios are known in specialist circles as lag and lead.
  • the term "rolling speed" can mean the entry speed, the exit speed or a value between the entry speed and the exit speed. Regardless of the specific definition of the rolling speed, however, there is a fixed relationship between the rolling speed and the peripheral speed.
  • the control device can know the point in time of the piercing, for example, based on a standard path tracking in conjunction with a (constant or time-variable) rolling stock speed.
  • Path tracking is generally known to experts and therefore does not need to be explained in more detail.
  • the starting point is usually determined indirectly by the length of the period being fixed.
  • the driven rolls of the rolling stand are usually the working rolls of the rolling stand. In exceptional cases, however, backup rolls or intermediate rolls of the rolling stand can also be driven.
  • control device determines the torque curve in such a way that at the time of tapping, the drive, the drive train and the driven rollers of the rolling stand rotate at corresponding speeds and changes in the speeds have the value zero. This ensures that a transient state, which must (still) exist before the time of tapping, has just subsided at the time of tapping.
  • control device determines the torque curve using a model that models the drive, the drive train and the rolls of the rolling stand driven by the drive based on mathematical and physical equations. This approach allows the control device to flexibly handle almost any boundary conditions.
  • the drive, the drive train and the driven rollers of the rolling stand are modelled as a rigid system using the model.
  • the speed of the drive is in a fixed ratio to the speed of the driven rollers, which has the same value at all times.
  • torsions often occur, for example between the drive and the drive train and between the drive train and the driven rollers. It is therefore preferable for the model to model the drive, the drive train and the driven rollers of the rolling stand as a multi-mass vibration system with a number of damped-elastically connected elements. This means that such torsions can also be taken into account.
  • the number of damped-elastically connected elements can be determined as required. As a rule, it is at least three, namely the drive, the drive train (in this case considered as a unit) and the driven rollers. If necessary, the drive train can also be divided into several sections. In this case, the number of damped-elastically connected elements increases accordingly.
  • One way to determine the torque curve is for the control device to set up an optimization problem in which the respective torque of the drive is included as an input variable for a number of discrete points in time within the period.
  • the control device determines the torque curve by solving the optimization problem.
  • control device determines the torque curve using tables stored in the control device, to which the tapping time, the rolling speed, the rolling torque and the initial state of the drive, the drive train and the driven rollers of the rolling stand are fed as input variables. It is also alternatively possible for the torque curve to be given to the control device by a parameterizable function of time stored in the control device and for the control device to determine the parameters of the function based on the tapping time, the rolling speed, the rolling torque and the initial state of the drive, the drive train and the driven rollers of the rolling stand.
  • the tables can be determined, for example, by determining the corresponding entries in the tables in advance and offline using a model for a large number of possible value combinations and the results of the model-based calculations stored in the control device. An analogous procedure is possible for determining the dependencies of the parameters on the possible value combinations.
  • the drive, the drive train and the driven rollers of the rolling stand rotate at corresponding speeds and changes in the speeds have a value of zero.
  • the drive, the drive train and the driven rollers of the rolling stand are in a stable state at the initial time. This procedure makes it easier to determine the torque curve.
  • the procedure according to the invention implies that the driven rollers of the rolling stand are accelerated at least shortly before the time of penetration.
  • the peripheral speed of the driven rollers must therefore be lower than the peripheral speed of the driven rollers that is coordinated with the rolling speed. It is possible that this situation does not yet exist at the start of the process.
  • the driven rollers of the rolling stand must first be braked and then accelerated during the period. However, this situation is preferably already present in the initial state. This procedure can reduce both the energy requirement and the wear. For example, after rolling a rolling stock in the rolling stand, i.e. after the rolling stock foot of this rolling stock has left the rolling stand, the driven rollers can be allowed to slowly run down until they rotate at the desired (low) peripheral speed that is desired for the next rolling stock at the start of the process.
  • control device determines the torque curve in such a way that the torque generated by the drive and/or an application torque is greater than a respective predetermined minimum value during the entire period.
  • the application torque is, as already mentioned, the torque with which the driven rolls of the rolling stand are driven.
  • control device preferably determines the torque curve such that a rotational acceleration with which a rotational speed of the drive changes and/or a rotational acceleration with which a rotational speed of the driven rollers changes is greater than a respective predetermined minimum value during the entire period.
  • the respective minimum value may in particular be zero.
  • the load on the drive, the drive train and the driven rolls of the rolling mill can be equalized.
  • This procedure is particularly advantageous in conjunction with the design in which, in the initial state, the peripheral speed of the driven rollers is lower than the peripheral speed of the driven rollers matched to the rolling speed.
  • control device determines the torque curve in such a way that energy consumption of the drive is minimal during the period.
  • the time period is preferably between 50 ms and 200 ms, in particular between 75 ms and 150 ms.
  • the time period is therefore sufficiently long to be able to build up the load torque required at the time of tapping in the manner according to the invention.
  • control program with the features of claim 13.
  • processing of the control program causes the control device to carry out an operating method according to the invention.
  • control device with the features of claim 14.
  • the control device is programmed with a control program according to the invention, so that the control device executes an operating method according to the invention during operation.
  • the control device is designed as a control device according to the invention.
  • a rolling device has a rolling stand 1.
  • a rolling stock 2 is to be rolled in the rolling stand 1.
  • the rolling stand 1 is often part of a multi-stand rolling mill. However, this is not absolutely necessary. Regardless of the number of additional rolling stands, only the procedure for the rolling stock 2 in FIG 1
  • the rolling stand 1 shown in Figure 1 is explained in more detail. This is also possible and sufficient in the present case, since the mode of operation of the rolling stand 1 of FIG 1 is independent of the operation of other rolling stands, for example one of the FIG 1 shown rolling stand 1 or a rolling stand arranged upstream of the rolling stand FIG 1 rolling stand 1 downstream of the rolling stand 1 shown. If several rolling stands 1 are present, the inventive mode of operation of the rolling stand 1 can also be implemented in an analogous manner in the other rolling stands.
  • the rolling stand 1 of FIG 1 has reels 3, which - see also FIG 2 - are driven by means of a drive 4 via a drive train 5.
  • the driven rollers 3 are often the work rollers of the rolling stand 1. If the rolling stand 1 has other rollers in addition to the work rollers, in individual cases the driven rollers 3 can also be rollers other than the work rollers. As a rule, however, the driven rollers 3 are also the work rollers of the rolling stand 1 in this case.
  • the entirety of the drive 4, drive train 5 and driven rollers 3 is referred to below as the drive system.
  • an upper driven roller 3 and a lower driven roller 3 each have their own drive 4 and their own drive train 5.
  • the drive train 5 is split so that the drive 4 drives both driven rollers 3. Whether one or the other approach is taken is of secondary importance within the scope of the present invention.
  • the rolled stock 2 consists of metal.
  • the rolled stock 2 usually consists of steel. However, it can also be another metal, for example aluminum, copper or brass.
  • the rolled stock 2 is usually a flat rolled stock, i.e. a rolled stock 2 that is rolled into a strip or a heavy plate. In individual cases, however, it can also be a rod-shaped rolled stock, in particular bar steel. Regardless of the shape and material, the rolled stock 2 always has a rolled stock head 6.
  • the rolled stock head 6 is the area of the rolled stock 2 that first reaches the rolling stand 1 and runs into the rolling stand 1.
  • FIG 1 shows a situation at a time t1 at which the rolling stock head 6 has not yet reached the rolling stand 1.
  • the rolling stock head 6 is at this time at a distance in front of the rolling stand 1.
  • dashed lines there is still a distance in front of the rolling stand 1.
  • the rolling stock head 6 reaches the corresponding location at a time t2.
  • the rolling stock head 6 also reaches the roll gap of the rolling stand 1 at a time t3, i.e. it runs into the rolling stand 1 at this time.
  • the time t1 is referred to below as the information time.
  • the time t2 is referred to below as the start time.
  • the time t3 is referred to below, as is generally customary, as the tapping time.
  • the start time t2 is usually between 50 ms and 200 ms before the tapping time t3, in particular between 75 ms and 150 ms before the tapping time t3, for example approx. 100 ms before the tapping time t3.
  • the rolling stand 1 is controlled by a control device 7.
  • the control device 7 is programmed with a control program 8.
  • the control program 8 has machine code 9 that can be processed by the control device 7.
  • the programming of the control device 7 with the control program 8 or the processing of the machine code 9 by the control device 7 causes the control device 7 to carry out an operating method that is explained in more detail below.
  • the present invention relates to a procedure that is taken before the rolling stock head 6 enters the rolling stand 1.
  • the control device 7 To implement the operating method according to the invention, it is necessary for the control device 7 to know the starting time t2 and the piercing time t3 in good time so that the calculations required for the operating method according to the invention are completed by the starting time t2 at the latest.
  • the information time t1 is before the starting time t2.
  • the extent to which the information time t1 is before the starting time t2 can be determined as required. It is crucial that calculations that are carried out by the control device 7 and are required for the correct control of the rolling stand 1 from the starting time t2 are completed before the starting time t2.
  • a suitable determination and adherence to the information time t1 is easily possible, since the location of the rolling stock head 6 can be detected in good time before the time t1 and this can be made known to the control device 7 and then a usual tracking of the rolling stock head 6 can take place based on the detected location and the constant or time-dependent rolling stock speed v of the rolling stock 2.
  • the current and future rolling stock speed v can be easily known to the control device 7. All of this is generally known to experts and is therefore not explained in more detail below.
  • the rolling stock speed v is not referred to here as the rolling speed. The reason for this is that the rolling stock speed v here relates to the period of time at which the rolling stock head 6 has not yet reached the rolling stand 1, i.e. rolling is not yet taking place in the rolling stand 1.
  • a step S1 the control device 7 is informed of the tapping time t3, a rolling speed vW and a rolling torque MW.
  • the rolling speed vW is the speed at which the rolling stock 2 is to be rolled in the rolling stand 1 at least at the tapping time t3.
  • the rolling torque MW is the associated torque with which the driven rollers 3 are to and must be driven by the drive 4 via the drive train 5. It is possible that the values t3, vW, MW mentioned are specified to the control device 7 from outside. Alternatively, it is possible that they are determined by the control device 7 itself. The determination of the tapping time t3, the rolling speed vW and the rolling torque MW is not explained in more detail here. They are generally known to experts. Step S1 is carried out by the control device 7 at the information time t1.
  • step S2 the control device 7 determines a torque curve M for the drive 4 for a period of time that extends from the starting time t2 to the tapping time t3.
  • the torque curve M is a function of time t. Possible embodiments of step S2 will be explained in more detail later. In any case, however, the control device 7 starts from an initial state x2 of the drive system to determine the torque curve M.
  • the initial state x2 is the state x of the drive system that exists at the starting time t2.
  • the determination of step S2 also takes place in such a way that the driven rollers 3 are subjected to the rolling torque MW by the drive train 5 at the tapping time t3 and rotate at a peripheral speed vU that is coordinated with the rolling speed vW.
  • the peripheral speed vU is linked to the rolling speed vW via the lead or the lag, depending on whether the inlet side or the outlet side rolling speed is meant.
  • the torque curve M is determined in such a way that at the tapping time t3, the drive 4, the drive train 5 and the driven rollers 3 of the rolling stand 1 rotate at corresponding speeds and changes in the speeds have the value zero.
  • the step S2 is carried out by the control device 7 before the tapping time t3, more precisely even before the starting time t2.
  • the initial state x2 can be specified to the control device 7.
  • the control device 7 it is possible for the control device 7 to determine the initial state x2 and control the drive 4 in such a way that the initial state x2 is present at the initial time t2. It is also possible for the initial time t2 to be specified to the control device 7. However, the control device 7 usually knows how long the period between the initial time t2 and the tapping time t3 should be, so that the control device 7 can determine the initial time t2 itself.
  • step S3 the control device 7 waits for the starting time t2.
  • the step S3 is repeatedly carried out until the starting time t2 is reached. From the starting time t2, the control device 7 repeatedly carries out steps S4 and S5.
  • step S4 the control device 7 controls the drive 4 according to the determined torque curve M for the respective time t.
  • the control device 7 can FIG 1 control the drive 4 by outputting corresponding control signals to a converter 4', which supplies an electric motor 4" with electrical energy.
  • the representation of the converter 4' in FIG 1 as a thyristor control is purely an example. It could also be a transistor control.
  • step S5 the control device 7 checks whether the tapping time t3 has been reached. If the tapping time t3 has not yet been reached, the control device 7 returns to step S4. Steps S4 and S5 are therefore repeatedly carried out by the control device 7 until the tapping time t3 is reached. When executing step S4, the control device 7 naturally takes the progress in time t into account.
  • step S6 the "normal" rolling of the rolling stock 2 takes place.
  • the step S6 can be implemented in the same way as in the prior art.
  • the drive 4, the drive train 5 and the driven rollers 3 can be considered in the simplest case as being completely rigidly connected to one another.
  • the speed of the drive 4 at any time t corresponds to the speed of the driven rollers 3.
  • the control device 7 it is possible for the control device 7 to determine the torque curve M using a model 10 (see FIG 4 ), which models the drive system based on mathematical-physical equations.
  • the drive 4 is connected to the drive train 5 via a coupling 11 and that the drive train 5 is also connected to the driven rollers 3 via a coupling 12.
  • the two couplings 11, 12 are, as in FIG 4 indicated by a respective spring component 13 and a respective damper component 14, each damped-elastic coupling.
  • FIG 4 thus shows a design in which the drive system is modelled as a three-mass oscillator.
  • one of the two couplings 11, 12 can be disregarded.
  • the drive system can be modelled as a two-mass oscillator. If both couplings 11, 12 are disregarded, the drive system is modelled as a completely rigid System is modelled. In other cases, a division into more than three damped-elastically coupled elements is made. In this case, in addition to the two couplings 11, 12, further damped-elastic couplings are present.
  • the target speed w* corresponds to the peripheral speed vU which the driven rollers 3 must have for the desired rolling speed vW.
  • a further condition is that at the piercing time t3 the loading torque ML is equal to the desired rolling torque MW.
  • equation (11) only applies if the speed of the driven rollers 3 is to be kept constant after the tapping time t3. If the driven rollers 3 are to be accelerated or decelerated after the tapping time t3, an additional torque can be taken into account on the right-hand side of equation (11) in addition to the rolling torque MW.
  • the motor torque M applied by the drive 4 cannot be changed as quickly as desired. Furthermore, as described by equations (1) to (3), there are generally certain elasticities, damping and losses.
  • the torque curve M of the drive 4 must therefore be determined in a suitable manner so that the conditions according to equations (10) and (11) are met.
  • transient conditions when accelerating the driven rollers 3 to the target speed w* should already be adjusted.
  • the required state x3 of the drive system at the tapping time t3 - hereinafter referred to as the target state x3 - is clearly determined. Since the rolling stock head 6 is located immediately before the tapping time t3 but still in front of the rolling stand 1, but not in the rolling stand 1, an acceleration still takes effect in the drive system immediately before the tapping time t3. It is therefore necessary, starting from the initial state x2 of the drive system, to determine the associated torque curve M, by means of which the drive system is transferred to the target state x3.
  • the initial state x2 is known to the control device 7.
  • the initial state x2 is a stable state, i.e. a state in which the drive 4, the drive train 5 and the driven rollers 3 of the rolling stand 1 rotate at corresponding speeds ⁇ i and changes in the speeds ⁇ i have the value zero.
  • the peripheral speed vU of the driven rollers 3 can in principle have any value in the initial state x2.
  • the peripheral speed vU of the driven rollers 3 can - purely theoretically - be greater than the value coordinated with the rolling speed vW, have the value 0 or even be negative.
  • peripheral speed vU of the driven rollers 3 is positive, but smaller than the peripheral speed vU of the driven rollers 3 coordinated with the rolling speed vW.
  • the reasons for this will become clear from later explanations.
  • the states of the drive system before the initial time t2 are not relevant in this case.
  • step S2 of FIG 3 various approaches are possible. In some simple cases it may be possible to determine the torque curve M analytically. This can be possible in particular if the drive system can be considered as a rigid system. It may also be possible to determine the torque curve M using a so-called flatness-based trajectory calculation. Such calculations are known to experts as such. In any case, however, it is possible to determine the torque curve M using the representation in FIG 7 To determine the moment curve M, an optimization problem must be set: min M ⁇ t 2 t 3 x t ⁇ x ′ T Q x t ⁇ x ′ + M t ⁇ M ′ R M t ⁇ M ′ dt .
  • the torque curve M can be influenced by the state x'.
  • Q is a weighting matrix with which the deviation of the respective state x(t) from the desired state x' is weighted.
  • the weighting matrix Q is positive (semi-) definite.
  • M' is an engine torque that should be aimed for if possible.
  • the desired engine torque M' can be constant or time-dependent.
  • the torque curve M can also be influenced by the desired engine torque M'.
  • R is a positive definite weighting matrix, in this case a positive weighting factor, with which the deviation of the engine torque M(t) from the desired engine torque M' is weighted.
  • the engine torque M3 is uniquely determined by the system of equations according to equations (10) to (15).
  • the engine torque M is within the permissible limits at any time t between the initial time t2 and the starting time t3, i.e. it does not fall below a minimum value Mmin and does not exceed a maximum value Mmax: M min ⁇ M t ⁇ M max .
  • Examples of possible inequality constraints h can be, for example, specifications that certain changes in the angular velocities ⁇ i or certain rotations ⁇ i are not exceeded. It can also be specified that the respective moment acting between successive elements of the modeled drive system does not exceed certain limits.
  • Equation (16) The optimization problem according to equation (16) can be solved analytically, if this is possible. It is always possible to solve the optimization problem numerically. Numerical solution implies that equation (16) is not solved in a time continuum, but that the period extending from the starting time t2 to the tapping time t3 is divided into small time steps (discretized). As a result, an optimization problem is set in which the respective torque M of the drive 4 is included as input variables for a plurality of discrete times t within the specified period. The solution found corresponds to the desired torque curve M. The torque curve M is thus determined by minimizing or solving the optimization problem.
  • control device 7 determines the torque curve M using tables 15, which are stored in the control device 7.
  • the input variables for the tables 15 are the piercing time t3, the rolling speed vW, the rolling torque MW and the Initial state x2 of the drive system.
  • the distance between the initial time t2 and the piercing time t3 can be known in advance to the control device 7.
  • a function f a of the time t can be stored in the control device.
  • the function f a can be parameterized with parameters a.
  • the torque curve M is given to the control device 7 by the function f a .
  • the control device 7 determines the parameters a of the function f a based on the piercing time t3, the rolling speed vW, the rolling torque MW and the initial state x2 of the drive system.
  • the control device 7 determines the torque curve M in such a way that the torque M generated by the drive 4 and/or the loading torque ML with which the driven rollers 3 are loaded is greater than a respective predetermined minimum value during the entire period extending from the starting time t2 to the tapping time t3. This does not mean that one looks at the result "torque curve M" or "course of the loading torque ML", then determines the respective minimum value and then comes to the conclusion that the entire corresponding course is above the respective minimum value. This would correspond to a procedure according to the motto "you shoot an arrow; where it hits, that is the target”.
  • the respective minimum value is specified before the determination of the torque curve M, i.e. before the execution of step S2 of FIG 3 .
  • the determination of the torque curve M is then carried out in such a way that the respective minimum value is maintained.
  • the predetermined minimum value is therefore a condition to be maintained for the torque curve M. If the determination of the torque curve M is carried out by solving the optimization problem of FIG 7 , the specified minimum value is entered, for example, as the minimum value Mmin in equation (21).
  • the minimum value can in particular be 0 or greater than zero.
  • the control device 7 determines the torque curve M in such a way that a rotational acceleration with which the speed ⁇ 1 of the drive 4 changes and/or a rotational acceleration with which the speed ⁇ n of the driven rollers 3 changes is greater than a respective predetermined minimum value during the entire period extending from the starting time t2 to the piercing time t3.
  • the minimum value can in particular be 0 or greater than zero.
  • control device 7 determines the torque curve M in such a way that energy consumption of the drive 4 is minimal during the period extending from the starting time t2 to the starting time t3. This can be achieved in particular by suitably specifying the motor torque M'.
  • FIGS 8 to 11 show results of a state-of-the-art procedure. These results occurred when the drive system was kept at the target speed w* corresponding to the rolling speed vW before the tapping time t3 and the drop in speed occurring at the tapping time t3 was compensated after the tapping time t3 by the torque and speed control of the rolling stand 1.
  • FIG 8 shows the time course of the speed or angular velocity ⁇ 1 of the drive 4
  • FIG 9 the temporal course of the speed or angular velocity ⁇ n of the driven rollers 3.
  • the FIGS 10 and 11 the time course of the motor torque M and the loading torque ML. It is clear that the speed ⁇ n of the driven rollers 3 drops after the tapping time t3. The same applies, with a delay, to the drive 4. More than 0.2 s pass until the drop in speed is regulated out.
  • FIGS 12 to 15 also show results of a state-of-the-art procedure. These results occurred when the drive system was kept at the target speed w* before the piercing time t3, which is above the roll peripheral speed vU corresponding to the rolling speed vW, and the target speed w* was reduced to the value corresponding to the rolling speed vW approximately 50 ms after the piercing time t3.
  • FIG 12 shows the time course of the speed or angular velocity ⁇ 1 of the drive 4,
  • FIG 13 the temporal course of the speed or angular velocity ⁇ n of the driven rollers 3.
  • the FIGS 14 and 15 the time course of the motor torque M and the loading torque ML.
  • FIGS 16 to 19 show results of a procedure according to the invention. These results occurred when the drive system was kept at the target speed w* before the starting time t2, which corresponds to the rolling speed vW.
  • the starting time t2 is approximately 0.1 s before the piercing time t3.
  • FIG 16 shows the time course of the speed or angular velocity ⁇ 1 of the drive 4
  • FIG 17 the temporal course of the speed or angular velocity ⁇ n of the driven rollers 3.
  • the FIGS 18 and 19 the temporal progression of the motor torque M and the loading torque ML. It is clear that the speed ⁇ n of the driven rollers 3 does not collapse at the time of t3. The same applies to the angular velocity ⁇ 1 of the drive 4.
  • the starting time t2 is also approximately 0.1 s before the piercing time t3.
  • the drive system was kept at a target speed w* that is significantly below the speed corresponding to the rolling speed vW, specifically at approximately 70% of this speed.
  • the corresponding reduction in speed can be easily achieved, for example, by gradually allowing the drive 4 to run down after a rolling stock rolled before the rolling stock 2 under consideration has run down, until the drive system reaches the desired (low) target speed w*.
  • FIG 20 shows the time course of the speed or angular velocity ⁇ 1 of the drive 4, FIG 21 the temporal course of the speed or angular velocity ⁇ n of the driven rollers 3.
  • FIGS 22 and 23 the temporal progression of the motor torque M and the loading torque ML. It is clear that not only is the collapse of the speed ⁇ n of the driven rollers 3 at the time of t3 avoided. In addition, a continuous increase in the speeds ⁇ 1 , ⁇ n of the drive 4 and the driven rollers 3 can be achieved, whereby the loading torque ML also continues to rise continuously and, in addition, the motor torque M remains above 0 at any time t.
  • the maximum of the motor torque M is still below the maximum of the procedures according to the FIGS 8 to 11 or according to the FIGS 12 to 15 .
  • the approach of the FIGS 20 to 23 is both more robust and more energy efficient than the state-of-the-art approaches and the approach according to the FIGS 16 to 19 .
  • the present invention has many advantages.
  • the drop in speed during the tapping is not subsequently corrected, but rather a suitable pre-control ensures from the outset that the peripheral speed vU of the driven rollers 3 and the load torque ML acting on the driven rollers 3 are already set at the tapping time t3 so that they correspond exactly to the desired values vW, MW.
  • inventive procedure makes it possible to completely or at least almost completely avoid the drop in speed during the tapping.
  • inventive procedure can also be easily implemented retrospectively in existing rolling stands.
  • the procedure is independent of the control system underlying the control device 7. Commissioning and checking, for example, for stability can be carried out independently of other controllers.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Metal Rolling (AREA)

Abstract

In einem Walzgerüst (1 soll ein einen Walzgutkopf (6) aufweisendes Walzgut (2) aus Metall gewalzt werden. Einer Steuereinrichtung (7) für das Walzgerüst (1) werden vor dem Einlaufen des Walzgutkopfes (6) in das Walzgerüst (1) ein Anstichzeitpunkt (t3), eine Walzgeschwindigkeit (vW) und ein Walzmoment (MW) bekannt. Die Steuereinrichtung (7) ermittelt vor einem vor dem Anstichzeitpunkt (t3) liegenden Anfangszeitpunkt (t2) für einen Zeitraum, der sich vom Anfangszeitpunkt (t2) bis zum Anstichzeitpunkt (t3) erstreckt, einen Momentverlauf (M) für einen Walzen (3) des Walzgerüsts (1) über einen Antriebsstrang (5) antreibenden Antrieb (4). Sie steuert den Antrieb (4) während des Zeitraums gemäß dem ermittelten Momentverlauf (M) an. Die Steuereinrichtung (7) ermittelt den Momentverlauf (M) ausgehend von einem zum Anfangszeitpunkt (t2) gegebenen Anfangszustand (x2) des Antriebs (4), des Antriebsstrangs (5) und der angetriebenen Walzen (3) des Walzgerüsts (1) derart, dass die angetriebenen Walzen (3) des Walzgerüsts (1) zum Anstichzeitpunkt (t3) von dem Antriebsstrang (5) mit dem Walzmoment (MW) beaufschlagt werden und mit einer auf die Walzgeschwindigkeit (vW) abgestimmten Umfangsgeschwindigkeit (vU) rotieren.

Description

    Gebiet der Technik
  • Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Betriebsverfahren für ein Walzgerüst, in dem ein einen Walzgutkopf aufweisendes Walzgut aus Metall gewalzt werden soll,
    • wobei einer Steuereinrichtung für das Walzgerüst vor dem Einlaufen des Walzgutkopfes in das Walzgerüst ein Anstichzeitpunkt, eine Walzgeschwindigkeit und ein Walzmoment bekannt werden,
    • wobei der Anstichzeitpunkt derjenige Zeitpunkt ist, zu dem der Walzgutkopf in das Walzgerüst einlaufen soll, und das Walzgut zum Anstichzeitpunkt mit der Walzgeschwindigkeit und dem Walzmoment gewalzt werden soll,
    • wobei die Steuereinrichtung vor einem vor dem Anstichzeitpunkt liegenden Anfangszeitpunkt für einen Zeitraum, der sich vom Anfangszeitpunkt bis zum Anstichzeitpunkt erstreckt, einen Momentverlauf für einen Walzen des Walzgerüsts über einen Antriebsstrang antreibenden Antrieb ermittelt und den Antrieb während des Zeitraums gemäß dem ermittelten Momentverlauf ansteuert.
  • Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einem Steuerprogramm, das Maschinencode aufweist, der von einer Steuereinrichtung für ein Walzgerüst zum Walzen eines einen Walzgutkopf aufweisenden Walzguts aus Metall abarbeitbar ist, wobei die Abarbeitung des Maschinencodes durch die Steuereinrichtung bewirkt, dass die Steuereinrichtung ein derartiges Betriebsverfahren ausführt.
  • Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einer Steuereinrichtung für ein Walzgerüst zum Walzen eines einen Walzgutkopf aufweisenden Walzguts aus Metall, wobei die Steuereinrichtung mit einem derartigen Steuerprogramm programmiert ist, so dass sie im Betrieb ein derartiges Betriebsverfahren ausführt.
  • Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einer Walzeinrichtung zum Walzen eines einen Walzgutkopf aufweisenden Walzguts aus Metall,
    • wobei die Walzeinrichtung ein Walzgerüst aufweist, in dem das Walzgut gewalzt wird,
    • wobei das Walzgerüst einen Antrieb, einen Antriebsstrang und Walzen aufweist,
    • wobei die Walzen mittels des Antriebs über den Antriebsstrang antreibbar sind,
    • wobei das Walzgerüst eine derartige Steuereinrichtung für das Walzgerüst aufweist.
    Stand der Technik
  • Die genannten Gegenstände sind allgemein bekannt. Rein beispielhaft kann auf den Fachaufsatz "Impact Speed Drop Compensation Procedure for a new layout Wire Rod Mill" von Antonella Scaglia und Graziano Melandri, Proceedings of 28th Annual Conference of the Industrial Elektronics Society (IECON), 2002, Seiten 573 bis 578, und auf die JP 2001 150 013 A verwiesen werden.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Beim Walzen eines metallischen Walzguts, beispielsweise aus Stahl, Aluminium, Messing oder Kupfer, ist die Qualität des Endprodukts von vielen Faktoren abhängig. Das Walzgut kann insbesondere ein flaches Walzgut sein, beispielsweise ein Band oder ein Grobblech. Zu den die Qualität des Endprodukts beeinflussenden Faktoren gehören unter anderem die Materialtemperatur, die Schmierung beim Walzen, die richtigen Druckverhältnisse der Walzen und die Drehzahl bzw. Umfangsgeschwindigkeit der Arbeitswalzen. Ob von der Drehzahl oder von der Umfangsgeschwindigkeit gesprochen wird, ist gleichwertig, da die Umfangsgeschwindigkeit und die Drehzahl über den Durchmesser der Arbeitswalzen ineinander umrechenbar sind.
  • Insbesondere bezüglich der Drehzahl der Arbeitswalzen ist es von Bedeutung, dass die gewünschte Drehzahl möglichst exakt eingehalten wird. Jede Abweichung führt zu negativen Auswirkungen wie beispielsweise der Verringerung der Produktqualität, Materialstau (beispielsweise Bildung einer Bandschlinge), Ungenauigkeiten abhängiger Prozessgrößen, Schwierigkeiten bei der Materialführung und andere mehr. Auch die Abmessungen des Endprodukts können dadurch variieren.
  • Während des stabilen Walzens kann die benötigte Genauigkeit durch den Einsatz einfacher und robuster Regelungen gewährleistet werden. Erheblich schwieriger ist der Übergang von einem stabilen Betriebsbereich zu einem anderen stabilen Betriebsbereich. Dies gilt insbesondere für den Anstichzeitpunkt, also den Zeitpunkt, zu dem der Walzgutkopf in das Walzgerüst einläuft. Zu diesem Zeitpunkt ändert sich die Belastung des Walzgerüsts. Insbesondere steigen die erforderliche Walzkraft und das erforderliche Walzmoment in erheblichem Umfang an. Die Änderungen erfolgen nahezu schlagartig (instantan) zum Anstichzeitpunkt.
  • Aufgrund des schlagartigen Anstiegs des erforderlichen Walzmoments kommt es im Stand der Technik zu einem Einbrechen der Drehzahl der angetriebenen Walzen des Walzgerüsts. Dieser Einbruch wird anschließend durch den zugehörigen Drehzahlregler wieder kompensiert. Hierfür ist jedoch eine Einregelzeit erforderlich, deren Dauer von dem verwendeten Antrieb, dem Antriebsstrang und der Reglercharakteristik abhängig ist. Während der Einregelzeit kommt es zu Qualitätsverlusten im Endprodukt.
  • Im Stand der Technik ist es bekannt, die Sollgeschwindigkeit, mit der die Arbeitswalzen bzw. allgemein angetriebenen Walzen rotieren, kurz vor dem Anstichzeitpunkt zu erhöhen. Eine derartige Vorgehensweise ist beispielsweise in dem genannten Fachaufsatz von Antonella Scaglia und Graziano Melandri erläutert. Auch ist es bekannt, zusätzlich basierend auf dem Einbrechen der Drehzahl und der Dauer dieses Einbrechens ein zusätzliches Drehmoment zu berechnen, das zum Anstichzeitpunkt auf den dem Drehzahlregler unterlagerten Momentregler oder Stromregler aufgeschaltet wird. Eine derartige Vorgehensweise ist beispielsweise in der JP 2001 150 013 A beschrieben.
  • Die Vorgehensweisen des Standes der Technik lösen das Problem des Einbrechens der Drehzahl der angetriebenen Walzen nur unzureichend.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Möglichkeiten zu schaffen, mittels derer das Einbrechen der Drehzahl der angetriebenen Walzen vollständig oder zumindest nahezu vollständig vermieden werden kann.
  • Die Aufgabe wird durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Betriebsverfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 12.
  • Erfindungsgemäß wird ein Betriebsverfahren der eingangs genannten Art dadurch ausgestaltet, dass die Steuereinrichtung den Momentverlauf ausgehend von einem zum Anfangszeitpunkt gegebenen Anfangszustand des Antriebs, des Antriebsstrangs und der angetriebenen Walzen des Walzgerüsts derart ermittelt, dass die angetriebenen Walzen des Walzgerüsts zum Anstichzeitpunkt von dem Antriebsstrang mit dem Walzmoment beaufschlagt werden und mit einer auf die Walzgeschwindigkeit abgestimmten Umfangsgeschwindigkeit rotieren.
  • Vor dem Anstichzeitpunkt befindet sich im Walzspalt des Walzgerüsts kein Walzgut. Zum reinen Aufrechterhalten der Drehzahl der angetriebenen Walzen des Walzgerüsts ist daher nur ein sehr geringes Beaufschlagungsmoment erforderlich, das erheblich kleiner als das zum Walzen des Walzguts erforderliche Walzmoment ist. Das Beaufschlagungsmoment ist dasjenige Moment, mit dem die angetriebenen Walzen des Walzgerüsts angetrieben werden. Da weiterhin das von dem Antrieb abgegebene Drehmoment nicht beliebig schnell auf das Walzmoment angehoben werden kann, erfolgt durch das vor dem Anstichzeitpunkt erfolgende Anheben des Moments auf das beim Walzen des Walzguts erforderliche Walzmoment eine Beschleunigung der angetriebenen Walzen des Walzgerüsts. Das Ausmaß der Beschleunigung ist durch die bewegten Massen bzw. die zugehörigen Trägheitsmomente und das Walzmoment bestimmt. Aus diesem Grund muss auch die Umfangsgeschwindigkeit der angetriebenen Walzen kurz vor dem Anstichzeitpunkt kleiner als die mit der Walzgeschwindigkeit korrespondierende Umfangsgeschwindigkeit sein. Aufgrund der Beschleunigung erreicht die Umfangsgeschwindigkeit jedoch zum Anstichzeitpunkt die gewünschte, mit der Walzgeschwindigkeit korrespondierende Umfangsgeschwindigkeit. Die Abweichungen der Umfangsgeschwindigkeit von der Walzgeschwindigkeit vor dem Anstichzeitpunkt sind unkritisch, da während dieser Zeit im Walzspalt des Walzgerüsts kein Material gewalzt wird.
  • Die Walzgeschwindigkeit und die Umfangsgeschwindigkeit der angetriebenen Walzen sind nicht notwendigerweise ein und dasselbe. Insbesondere läuft das Walzgut beim Walzen des Walzguts mit einer Einlaufgeschwindigkeit in das Walzgerüst ein, die kleiner als die Umfangsgeschwindigkeit der angetriebenen Walzen ist. Ebenso läuft das Walzgut beim Walzen des Walzguts mit einer Auslaufgeschwindigkeit aus dem Walzgerüst aus, die größer als die Umfangsgeschwindigkeit der angetriebenen Walzen ist. Die entsprechenden Geschwindigkeitsverhältnisse sind in Fachkreisen unter den Begriffen Nacheilung und Voreilung bekannt. Mit dem Begriff "Walzgeschwindigkeit" kann je nach Lage des Einzelfalls die Einlaufgeschwindigkeit, die Auslaufgeschwindigkeit oder ein Wert zwischen der Einlaufgeschwindigkeit und der Auslaufgeschwindigkeit gemeint sein. Unabhängig von der konkreten Festlegung der Walzgeschwindigkeit besteht jedoch eine feste Beziehung zwischen der Walzgeschwindigkeit und der Umfangsgeschwindigkeit.
  • Der Anstichzeitpunkt kann der Steuereinrichtung beispielsweise aufgrund einer üblichen Wegverfolgung in Verbindung mit einer (konstanten oder zeitlich variablen) Walzgutgeschwindigkeit bekannt sein. Eine Wegverfolgung ist Fachleuten allgemein bekannt und muss daher nicht näher erläutert werden. Der Anfangszeitpunkt ist meist indirekt dadurch bestimmt, dass die Länge des Zeitraums festgelegt ist.
  • Die angetriebenen Walzen des Walzgerüsts sind in der Regel die Arbeitswalzen des Walzgerüsts. In Ausnahmefällen können alternativ aber auch Stützwalzen oder Zwischenwalzen des Walzgerüsts angetrieben sein.
  • Vorzugsweise ermittelt die Steuereinrichtung den Momentverlauf derart, dass zum Anstichzeitpunkt der Antrieb, der Antriebsstrang und die angetriebenen Walzen des Walzgerüsts mit miteinander korrespondierenden Drehzahlen rotieren und Änderungen der Drehzahlen den Wert Null aufweisen. Dadurch wird erreicht, dass ein transienter Zustand, der vor dem Anstichzeitpunkt (noch) gegeben sein muss, zum Anstichzeitpunkt gerade abgeklungen ist.
  • Besonders bevorzugt ist derzeit, dass die Steuereinrichtung den Momentverlauf unter Verwendung eines Modells ermittelt, das den Antrieb, den Antriebsstrang und die von dem Antrieb angetriebenen Walzen des Walzgerüsts basierend auf mathematisch-physikalischen Gleichungen modelliert. Durch diese Vorgehensweise kann die Steuereinrichtung flexibel nahezu beliebige Randbedingungen handhaben.
  • Im einfachsten Fall werden der Antrieb, der Antriebsstrang und die angetriebenen Walzen des Walzgerüsts mittels des Modells als starres System modelliert. In diesem Fall steht die Drehzahl des Antriebs zur Drehzahl der angetriebenen Walzen in einem festen Verhältnis, das zu jedem Zeitpunkt denselben Wert aufweist, In der Praxis treten jedoch oftmals Torsionen auf, beispielsweise zwischen Antrieb und Antriebsstrang sowie zwischen Antriebsstrang und angetriebenen Walzen. Bevorzugt ist daher, dass das Modell den Antrieb, den Antriebsstrang und die angetriebenen Walzen des Walzgerüsts als Mehrmassenschwingungssystem mit einer Anzahl von gedämpft-elastisch miteinander verbundenen Elementen modelliert. Dadurch können auch derartige Torsionen berücksichtigt werden.
  • Die Anzahl an gedämpft-elastisch miteinander verbundenen Elementen kann nach Bedarf bestimmt sein. In der Regel liegt sie bei mindestens drei, nämlich dem Antrieb, dem in diesem Fall als Einheit angesehenen Antriebsstrang und den angetriebenen Walzen. Gegebenenfalls kann der Antriebsstrang aber auch in mehrere Abschnitte unterteilt sein. In diesem Fall vergrößert sich die Anzahl an gedämpft-elastisch miteinander verbundenen Elementen entsprechend.
  • Eine Möglichkeit zur Ermittlung des Momentverlaufs besteht darin, dass die Steuereinrichtung ein Optimierungsproblem ansetzt, in das als Eingangsgrößen für eine Mehrzahl von diskreten Zeitpunkten innerhalb des Zeitraums das jeweilige Moment des Antriebs eingeht. In diesem Fall ermittelt die Steuereinrichtung den Momentverlauf durch Lösen des Optimierungsproblems. Durch das Ansetzen eines Optimierungsproblems und dessen Lösen können insbesondere auch zusätzliche Bedingungen wie beispielsweise einzuhaltende Grenzwerte oder andere Randbedingungen auf einfache Weise mit berücksichtigt werden.
  • Alternativ ist es möglich, dass die Steuereinrichtung den Momentverlauf unter Verwendung von in der Steuereinrichtung hinterlegten Tabellen ermittelt, denen als Eingangsgrößen der Anstichzeitpunkt, die Walzgeschwindigkeit, das Walzmoment und der Anfangszustand des Antriebs, des Antriebsstrangs und der angetriebenen Walzen des Walzgerüsts zugeführt werden. Ebenso ist es alternativ möglich, dass der Steuereinrichtung der Momentverlauf durch eine in der Steuereinrichtung hinterlegte parametrierbare Funktion der Zeit gegeben ist und die Steuereinrichtung die Parameter der Funktion anhand des Anstichzeitpunkts, der Walzgeschwindigkeit, des Walzmoments und des Anfangszustands des Antriebs, des Antriebsstrangs und der angetriebenen Walzen des Walzgerüsts ermittelt.
  • Diese Vorgehensweisen sind teilweise ebenso flexibel wie die Verwendung eines Modells und können darüber hinaus oftmals in kürzerer Zeit ausgeführt werden und verbessern daher die Onlinefähigkeit. Die Tabellen können beispielsweise dadurch bestimmt sein, dass vorab und offline modellgestützt für eine Vielzahl von möglichen Wertekombinationen die entsprechenden Einträge in die Tabellen ermittelt werden und die Ergebnisse der modellgestützten Berechnungen in der Steuereinrichtung hinterlegt werden. Eine analoge Vorgehensweise ist für die Ermittlung der Abhängigkeiten der Parameter von den möglichen Wertekombinationen möglich.
  • Vorzugsweise rotieren im Anfangszustand der Antrieb, der Antriebsstrang und die angetriebenen Walzen des Walzgerüsts mit miteinander korrespondierenden Drehzahlen und weisen Änderungen der Drehzahlen den Wert Null auf. In diesem Fall befinden sich der Antrieb, der Antriebsstrang und die angetriebenen Walzen des Walzgerüsts zum Anfangszeitpunkt in einem stabilen Zustand. Diese Vorgehensweise erleichtert die Ermittlung des Momentverlaufs.
  • Wie bereits ausgeführt, impliziert die erfindungsgemäße Vorgehensweise, dass die angetriebenen Walzen des Walzgerüsts zumindest kurz vor dem Anstichzeitpunkt beschleunigt werden. Zu einem gewissen Zeitpunkt vor dem Anstichzeitpunkt muss daher die Umfangsgeschwindigkeit der angetriebenen Walzen kleiner als die auf die Walzgeschwindigkeit abgestimmte Umfangsgeschwindigkeit der angetriebenen Walzen sein. Es ist möglich, dass dieser Sachverhalt zum Anfangszeitpunkt noch nicht gegeben ist. In diesem Fall muss während des Zeitraums zunächst ein Abbremsen und dann ein Beschleunigen der angetriebenen Walzen des Walzgerüsts erfolgen. Vorzugsweise ist dieser Sachverhalt jedoch bereits im Anfangszustand gegeben. Durch diese Vorgehensweise können sowohl der Energiebedarf als auch der Verschleiß verringert werden. Beispielsweise kann man nach dem Walzen eines Walzguts in dem Walzgerüst, also nach dem Auslaufen des Walzgutfußes dieses Walzguts aus dem Walzgerüst, die angetriebenen Walzen langsam auslaufen lassen, bis sie mit der gewünschten (geringen) Umfangsgeschwindigkeit rotieren, die für das nächste Walzgut für den Anfangszeitpunkt gewünscht wird.
  • Vorzugsweise ermittelt die Steuereinrichtung den Momentverlauf derart, dass das von dem Antrieb generierte Moment und/oder ein Beaufschlagungsmoment während des gesamten Zeitraums größer als ein jeweiliger vorbestimmter Minimalwert ist. Das Beaufschlagungsmoment ist, wie bereits erwähnt, das Moment, mit dem die angetriebenen Walzen des Walzgerüsts angetrieben werden.
  • Ebenso ermittelt die Steuereinrichtung vorzugsweise den Momentverlauf derart, dass eine Drehbeschleunigung, mit der sich eine Drehzahl des Antriebs ändert, und/oder eine Drehbeschleunigung, mit der sich eine Drehzahl der angetriebenen Walzen ändert, während des gesamten Zeitraums größer als ein jeweiliger vorbestimmter Minimalwert ist.
  • Der jeweilige Minimalwert kann in jedem der genannten Fälle insbesondere Null sein.
  • Durch die Berücksichtigung der Minimalwerte können die Belastung des Antriebs, des Antriebsstrangs und der angetriebenen Walzen des Walzgerüsts vergleichmäßigt werden.
  • Besonders vorteilhaft ist diese Vorgehensweise in Verbindung mit der Ausgestaltung, in der im Anfangszustand die Umfangsgeschwindigkeit der angetriebenen Walzen kleiner als die auf die Walzgeschwindigkeit abgestimmte Umfangsgeschwindigkeit der angetriebenen Walzen ist.
  • Vorzugsweise ermittelt die Steuereinrichtung den Momentverlauf derart, dass ein Energieverbrauch des Antriebs während des Zeitraums minimal wird.
  • Vorzugsweise liegt der Zeitraum zwischen 50 ms und 200 ms, insbesondere zwischen 75 ms und 150 ms. Dadurch ist der Zeitraum hinreichend groß, um das zum Anstichzeitpunkt erforderliche Belastungsmoment auf erfindungsgemäße Art und Weise aufbauen zu können.
  • Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Steuerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Erfindungsgemäß bewirkt die Abarbeitung des Steuerprogramms, dass die Steuereinrichtung ein erfindungsgemäßes Betriebsverfahren ausführt.
  • Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Steuereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Steuerprogramm programmiert, so dass die Steuereinrichtung im Betrieb ein erfindungsgemäßes Betriebsverfahren ausführt.
  • Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Walzeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Erfindungsgemäß ist bei einer Walzeinrichtung der eingangs genannten Art die Steuereinrichtung als erfindungsgemäße Steuereinrichtung ausgebildet.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird. Dabei zeigen:
    • FIG 1
    eine Walzeinrichtung,
    FIG 2
    ein Antriebssystem,
    FIG 3
    ein Ablaufdiagramm,
    FIG 4
    ein Modell,
    FIG 5
    ein Differenzialgleichungssystem,
    FIG 6
    das Differenzialgleichungssystem in Matrixschreibweise,
    FIG 7
    ein Optimierungsproblem und
    FIG 8 bis 23
    Zeitdiagramme.
    Beschreibung der Ausführungsformen
  • Gemäß FIG 1 weist eine Walzeinrichtung ein Walzgerüst 1 auf. In dem Walzgerüst 1 soll ein Walzgut 2 gewalzt werden. Das Walzgerüst 1 ist oftmals Bestandteil einer mehrgerüstigen Walzstraße. Dies ist aber nicht zwingend erforderlich. Unabhängig von der Anzahl an weiteren Walzgerüsten wird nachfolgend nur die Vorgehensweise für das in FIG 1 dargestellte Walzgerüst 1 näher erläutert. Dies ist vorliegend auch ohne weiteres möglich und ausreichend, da die Betriebsweise des Walzgerüsts 1 von FIG 1 unabhängig von der Betriebsweise anderer Walzgerüste ist, beispielsweise eines dem in FIG 1 dargestellten Walzgerüst 1 vorgeordneten Walzgerüsts oder eines dem in FIG 1 dargestellten Walzgerüst 1 nachgeordneten Walzgerüsts. Falls mehrere Walzgerüste 1 vorhanden sind, kann weiterhin die erfindungsgemäße Betriebsweise des Walzgerüsts 1 in analoger Weise auch bei den anderen Walzgerüsten realisiert sein.
  • Das Walzgerüst 1 von FIG 1 weist Walzen 3 auf, die - siehe auch FIG 2 - mittels eines Antriebs 4 über einen Antriebsstrang 5 angetrieben werden. Oftmals handelt es sich bei den angetriebenen Walzen 3 um die Arbeitswalzen des Walzgerüsts 1. Falls das Walzgerüst 1 zusätzlich zu den Arbeitswalzen auch andere Walzen aufweist, können im Einzelfall auch andere als die Arbeitswalzen die angetriebenen Walzen 3 sein. Im Regelfall sind aber auch in diesem Fall die angetriebenen Walzen 3 die Arbeitswalzen des Walzgerüsts 1. Die Gesamtheit von Antrieb 4, Antriebsstrang 5 und angetriebenen Walzen 3 wird nachstehend als Antriebssystem bezeichnet.
  • Es ist möglich, dass für eine obere angetriebene Walze 3 und eine untere angetriebene Walze 3 jeweils ein eigener Antrieb 4 und jeweils ein eigener Antriebsstrang 5 vorhanden sind. Oftmals ist jedoch entsprechend der Darstellung in FIG 2 nur ein gemeinsamer Antrieb 4 vorhanden und teilt sich der Antriebsstrang 5 auf, so dass der Antrieb 4 beide angetriebene Walzen 3 antreibt. Ob die eine oder die andere Vorgehensweise ergriffen wird, ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung von untergeordneter Bedeutung.
  • Das Walzgut 2 besteht aus Metall. Meist besteht das Walzgut 2 aus Stahl. Es kann sich aber auch um ein anderes Metall handeln, beispielsweise Aluminium, Kupfer oder Messing. Weiterhin ist das Walzgut 2 meist ein flaches Walzgut, also ein Walzgut 2, das zu einem Band oder einem Grobblech gewalzt wird. In Einzelfällen kann es sich aber auch um ein stabförmiges Walzgut handeln, insbesondere Stabstahl. Unabhängig von der Form und dem Material weist das Walzgut 2 aber stets einen Walzgutkopf 6 auf. Der Walzgutkopf 6 ist derjenige Bereich des Walzgut 2, der zuerst das Walzgerüst 1 erreicht und in das Walzgerüst 1 einläuft.
  • FIG 1 zeigt eine Situation zu einem Zeitpunkt t1, zu dem der Walzgutkopf 6 das Walzgerüst 1 noch nicht erreicht hat. Der Walzgutkopf 6 befindet sich zu diesem Zeitpunkt in einem Abstand vor dem Walzgerüst 1. In FIG 1 ist in gestrichelten Linien weiterhin ein Abstand vor dem Walzgerüst 1 eingezeichnet. Den zugehörigen Ort erreicht der Walzgutkopf 6 zu einem Zeitpunkt t2. Weiterhin erreicht der Walzgutkopf 6 zu einem Zeitpunkt t3 den Walzspalt des Walzgerüsts 1, läuft also zu diesem Zeitpunkt in das Walzgerüst 1 ein. Der Zeitpunkt t1 wird nachstehend als Informationszeitpunkt bezeichnet. Der Zeitpunkt t2 wird nachstehend als Anfangszeitpunkt bezeichnet. Der Zeitpunkt t3 wird nachstehend, wie allgemein üblich, als Anstichzeitpunkt bezeichnet. Der Anfangszeitpunkt t2 liegt meist zwischen 50 ms und 200 ms vor dem Anstichzeitpunkt t3, insbesondere zwischen 75 ms und 150 ms vor dem Anstichzeitpunkt t3, beispielsweise ca. 100 ms vor dem Anstichzeitpunkt t3.
  • Das Walzgerüst 1 wird von einer Steuereinrichtung 7 gesteuert. Die Steuereinrichtung 7 ist mit einem Steuerprogramm 8 programmiert. Das Steuerprogramm 8 weist Maschinencode 9 auf, der von der Steuereinrichtung 7 abarbeitbar ist. Die Programmierung der Steuereinrichtung 7 mit dem Steuerprogramm 8 bzw. die Abarbeitung des Maschinencodes 9 durch die Steuereinrichtung 7 bewirkt, dass die Steuereinrichtung 7 ein Betriebsverfahren ausführt, das nachstehend näher erläutert wird.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorgehensweise, die vor dem Einlaufen des Walzgutkopfes 6 in das Walzgerüst 1 ergriffen wird. Zur Realisierung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens ist es erforderlich, dass der Steuereinrichtung 7 der Anfangszeitpunkt t2 und der Anstichzeitpunkt t3 rechtzeitig bekannt sind, so dass die für das erfindungsgemäße Betriebsverfahren erforderlichen Rechnungen spätestens zum Anfangszeitpunkt t2 abgeschlossen sind. Zu diesem Zweck liegt der Informationszeitpunkt t1 vor dem Anfangszeitpunkt t2. Das Ausmaß, zu dem der Informationszeitpunkt t1 vor dem Anfangszeitpunkt t2 liegt, kann nach Bedarf bestimmt sein. Entscheidend ist, dass Berechnungen, die von der Steuereinrichtung 7 durchgeführt werden und zur korrekten Ansteuerung des Walzgerüsts 1 ab dem Anfangszeitpunkt t2 benötigt werden, vor dem Anfangszeitpunkt t2 abgeschlossen sind.
  • Eine geeignete Festlegung und Einhaltung des Informationszeitpunkts t1 ist ohne weiteres möglich, da der Ort des Walzgutkopfes 6 rechtzeitig vor dem Zeitpunkt t1 erfasst werden kann und dies der Steuereinrichtung 7 bekannt gemacht werden kann und sodann eine übliche Wegverfolgung des Walzgutkopfes 6, basierend auf dem erfassten Ort und der konstanten oder auch zeitabhängigen Walzgutgeschwindigkeit v des Walzguts 2 erfolgen kann. Die gegenwärtige und auch zukünftige Walzgutgeschwindigkeit v können der Steuereinrichtung 7 ohne weiteres bekannt sein. All dies ist Fachleuten allgemein bekannt und wird daher nachstehend nicht näher erläutert. Die Walzgutgeschwindigkeit v wird vorliegend nicht als Walzgeschwindigkeit bezeichnet. Der Grund hierfür ist, dass die Walzgutgeschwindigkeit v vorliegend den Zeitraum betrifft, zu dem der Walzgutkopf 6 das Walzgerüst 1 noch nicht erreicht hat, also in dem Walzgerüst 1 noch nicht gewalzt wird.
  • Gemäß FIG 3 werden der Steuereinrichtung 7 in einem Schritt S1 der Anstichzeitpunkt t3, eine Walzgeschwindigkeit vW und ein Walzmoment MW bekannt. Die Walzgeschwindigkeit vW ist die Geschwindigkeit, mit der das Walzgut 2 zumindest zum Anstichzeitpunkt t3 in dem Walzgerüst 1 gewalzt werden soll. Das Walzmoment MW ist das zugehörige Moment, mit dem die angetriebenen Walzen 3 von dem Antrieb 4 über den Antriebsstrang 5 angetrieben werden sollen und müssen. Es ist möglich, dass die genannten Werte t3, vW, MW der Steuereinrichtung 7 von außen vorgegeben werden. Alternativ ist es möglich, dass sie von der Steuereinrichtung 7 selbst ermittelt werden. Die Ermittlung des Anstichzeitpunkts t3, der Walzgeschwindigkeit vW und des Walzmoments MW wird vorliegend nicht näher erläutert. Sie sind Fachleuten allgemein bekannt. Der Schritt S1 wird von der Steuereinrichtung 7 zum Informationszeitpunkt t1 ausgeführt.
  • In einem Schritt S2 ermittelt die Steuereinrichtung 7 für einen Zeitraum, der sich vom Anfangszeitpunkt t2 bis zum Anstichzeitpunkt t3 erstreckt, einen Momentverlauf M für den Antrieb 4. Der Momentverlauf M ist eine Funktion der Zeit t. Mögliche Ausgestaltungen des Schrittes S2 werden später noch näher erläutert werden. In jedem Fall aber geht die Steuereinrichtung 7 zur Ermittlung des Momentsverlaufs M von einem Anfangszustand x2 des Antriebsystems aus. Der Anfangszustand x2 ist der Zustand x des Antriebssystems, der zum Anfangszeitpunkt t2 gegeben ist. Auch erfolgt in jedem Fall die Ermittlung des Schrittes S2 derart, dass die angetriebenen Walzen 3 zum Anstichzeitpunkt t3 von dem Antriebsstrang 5 mit dem Walzmoment MW beaufschlagt werden und mit einer auf die Walzgeschwindigkeit vW abgestimmten Umfangsgeschwindigkeit vU rotieren. Die Umfangsgeschwindigkeit vU ist mit der Walzgeschwindigkeit vW je nachdem, ob die einlaufseitige oder die auslaufseitige Walzgeschwindigkeit gemeint ist, über die Voreilung oder die Nacheilung verknüpft. Vorzugsweise erfolgt die Ermittlung des Momentverlaufs M derart, dass zum Anstichzeitpunkt t3 der Antrieb 4, der Antriebsstrang 5 und die angetriebenen Walzen 3 des Walzgerüsts 1 mit miteinander korrespondierenden Drehzahlen rotieren und Änderungen der Drehzahlen den Wert Null aufweisen. Der Schritt S2 wird von der Steuereinrichtung 7 vor dem Anstichzeitpunkt t3 ausgeführt, genauer gesagt sogar vor dem Anfangszeitpunkt t2.
  • Es ist möglich, dass der Anfangszustand x2 der Steuereinrichtung 7 vorgegeben wird. Alternativ ist es möglich, dass die Steuereinrichtung 7 den Anfangszustand x2 ermittelt und den Antrieb 4 derart ansteuert, dass der Anfangszustand x2 zum Anfangszeitpunkt t2 gegeben ist. Ebenso ist es möglich, dass der Anfangszeitpunkt t2 der Steuereinrichtung 7 vorgegeben wird. In der Regel ist der Steuereinrichtung 7 jedoch bekannt, wie groß der Zeitraum zwischen dem Anfangszeitpunkt t2 und dem Anstichzeitpunkt t3 sein soll, so dass die Steuereinrichtung 7 den Anfangszeitpunkt t2 selbst ermitteln kann.
  • In einem Schritt S3 wartet die Steuereinrichtung 7 den Anfangszeitpunkt t2 ab. Der Schritt S3 wird solange wiederholt ausgeführt, bis der Anfangszeitpunkt t2 erreicht ist. Ab dem Anfangszeitpunkt t2 führt die Steuereinrichtung 7 wiederholt Schritte S4 und S5 aus.
  • Im Schritt S4 steuert die Steuereinrichtung 7 den Antrieb 4 gemäß dem ermittelten Momentverlauf M für den jeweiligen Zeitpunkt t an. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 7 gemäß FIG 1 den Antrieb 4 dadurch ansteuern, dass sie an einen Umrichter 4', der einen Elektromotor 4" mit elektrischer Energie versorgt, entsprechende Steuersignale ausgibt. Die Darstellung des Umrichters 4' in FIG 1 als Thyristorsteuerung ist rein beispielhaft. Es könnte ebenso auch eine Transistorsteuerung vorliegen.
  • Im Schritt S5 prüft die Steuereinrichtung 7, ob der Anstichzeitpunkt t3 erreicht ist. Ist der Anstichzeitpunkt t3 noch nicht erreicht, geht die Steuereinrichtung 7 zum Schritt S4 zurück. Die Schritte S4 und S5 werden von der Steuereinrichtung 7 also immer wieder ausgeführt, bis der Anstichzeitpunkt t3 erreicht ist. Bei der jeweiligen Ausführung des Schrittes S4 berücksichtigt die Steuereinrichtung 7 natürlich den Fortschritt in der Zeit t.
  • Ist der Anstichzeitpunkt t3 erreicht, geht die Steuereinrichtung 7 zu einem Schritt S6 über. Im Schritt S6 erfolgt das "normale" Walzen des Walzguts 2. Der Schritt S6 kann auf die gleiche Art und Weise implementiert sein wie auch im Stand der Technik.
  • Im Rahmen der Implementierung des Schrittes S2 können der Antrieb 4, der Antriebsstrang 5 und die angetriebenen Walzen 3 im einfachsten Fall als völlig starr miteinander verbunden angesehen werden. In diesem Fall korrespondiert die Drehzahl des Antriebs 4 zu jedem Zeitpunkt t (gegebenenfalls unter Berücksichtigung einer Getriebeübersetzung) mit der Drehzahl der angetriebenen Walzen 3. In diesem Fall kann unter Umständen sogar eine analytische Ermittlung des Momentverlaufs M möglich sein. In jedem Fall aber ist es möglich, dass die Steuereinrichtung 7 den Momentverlauf M unter Verwendung eines Modells 10 (siehe FIG 4) ermittelt, welches das Antriebssystem basierend auf mathematisch-physikalischen Gleichungen modelliert.
  • Im Rahmen des Modells 10 wird in der Regel angenommen, dass der Antrieb 4 mit dem Antriebsstrang 5 über eine Kopplung 11 verbunden ist und weiterhin auch der Antriebsstrang 5 mit den angetriebenen Walzen 3 über eine Kopplung 12 verbunden ist. Die beiden Kopplungen 11, 12 sind, wie in FIG 4 durch eine jeweilige Federkomponente 13 und eine jeweilige Dämpferkomponente 14 angedeutet, jeweils gedämpft-elastische Kopplungen.
  • FIG 4 zeigt somit eine Ausgestaltung, bei welcher das Antriebssystem als Dreimassenschwinger modelliert wird. In Einzelfällen kann eine der beiden Kopplungen 11, 12 unberücksichtigt bleiben. In diesem Fall kann das Antriebssystem als Zweimassenschwinger modelliert werden. Bleiben beide Kopplungen 11, 12 unberücksichtigt, wird das Antriebssystem als vollständig starres System modelliert. In anderen Fällen erfolgt eine Unterteilung in mehr als drei gedämpft-elastisch miteinander gekoppelte Elemente. In diesem Fall sind zusätzlich zu den beiden Kopplungen 11, 12 noch weitere gedämpft-elastische Kopplungen vorhanden.
  • Im Falle der Modellierung als Mehrmassenschwinger kann das Antriebssystem so modelliert werden, wie dies nachstehend in Verbindung mit FIG 5 erläutert wird.
  • Für das vorderste Element des Antriebssystems (vorliegend also den Antrieb 4) kann eine Differenzialgleichung der Form J 1 ω ˙ 1 = M − c 1 Δφ 1 − d ω 1 − ω 2 − D 1 ω 1
    Figure imgb0001
     angesetzt werden. Für alle zwischen dem vordersten und dem hintersten Element angeordneten Elemente (beispielsweise den Antriebsstrang 5) kann eine Differenzialgleichung der Form J i ω ˙ i = c i − 1 Δφ i − 1 + d i − 1 ω i − 1 − ω i − c i Δφ i − d i ω i − ω i − 1 − D i ω i
    Figure imgb0002
     angesetzt werden. Für das letzte Element des Antriebssystems (also die angetriebenen Walzen 3) kann eine Differenzialgleichung der Form J n ω ˙ n = c n − 1 Δφ n − 1 + d n − 1 ω n − 1 − ω n − D n ω n − ML
    Figure imgb0003
     angesetzt werden.
  • In den Gleichungen haben die verwendeten Formelzeichen folgende Bedeutung:
    • Ji ist das Trägheitsmoment des i-ten Elements.
    • ωi ist die Winkelgeschwindigkeit des i-ten Elements.
    • M ist das vom Antrieb 4 aufgebrachte Moment, nachfolgend auch als Motormoment M bezeichnet.
    • ci ist die Federkonstante, mit welcher das i-te Element mit dem jeweils nachfolgenden Element gekoppelt ist.
    • Δϕi ist die Verdrehung des i-ten Elements gegenüber dem jeweils nachfolgenden Element.
    • di ist die Materialdämpfung, mit welcher das i-te Element mit dem jeweils nachfolgenden Element gekoppelt ist.
    • Di ist der Reibkoeffizient des i-ten Elements.
    • ML ist das an den angetriebenen Walzen 3 anstehende, diese im Ergebnis antreibende Moment, nachfolgend auch als Beaufschlagungsmoment ML bezeichnet.
  • Etwaige Getriebe (einschließlich deren Getriebeübersetzung) wurden vorstehend vernachlässigt. Sie können jederzeit mit berücksichtigt werden. Ihre Berücksichtigung führt lediglich zu einer Skalierung. Die Winkelgeschwindigkeit ωi eines Elements ist mit dessen Drehzahl durch den Faktor 2π verknüpft. Nachfolgend wird daher nicht zwischen Drehzahl und Winkelgeschwindigkeit unterschieden.
  • Nachstehend werden entsprechend der Darstellung in FIG 6 mit x ω T = ω 1 , … , ω n
    Figure imgb0004
     und x φ T = Δφ 1 , … , Δφ n − 1
    Figure imgb0005
  • Teilzustände und mit x T = x ω T x φ T
    Figure imgb0006
     der Zustand x des modellierten Antriebssystems bezeichnet. In diesem Fall kann das Differenzialgleichungssystem, wie es durch die Gleichungen (1) bis (3) bestimmt ist, in Matrixschreibweise in der Form x ˙ ω x ˙ φ = A ω A ωφ A φω 0 ⋅ x ω x φ + b ω 0 M + e 0 ML
    Figure imgb0007
     dargestellt werden. Die Matrizen Aω, Aωϕ und Aϕω sind bekannt und konstant. Gleiches gilt für die Vektoren bω und e, welche durch b ω T = 1 J 1 , 0 , … , 0
    Figure imgb0008
     und e T = 0 , … , 0 , − 1 J n
    Figure imgb0009
     gegeben sind. Diese zu FIG 5 äquivalente Darstellung ist Fachleuten bekannt und vertraut.
  • Für die Bestimmung des Momentverlaufs M sind verschiedene Bedingungen zu berücksichtigen. Eine der wichtigsten Bedingungen besteht darin, dass zum Anstichzeitpunkt t3 die Drehzahl ωn der Arbeitswalzen 3 gleich einer Solldrehzahl w* ist: ω n t 3 = ω ∗ .
    Figure imgb0010
  • Die Solldrehzahl w* korrespondiert mit der Umfangsgeschwindigkeit vU, welche die angetriebenen Walzen 3 für die gewünschte Walzgeschwindigkeit vW aufweisen müssen.
  • Eine weitere Bedingung besteht darin, dass zum Anstichzeitpunkt t3 das Beaufschlagungsmoment ML gleich dem gewünschten Walzmoment MW ist. Diese Bedingungen kann unter Verwendung von Gleichung (3) wie folgt formuliert werden: c n − 1 Δφ n − 1 t 3 + d n − 1 ω n − 1 t 3 − ω n t 3 − D n ω n t 3 = MW .
    Figure imgb0011
  • Gleichung (11) gilt genau genommen nur für den Fall, dass die Drehzahl der angetriebenen Walzen 3 nach dem Anstichzeitpunkt t3 konstant gehalten werden soll. Falls die angetriebenen Walzen 3 nach dem Anstichzeitpunkt t3 beschleunigt oder verzögert werden sollen, kann auf der rechten Seite von Gleichung (11) zusätzlich zu dem Walzmoment MW ein Zusatzmoment berücksichtigt werden.
  • Wie bereits erwähnt, kann das von dem Antrieb 4 aufgebrachte Motormoment M nicht beliebig schnell geändert werden. Weiterhin bestehen in aller Regel, wie durch die Gleichungen (1) bis (3) beschrieben, gewisse Elastizitäten, Dämpfungen und Verluste. Der Momentverlauf M des Antriebs 4 muss daher in geeigneter Weise bestimmt werden, damit die Bedingungen gemäß den Gleichungen (10) und (11) erfüllt sind.
  • Weiterhin sollten transiente Zustände beim Beschleunigen der angetriebenen Walzen 3 auf die Solldrehzahl w* bereits angeglichen sein. Man kann daher als weitere Bedingungen fordern, dass auch die Winkelgeschwindigkeiten ωi aller vorgeordneten Elemente des Antriebssystems zum Anstichzeitpunkt t3 die Solldrehzahl w* erreicht haben, also die Gleichungen ω i t 3 = ω ∗
    Figure imgb0012
     (für i = 1, 2, ..., n-1) erfüllen und auch die Winkelbeschleunigungen, also die zeitlichen Ableitungen der Winkelgeschwindigkeiten ωi, alle 0 sind. Hiermit können die Bedingungen bestimmt werden, welche die Verdrehungen Δϕi und das Motormoment M zum Anstichzeitpunkt t3 erfüllen müssen, nämlich Δφ n − 1 t 3 = MW + D n ω ∗ / c n − 1 ,
    Figure imgb0013
     Δφ i t 3 = c i + 1 Δφ i + 1 t 3 + D i + 1 ω ∗ / c i
    Figure imgb0014
     (für i = 1, 2, ..., n-2) und M t 3 = c 1 Δφ 1 t 3 + D 1 ω ∗ .
    Figure imgb0015
  • Somit ist der erforderliche Zustand x3 des Antriebssystems zum Anstichzeitpunkt t3 - nachstehend als Zielzustand x3 bezeichnet - eindeutig bestimmt. Da der Walzgutkopf 6 sich unmittelbar vor dem Anstichzeitpunkt t3 aber noch vor dem Walzgerüst 1 befindet, nicht hingegen im Walzgerüst 1, wirkt unmittelbar vor dem Anstichzeitpunkt t3 im Antriebssystem noch eine Beschleunigung. Somit ist es erforderlich, ausgehend von dem Anfangszustand x2 des Antriebssystems den zugehörigen Momentverlauf M zu ermitteln, mittels dessen das Antriebssystem in den Zielzustand x3 überführt wird.
  • Der Anfangszustand x2 ist der Steuereinrichtung 7 bekannt. In der Regel ist der Anfangszustand x2 ein stabiler Zustand, d.h. ein Zustand, in dem der Antrieb 4, der Antriebsstrang 5 und die angetriebenen Walzen 3 des Walzgerüsts 1 mit miteinander korrespondierenden Drehzahlen ωi rotieren und Änderungen der Drehzahlen ωi den Wert Null aufweisen. Die Umfangsgeschwindigkeit vU der angetriebenen Walzen 3 kann im Anfangszustand x2 prinzipiell einen beliebigen Wert aufweisen. Die Umfangsgeschwindigkeit vU der angetriebenen Walzen 3 kann - rein theoretisch - größer als der auf die Walzgeschwindigkeit vW abgestimmte Wert sein, den Wert 0 aufweisen oder sogar negativ sein. In der Praxis ist es jedoch in aller Regel von Vorteil, wenn die Umfangsgeschwindigkeit vU der angetriebenen Walzen 3 zwar positiv, aber kleiner als die auf die Walzgeschwindigkeit vW abgestimmte Umfangsgeschwindigkeit vU der angetriebenen Walzen 3 ist. Die Gründe hierfür werden aus späteren Ausführungen noch ersichtlich werden. Die Zustände des Antriebssystems vor dem Anfangszeitpunkt t2 sind vorliegend nicht relevant.
  • Zur Ermittlung des Momentverlaufs M (= Implementierung des Schrittes S2 von FIG 3) sind verschiedene Ansätze möglich. In manchen einfach gelagerten Fällen kann es möglich sein, den Momentverlauf M analytisch zu ermitteln. Dies kann insbesondere dann möglich sein, wenn das Antriebssystem als starres System angesetzt werden kann. Auch kann es möglich sein, den Momentverlauf M mittels einer sogenannten flachheitsbasierten Trajektorienberechnung zu ermitteln. Derartige Berechnungen sind Fachleuten als solche bekannt. In jedem Fall aber ist es möglich, entsprechend der Darstellung in FIG 7 zur Ermittlung des Momentverlaufs M ein Optimierungsproblem anzusetzen: min M ∫ t 2 t 3 x t − x ′ T Q x t − x ′ + M t − M ′ R M t − M ′ dt .
    Figure imgb0016
     x' ist ein nach Möglichkeit anzustrebender Zustand. Der anzustrebende Zustand x' kann konstant oder zeitabhängig sein. Durch den Zustand x' kann der Momentverlauf M beeinflusst werden. Q ist eine Gewichtungsmatrix, mit welcher die Abweichung des jeweiligen Zustands x(t) von dem anzustrebenden Zustand x' gewichtet wird. Die Gewichtungsmatrix Q ist positiv (semi-) definit. M' ist ein nach Möglichkeit anzustrebendes Motormoment. Das anzustrebende Motormoment M' kann konstant oder zeitabhängig sein. Auch durch das anzustrebende Motormoment M' kann der Momentverlauf M beeinflusst werden. R ist im Fall eines allgemeinen Optimierungsproblems eine positiv definite Gewichtungsmatrix, vorliegend ein positiver Gewichtungsfaktor, mit dem die Abweichung des Motormoments M(t) von dem anzustrebenden Motormoment M' gewichtet wird.
  • Dem Optimierungsproblem werden als zwingend zu beachtende Randbedingungen in jedem Fall der Anfangszustand x2 und der Zielzustand x3 vorgegeben: x t 2 = x 2
    Figure imgb0017
     und x t 3 = x 3 .
    Figure imgb0018
  • Weiterhin umfasst das Optimierungsproblem als Randbedingung das Motormoment M, das von dem Antrieb 4 zum Anstichzeitpunkt t3 abgegeben werden soll: M t 3 = M 3 .
    Figure imgb0019
  • Das Motormoments M3 ist durch das Gleichungssystem gemäß den Gleichungen (10) bis (15) eindeutig bestimmt.
  • Weiterhin umfasst das Optimierungsproblem als Randbedingung das Motormoment M, das von dem Antrieb 4 zum Anfangszeitpunkt t2 abgegeben werden soll: M t 2 = M 2 .
    Figure imgb0020
  • Der Zahlenwert kann zwar, innerhalb gewisser Grenzen, frei wählbar sein. Eine Festlegung muss jedoch erfolgen.
  • Als weitere Bedingung wird in aller Regel berücksichtigt, dass das Motormoment M zu jedem Zeitpunkt t zwischen dem Anfangszeitpunkt t2 und dem Anstichzeitpunkt t3 innerhalb der zulässigen Grenzen liegt, also einen Minimalwert Mmin nicht unterschreitet und einen Maximalwert Mmax nicht überschreitet: M min ≤ M t ≤ M max .
    Figure imgb0021
  • Im allgemeinen Fall können weiterhin zusätzlich Gleichheits- und Ungleichheitsnebenbedingungen g, h vorgegeben werden, welche von dem Zustand x zwischen dem Anfangszeitpunkt t2 und dem Anstichzeitpunkt t3 eingehalten werden sollen: g x t , M t = 0
    Figure imgb0022
     und h x t , M t ≤ 0 .
    Figure imgb0023
  • Beispiele möglicher Ungleichheitsnebenbedingung h können beispielsweise Vorgaben sein, dass bestimmte Änderungen der Winkelgeschwindigkeiten ωi oder bestimmte Verdrehungen Δϕi nicht überschritten werden. Auch kann vorgegeben werden, dass das jeweilige Moment, das zwischen aufeinanderfolgenden Elementen des modellierten Antriebssystems wirkt, bestimmte Grenzen nicht überschreitet.
  • Im Rahmen der Fortschreibung des Zustands x wird die Modellierung des Antriebssystems berücksichtigt, beispielsweise gemäß Gleichung (24), welche eine Abwandlung von Gleichung (7) darstellt: x ˙ ω x ˙ φ = A ω A ωφ A φω 0 ⋅ x ω x φ + b ω 0 M .
    Figure imgb0024
  • Das Optimierungsproblem gemäß Gleichung (16) kann analytisch gelöst werden, sofern dies möglich ist. Stets ist es möglich, das Optimierungsproblem numerisch zu lösen. Das numerische Lösen impliziert, dass Gleichung (16) nicht in einem Zeitkontinuum gelöst wird, sondern dass der sich vom Anfangszeitpunkt t2 zum Anstichzeitpunkt t3 erstreckende Zeitraum in kleine Zeitschritte unterteilt (diskretisiert) wird. Im Ergebnis wird somit ein Optimierungsproblem angesetzt, in das als Eingangsgrößen für eine Mehrzahl von diskreten Zeitpunkten t innerhalb des genannten Zeitraums das jeweilige Moment M des Antriebs 4 eingeht. Die aufgefundene Lösung entspricht dem gewünschten Momentverlauf M. Durch Minimieren bzw. Lösen des Optimierungsproblems wird somit der Momentverlauf M ermittelt.
  • Am elegantesten ist es, wenn das Modell 10 entsprechend der Darstellung in FIG 1 innerhalb der Steuereinrichtung 7 implementiert ist und damit auch das Optimierungsproblem von der Steuereinrichtung 7 gelöst wird. Alternativ ist es möglich, wie ebenfalls in FIG 1 dargestellt, dass die Steuereinrichtung 7 den Momentverlauf M unter Verwendung von Tabellen 15 ermittelt, die in der Steuereinrichtung 7 hinterlegt sind. Den Tabellen 15 werden in diesem Fall als Eingangsgrößen der Anstichzeitpunkt t3, die Walzgeschwindigkeit vW, das Walzmoment MW und der Anfangszustand x2 des Antriebssystems zugeführt. Der Abstand des Anfangszeitpunkts t2 vom Anstichzeitpunkt t3 kann der Steuereinrichtung 7 vorab bekannt sein. Wiederum alternativ ist es möglich, wie ebenfalls in FIG dargestellt, dass in der Steuereinrichtung eine Funktion fa der Zeit t hinterlegt ist. Die Funktion fa ist in diesem Fall mit Parametern a parametrierbar. In diesem Fall ist der Steuereinrichtung 7 der Momentverlauf M durch die Funktion fa gegeben. Die Steuereinrichtung 7 ermittelt in diesem Fall die Parameter a der Funktion fa anhand des Anstichzeitpunkts t3, der Walzgeschwindigkeit vW, des Walzmoments MW und des Anfangszustands x2 des Antriebssystems.
  • Im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise sind verschiedene Abwandlungen möglich. So ist es beispielsweise möglich, dass die Steuereinrichtung 7 den Momentverlauf M derart ermittelt, dass das von dem Antrieb 4 generierte Moment M und/oder das Beaufschlagungsmoment ML, mit dem die angetriebenen Walzen 3 beaufschlagt werden, während des gesamten sich vom Anfangszeitpunkt t2 zum Anstichzeitpunkt t3 erstreckenden Zeitraums größer als ein jeweiliger vorbestimmter Minimalwert ist. Mit diesem Sachverhalt ist nicht gemeint, dass man das Ergebnis "Momentverlauf M" bzw. "Verlauf des Beaufschlagungsmoments ML" betrachtet, dann den jeweiligen Minimalwert bestimmt und sodann zu dem Ergebnis kommt, dass der gesamte entsprechende Verlauf oberhalb des jeweiligen Minimalwertes liegt. Dies entspräche einer Vorgehensweise gemäß dem Motto "man schießt einen Pfeil ab; wo er trifft, ist das Ziel". Vielmehr wird umgekehrt der jeweilige Minimalwert vor der Ermittlung des Momentverlaufs M vorgegeben, also vor der Ausführung des Schrittes S2 von FIG 3. Die Ermittlung des Momentverlaufs M erfolgt dann so, dass der jeweilige Minimalwert eingehalten wird. Der vorbestimmte Minimalwert ist also eine einzuhaltende Bedingung für den Momentverlauf M. Erfolgt die Ermittlung des Momentverlaufs M durch Lösen des Optimierungsproblems von FIG 7, so geht der vorgegebene Minimalwert beispielsweise als Minimalwert Mmin in Gleichung (21) ein. Der Minimalwert kann insbesondere 0 sein oder größer als Null sein.
  • In analoger Weise ist es auch möglich, dass die Steuereinrichtung 7 den Momentverlauf M derart ermittelt, dass eine Drehbeschleunigung, mit der sich die Drehzahl ω1 des Antriebs 4 ändert, und/oder eine Drehbeschleunigung, mit der sich die Drehzahl ωn der angetriebenen Walzen 3 ändert, während des gesamten sich vom Anfangszeitpunkt t2 zum Anstichzeitpunkt t3 erstreckenden Zeitraums größer als ein jeweiliger vorbestimmter Minimalwert ist. Auch hier handelt es sich wieder um eine einzuhaltende Bedingung für den Momentverlauf M, nicht lediglich um ein sich einstellendes Ergebnis. Auch hier kann der Minimalwert insbesondere 0 sein oder größer als Null sein.
  • Weiterhin ist es möglich, dass die Steuereinrichtung 7 den Momentverlauf M derart ermittelt, dass ein Energieverbrauch des Antriebs 4 während des sich vom Anfangszeitpunkt t2 zum Anstichzeitpunkt t3 erstreckenden Zeitraums minimal wird. Dies kann insbesondere durch geeignete Vorgabe des Motormoments M' erreicht werden.
  • Nachstehend werden Versuchsergebnisse wiedergegeben, die durch eine Simulation von typischen Vorgehensweisen des Standes der Technik und erfindungsgemäßen Vorgehensweisen ermittelt wurden. Das Antriebssystem wurde hierbei in allen Fällen als Dreimassenschwinger modelliert.
  • In den FIG 8 bis 23 ist auf der Abszisse die Zeit in Sekunden angegeben, wobei der Anstichzeitpunkt t3 zum Zeitpunkt 1,0 s auftritt. Ab dem Zeitpunkt t3 muss somit das Walzmoment MW aufgebracht werden. Vor dem Anstichzeitpunkt t3 müssen für ein gleichförmiges Rotieren der angetriebenen Walzen 3 nur geringe Momente wirken. Auf der Ordinate ist in den FIG 8 bis 23 -jeweils normiert - eine Drehzahl bzw. ein Moment angegeben.
  • Die FIG 8 bis 11 zeigen Ergebnisse einer Vorgehensweise des Standes der Technik. Diese Ergebnisse sind aufgetreten, wenn das Antriebssystem vor dem Anstichzeitpunkt t3 auf der mit der Walzgeschwindigkeit vW korrespondierenden Solldrehzahl w* gehalten wurde und der zum Anstichzeitpunkt t3 auftretende Drehzahleinbruch nach dem Anstichzeitpunkt t3 durch die Moment- und Drehzahlregelung des Walzgerüsts 1 kompensiert wurde. FIG 8 zeigt den zeitlichen Verlauf der Drehzahl bzw. Winkelgeschwindigkeit ω1 des Antriebs 4, FIG 9 den zeitlichen Verlauf der Drehzahl bzw. Winkelgeschwindigkeit ωn der angetriebenen Walzen 3. In analoger Weise zeigen die FIG 10 und 11 den zeitlichen Verlauf des Motormoments M und des Beaufschlagungsmoments ML. Ersichtlich bricht die Drehzahl ωn der angetriebenen Walzen 3 nach dem Anstichzeitpunkt t3 ein. Gleiches gilt mit einer Verzögerung auch für den Antrieb 4. Bis zum Ausregeln des Drehzahleinbruchs vergehen mehr als 0,2 s.
  • Die FIG 12 bis 15 zeigen ebenfalls Ergebnisse einer Vorgehensweise des Standes der Technik. Diese Ergebnisse sind aufgetreten, wenn das Antriebssystem vor dem Anstichzeitpunkt t3 auf der Solldrehzahl w* gehalten wurde, die oberhalb der mit der Walzgeschwindigkeit vW korrespondierenden Walzenumfangsgeschwindigkeit vU liegt, und die Solldrehzahl w* ca. 50 ms nach dem Anstichzeitpunkt t3 auf den Wert reduziert wurde, der mit der Walzgeschwindigkeit vW korrespondiert. FIG 12 zeigt den zeitlichen Verlauf der Drehzahl bzw. Winkelgeschwindigkeit ω1 des Antriebs 4, FIG 13 den zeitlichen Verlauf der Drehzahl bzw. Winkelgeschwindigkeit ωn der angetriebenen Walzen 3. In analoger Weise zeigen die FIG 14 und 15 den zeitlichen Verlauf des Motormoments M und des Beaufschlagungsmoments ML. Ersichtlich bricht auch hier die Drehzahl ωn der angetriebenen Walzen 3 ein, wenn auch nicht ganz so stark wie bei der Vorgehensweise der FIG 8 bis 11. Mit einer Verzögerung bricht auch die Winkelgeschwindigkeit ω1 des Antriebs 4 ein. Auch hier wird bis zum Ausregeln des Drehzahleinbruchs eine Zeitspanne von mehr als 0,2 s benötigt. Besonders nachteilig ist die beim Reduzieren der Solldrehzahl w* auftretende Transiente des Motormoments M.
  • Die FIG 16 bis 19 zeigen Ergebnisse einer erfindungsgemäßen Vorgehensweise. Diese Ergebnisse sind aufgetreten, wenn das Antriebssystem vor dem Anfangszeitpunkt t2 auf der Solldrehzahl w* gehalten wurde, die mit der Walzgeschwindigkeit vW korrespondiert. Der Anfangszeitpunkt t2 liegt ca. 0,1 s vor dem Anstichzeitpunkt t3. FIG 16 zeigt den zeitlichen Verlauf der Drehzahl bzw. Winkelgeschwindigkeit ω1 des Antriebs 4, FIG 17 den zeitlichen Verlauf der Drehzahl bzw. Winkelgeschwindigkeit ωn der angetriebenen Walzen 3. In analoger Weise zeigen die FIG 18 und 19 den zeitlichen Verlauf des Motormoments M und des Beaufschlagungsmoments ML. Ersichtlich bricht die Drehzahl ωn der angetriebenen Walzen 3 zum Anstichzeitpunkt t3 nicht ein. Gleiches gilt für die Winkelgeschwindigkeit ω1 des Antriebs 4. Weiterhin ist ersichtlich, dass sich die Drehzahl ωn der angetriebenen Walzen 3 kurz vor dem Anstichzeitpunkt t3 erhöht und dass das - betragsmäßig - maximale Motormoments M unterhalb des Maximums der Vorgehensweisen gemäß den FIG 8 bis 11 bzw. gemäß den FIG 12 bis 15 liegt.
  • Bei der Vorgehensweise der FIG 16 bis 19 müssen der Antrieb 4 und die angetriebenen Walzen 3 kurz nach dem Anfangszeitpunkt t2 temporär abgebremst werden. Dies hat zur Folge, dass sowohl das Motormoments M als auch das Beaufschlagungsmoment ML kurz nach dem Anfangszeitpunkt t2 negativ werden. Mit der Vorgehensweise der FIG 20 bis 23, die ebenfalls Ergebnisse einer erfindungsgemäßen Vorgehensweise zeigen, kann dies vermieden werden.
  • Bei der Vorgehensweise der FIG 20 bis 23 liegt der Anfangszeitpunkt t2 ebenfalls ca. 0,1 s vor dem Anstichzeitpunkt t3. Das Antriebssystem wurde vor dem Anfangszeitpunkt t2 jedoch auf einer Solldrehzahl w* gehalten wurde, die deutlich unterhalb der mit der Walzgeschwindigkeit vW korrespondierenden Drehzahl liegt, konkret bei etwa 70 % dieser Drehzahl. Die entsprechende Reduzierung der Drehzahl kann problemlos beispielsweise dadurch erreicht werden, dass man den Antrieb 4 nach dem Auslaufen eines vor dem vorliegend betrachteten Walzgut 2 gewalzten Walzguts nach und nach auslaufen lässt, bis das Antriebssystem die gewünschte (niedrige) Solldrehzahl w* erreicht.
  • Der FIG 20 zeigt den zeitlichen Verlauf der Drehzahl bzw. Winkelgeschwindigkeit ω1 des Antriebs 4, FIG 21 den zeitlichen Verlauf der Drehzahl bzw. Winkelgeschwindigkeit ωn der angetriebenen Walzen 3. In analoger Weise zeigen die FIG 22 und 23 den zeitlichen Verlauf des Motormoments M und des Beaufschlagungsmoments ML. Ersichtlich wird nicht nur der Einbruch der Drehzahl ωn der angetriebenen Walzen 3 zum Anstichzeitpunkt t3 vermieden. Zusätzlich kann auch ein kontinuierlicher Anstieg der Drehzahlen ω1, ωn des Antriebs 4 und der angetriebenen Walzen 3 erreicht werden, wobei weiterhin auch das Beaufschlagungsmoment ML kontinuierlich ansteigt und darüber hinaus auch das Motormoment M zu jedem Zeitpunkt t oberhalb von 0 bleibt. Das Maximum des Motormoments M liegt nach wie vor unterhalb des Maximums der Vorgehensweisen gemäß den FIG 8 bis 11 bzw. gemäß den FIG 12 bis 15. Die Vorgehensweise der FIG 20 bis 23 ist sowohl robuster als auch energetisch effizienter als die Vorgehensweisen des Standes der Technik und die Vorgehensweise gemäß den FIG 16 bis 19. Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbesondere wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht der Drehzahleinbruch beim Anstich nachträglich ausgeregelt, sondern durch eine geeignete Vorsteuerung von vornherein gewährleistet, dass die Umfangsgeschwindigkeit vU der angetriebenen Walzen 3 und das auf die angetriebenen Walzen 3 wirkende Lastmoment ML zum Anstichzeitpunkt t3 bereits so eingestellt sind, dass sie genau mit den gewünschten Werten vW, MW korrespondieren. Dies wird durch die erfindungsgemäße vorausschauende Ermittlung des Momentverlaufs M für den Zeitraum vom Anfangszeitpunkt t2 bis zum Anstichzeitpunkt t3 gewährleistet. Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise kann der Drehzahleinbruch beim Anstich vollständig oder zumindest nahezu vollständig vermieden werden. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise kann ohne weiteres auch bei bestehenden Walzgerüsten nachträglich implementiert werden. Die Vorgehensweise ist unabhängig von der der Steuereinrichtung 7 unterlagerten Regelung. Die Inbetriebnahme und Überprüfung beispielsweise auf Stabilität kann unabhängig von anderen Reglern erfolgen.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Walzgerüst
    2
    Walzgut
    3
    angetriebene Walzen
    4
    Antrieb
    4'
    Umrichter
    4"
    Elektromotor
    5
    Antriebsstrang
    6
    Walzgutkopf
    7
    Steuereinrichtung
    8
    Steuerprogramm
    9
    Maschinencode
    10
    Modell
    11, 12
    Kopplungen
    13
    Federelemente
    14
    Dämpferelemente
    15
    Tabellen
    a
    Parameter
    A, Aω, Aωϕ Aϕω
    Matrizen
    bω, e
    Vektoren
    c1, ci,,cn-1
    Federkonstanten
    d1, di, dn-1
    Materialdämpfungen
    D1, Di, Dn
    Reibkoeffizienten
    fa
    Funktion
    J1, Ji, Jn
    Trägheitsmomente
    M
    Momentverlauf
    Mmin
    Minimalwert
    Mmax
    Maximalwert
    M, M2, M3, M'
    Motormoment
    ML
    Beaufschlagungsmoment
    MW
    Walzmoment
    Q
    Gewichtungsmatrix
    R
    Gewichtungsfaktor
    S1 bis S6
    Schritte
    t
    Zeit/Zeitpunkte allgemein
    t1, t2, t3
    Zeitpunkte
    T
    Zeitraum
    v
    Walzgutgeschwindigkeit
    vW
    Walzgeschwindigkeit
    x, x2, x3, x', xω, xϕ
    Zustände
    Δϕ1 , Δϕi, Δϕn-1
    Verdrehungen
    ω*, ω1, ωi, ωn
    Winkelgeschwindigkeiten

Claims (15)

  1. Betriebsverfahren für ein Walzgerüst (1), in dem ein einen Walzgutkopf (6) aufweisendes Walzgut (2) aus Metall gewalzt werden soll,
    - wobei einer Steuereinrichtung (7) für das Walzgerüst (1) vor dem Einlaufen des Walzgutkopfes (6) in das Walzgerüst (1) ein Anstichzeitpunkt (t3), eine Walzgeschwindigkeit (vW) und ein Walzmoment (MW) bekannt werden,
    - wobei der Anstichzeitpunkt (t3) derjenige Zeitpunkt ist, zu dem der Walzgutkopf (6) in das Walzgerüst (1) einlaufen soll, und das Walzgut (2) zum Anstichzeitpunkt (t3) mit der Walzgeschwindigkeit (vW) und dem Walzmoment (MW) gewalzt werden soll,
    - wobei die Steuereinrichtung (7) vor einem vor dem Anstichzeitpunkt (t3) liegenden Anfangszeitpunkt (t2) für einen Zeitraum, der sich vom Anfangszeitpunkt (t2) bis zum Anstichzeitpunkt (t3) erstreckt, einen Momentverlauf (M) für einen Walzen (3) des Walzgerüsts (1) über einen Antriebsstrang (5) antreibenden Antrieb (4) ermittelt und den Antrieb (4) während des Zeitraums gemäß dem ermittelten Momentverlauf (M) ansteuert,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steuereinrichtung (7) den Momentverlauf (M) ausgehend von einem zum Anfangszeitpunkt (t2) gegebenen Anfangszustand (x2) des Antriebs (4), des Antriebsstrangs (5) und der angetriebenen Walzen (3) des Walzgerüsts (1) derart ermittelt, dass die angetriebenen Walzen (3) des Walzgerüsts (1) zum Anstichzeitpunkt (t3) von dem Antriebsstrang (5) mit dem Walzmoment (MW) beaufschlagt werden und mit einer auf die Walzgeschwindigkeit (vW) abgestimmten Umfangsgeschwindigkeit (vU) rotieren.
  2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steuereinrichtung (7) den Momentverlauf (M) derart ermittelt, dass zum Anstichzeitpunkt (t3) der Antrieb (4), der Antriebsstrang (5) und die angetriebenen Walzen (3) des Walzgerüsts (1) mit miteinander korrespondierenden Drehzahlen rotieren und Änderungen der Drehzahlen den Wert Null aufweisen.
  3. Betriebsverfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steuereinrichtung (7) den Momentverlauf (M) unter Verwendung eines Modells (10) ermittelt, das den Antrieb (4), den Antriebsstrang (5) und die von dem Antrieb (4) angetriebenen Walzen (3) des Walzgerüsts (1) basierend auf mathematisch-physikalischen Gleichungen modelliert.
  4. Betriebsverfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Modell (10) den Antrieb (4), den Antriebsstrang (5) und die angetriebenen Walzen (3) des Walzgerüsts (1) als Mehrmassenschwingungssystem mit einer Anzahl von gedämpft-elastisch miteinander verbundenen Elementen modelliert.
  5. Betriebsverfahren nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steuereinrichtung (7) zur Ermittlung des Momentverlaufs (M) ein Optimierungsproblem ansetzt, in das als Eingangsgrößen für eine Mehrzahl von diskreten Zeitpunkten (t) innerhalb des Zeitraums das jeweilige Moment (M) des Antriebs (4) eingeht, und den Momentverlauf (M) durch Lösen des Optimierungsproblems ermittelt.
  6. Betriebsverfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steuereinrichtung (7) den Momentverlauf (M) unter Verwendung von in der Steuereinrichtung (7) hinterlegten Tabellen (15) ermittelt, denen als Eingangsgrößen der Anstichzeitpunkt (t3), die Walzgeschwindigkeit (vW), das Walzmoment (MW) und der Anfangszustand (x2) des Antriebs (4), des Antriebsstrangs (5) und der angetriebenen Walzen (3) des Walzgerüsts (1) zugeführt werden, oder dass der Steuereinrichtung (7) der Momentverlauf (M) durch eine in der Steuereinrichtung (7) hinterlegte parametrierbare Funktion (fa) der Zeit (t) gegeben ist und die Steuereinrichtung (7) die Parameter (a) der Funktion (fa) anhand des Anstichzeitpunkts (t3), der Walzgeschwindigkeit (vW), des Walzmoments (MW) und des Anfangszustands (x2) des Antriebs (4), des Antriebsstrangs (5) und der angetriebenen Walzen (3) des Walzgerüsts (1) ermittelt.
  7. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass im Anfangszustand (x2) der Antrieb (4), der Antriebsstrang (5) und die angetriebenen Walzen (3) des Walzgerüsts (1) mit miteinander korrespondierenden Drehzahlen rotieren und Änderungen der Drehzahlen den Wert Null aufweisen.
  8. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass im Anfangszustand (x2) die Umfangsgeschwindigkeit (vU) der angetriebenen Walzen (3) kleiner als die auf die Walzgeschwindigkeit (vW) abgestimmte Umfangsgeschwindigkeit (v) der angetriebenen Walzen (3) ist.
  9. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steuereinrichtung (7) den Momentverlauf (M) derart ermittelt, dass das von dem Antrieb (4) generierte Moment (M) und/oder ein Beaufschlagungsmoment (ML), mit dem die angetriebenen Walzen (3) des Walzgerüsts (1) angetrieben werden, während des gesamten Zeitraums größer als ein jeweiliger vorbestimmter Minimalwert ist.
  10. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steuereinrichtung (7) den Momentverlauf (M) derart ermittelt, dass eine Drehbeschleunigung, mit der sich eine Drehzahl des Antriebs (4) ändert, und/oder eine Drehbeschleunigung, mit der sich eine Drehzahl der angetriebenen Walzen (3) ändert, während des gesamten Zeitraums größer als ein jeweiliger vorbestimmter Minimalwert ist.
  11. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steuereinrichtung (7) den Momentverlauf (M) derart ermittelt, dass ein Energieverbrauch des Antriebs (4) während des Zeitraums minimal wird.
  12. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Zeitraum zwischen 50 ms und 200 ms liegt, insbesondere zwischen 75 ms und 150 ms.
  13. Steuerprogramm, das Maschinencode (9) aufweist, der von einer Steuereinrichtung (7) für ein Walzgerüst (1) zum Walzen eines einen Walzgutkopf (6) aufweisenden Walzguts (2) aus Metall abarbeitbar ist, wobei die Abarbeitung des Maschinencodes (9) durch die Steuereinrichtung (7) bewirkt, dass die Steuereinrichtung (7) ein Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche ausführt.
  14. Steuereinrichtung für ein Walzgerüst (1) zum Walzen eines einen Walzgutkopf (6) aufweisenden Walzguts (2) aus Metall, wobei die Steuereinrichtung mit einem Steuerprogramm (8) nach Anspruch 13 programmiert ist, so dass sie im Betrieb ein Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausführt.
  15. Walzeinrichtung zum Walzen eines einen Walzgutkopf (6) aufweisenden Walzguts (2) aus Metall,
    - wobei die Walzeinrichtung ein Walzgerüst (1) aufweist, in dem das Walzgut (2) gewalzt wird,
    - wobei das Walzgerüst (1) einen Antrieb (4), einen Antriebsstrang (5) und Walzen (3) aufweist,
    - wobei die Walzen (3) mittels des Antriebs (4) über den Antriebsstrang (5) antreibbar sind,
    - wobei die Walzeinrichtung eine Steuereinrichtung (7) für das Walzgerüst (1) aufweist,
    - wobei die Steuereinrichtung (7) als Steuereinrichtung (7) nach Anspruch 14 ausgebildet ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN119910037B (zh) * 2025-03-11 2025-12-05 西安理工大学 一种六辊可逆冷轧机转速跟踪控制方法、系统、设备及存储介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2746322C2 (de) * 1976-10-15 1982-08-05 Mitsubishi Denki K.K., Tokyo Vorrichtung zum Kompensieren des Drehzahlabfalls des Walzenantriebsmotors an einem Walzgerüst
DE19726586A1 (de) * 1997-06-23 1999-01-07 Siemens Ag Verfahren und Einrichtung zur Verringerung bzw. Kompensation von Drehzahleinbrüchen beim Einfädeln eines Walzgutes in ein Walzgerüst
JP2001150013A (ja) 1999-11-25 2001-06-05 Daido Steel Co Ltd 連続圧延設備のインパクトドロップ補償方法
EP2689864A1 (de) * 2012-07-27 2014-01-29 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Bearbeiten von Walzgut in einem Walzwerk

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2746322C2 (de) * 1976-10-15 1982-08-05 Mitsubishi Denki K.K., Tokyo Vorrichtung zum Kompensieren des Drehzahlabfalls des Walzenantriebsmotors an einem Walzgerüst
DE19726586A1 (de) * 1997-06-23 1999-01-07 Siemens Ag Verfahren und Einrichtung zur Verringerung bzw. Kompensation von Drehzahleinbrüchen beim Einfädeln eines Walzgutes in ein Walzgerüst
JP2001150013A (ja) 1999-11-25 2001-06-05 Daido Steel Co Ltd 連続圧延設備のインパクトドロップ補償方法
EP2689864A1 (de) * 2012-07-27 2014-01-29 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Bearbeiten von Walzgut in einem Walzwerk

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANTONELLA SCAGLIAGRAZIANO MELANDRI: "Impact Speed Drop Compensation Procedure for a new layout Wire Rod Mill", PROCEEDINGS OF 28TH ANNUAL CONFERENCE OF THE INDUSTRIAL ELEKTRONICS SOCIETY (IECON, 2002, pages 573 - 578, XP010633220, DOI: 10.1109/IECON.2002.1187571
BANNACK A ET AL: "GLEICHLAUFREGELUNG VON MASCHINEN MIT ELASTISCH VERKOPPELTEN ANTRIEBSSTRAENGEN", STAHL UND EISEN, MAENKEN KOMMUNIKATION GMBH, vol. 118, no. 6, 16 June 1998 (1998-06-16), pages 97 - 101, 148, XP000769960, ISSN: 0340-4803 *

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