Beschreibung
Verfahren und Einrichtung zur Voreinstellung der Planheit eines Walzbandes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Einrichtung zur Voreinstellung der Planheit eines Walzbandes durch Voreinstellung des Walzspaltprofils eines Walzgerüstes zum Walzen eines Walzbandes, bei dem das Walzspaltprofil durch Stellwerte für das Walzspaltprofil beeinflußt wird und bei dem die Zugspannungsverteilung über das Walzspaltprofil eingestellt wird, wobei die Stellwerte für das Walzspaltprofil mittels eines Walzspaltprofilmodells, daß das Walzspaltprofil berechnet, ermittelt werden.
Zur Vermeidung von Unplanheiten beim Walzen, insbesondere beim Kaltwalzen, muß Einflüssen, die das benötigte Walzspaltprofil der Walzen stören, durch entsprechendes Einstellen der Planheitsstellglieder entgegengewirkt werden. Bis die dazu verwendete Planheitsregelung sich eingeregelt hat, wird ein Walzprodukt minderer Qualität, das sogenannte Abmaß, erzeugt. Um dieses Abmaß möglichst gering zu halten und den Walzbetrieb sicherer zu gestalten, ist es Aufgabe der Erfindung, die Walzstraße derart einzustellen, daß das Walzband von An- fang an die richtige Planheit aufweist. Dazu wird eine Voreinstellungsfunktion benötigt. Diese soll beim Stichbeginn, d.h. bei Einlauf des zu walzenden Bandes, den einzustellenden Summencrown, d.h. das Walzspaltprofil, möglichst genau voraus ermitteln und die Planheitsstellglieder entsprechend einstel- len.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. eine Einrichtung gemäß Anspruch 13 gelöst. Dabei werden bei einem Verfahren bzw. einer Einrichtung zur Voreinstellung des Walzspaltprofils eines Walzgerüstes zum
Stellwerte für das Walzspaltprofil beeinflußt wird, und bei dem die Zugspannungsverteilung über das Walzspaltprofil beeinflußt wird, die Stellwerte für das Walzspaltprofil mittels eines Walzspaltprofilmodells, daß das Walzspaltprofil berech- net, ermittelt, wobei das errechnete Walzspaltprofil oder eine äquivalente Größe mit einem Korrekturwert zu einem korrigierten errechneten Walzspaltprofil verknüpft wird, und wobei das Walzspaltprofilmodell mittels des Korrekturwertes an das tatsächliche Walzspaltprofil des Walzgerüstes angepaßt bzw. adaptiert wird. Es hat sich gezeigt, daß mittels dieses Verfahrens eine besonders präzise Voreinstellung des Walzspalt- profils erreicht wird.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung werden das kor- rigierte errechnete Walzspaltprofil und das tatsächliche
Walzspaltprofil miteinander verglichen und auf der Basis dieses Vergleichs, insbesondere mittels Wichtung mit einer Lernfunktion, ein neuer, aktualisierter Korrekturwert ermittelt.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird das tatsächliche Walzspaltprofil aus, insbesondere gemessenen, Werten für die Zugspannungsverteilung ermittelt. Die Bestimmung des tatsächlichen Walzspaltprofils aus der Zugspannungsverteilung ist ein besonders geeignetes Verfahren zur Bestimmung des Walzspaltprofils.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird bei Einlauf des Walzbandes das Walzspaltprofil zunächst gemäß der Stellwerte für das Walzspaltprofil, die mittels des Walz- spaltprofilsmodells berechnet werden, eingestellt und das
Walzspaltprofil danach gemäß Stellwerten für das Walzspaltprofil, die mittels einer Planheitsregelung berechnet werden, eingestellt. Dabei übernimmt die Planheitsregelung die Einstellung der Stellwerte vorteilhafterweise nach Vorliegen von Meßwerten für die Zugspannungsverteilung bzw. nach Einrege-
lung der Planheitsregelung. Während das Walzspaltprofil durch die Planheitsregelung eingestellt wird, wird der Korrekturfaktor für das Walzspaltprofilmodell neu berechnet. Dabei werden vorteilhafterweise dieselben Meßwerte für die Zugspan- nungsverteilung wie für die Planheitsregelung verwendet . Auf diese Weise kann das Walzspaltprofilmodell ohne zusätzliche Meßwerte korrigiert werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß viele Meßwerte für die Korrektur des Walzspaltprofilmo- dells zur Verfügung stehen, so daß eine besonders gute Kor- rektur des Walzspaltprofilmodells erreicht wird.
Weitere Vorteile und erfinderische Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, anhand der Zeichnungen und in Verbindung mit den Unteransprü- chen. Im einzelnen zeigen:
FIG 1 den funktionalen Ablauf des erfindunsgemäßen Verfahrens zur Voreinstellung des Walzspaltprofils FIG 2 eine Planheitsregelung.
FIG 1 zeigt den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Voreinstellung des Walzspaltprofils. Bei Einlauf eines Walz- bandes in das Walzgerüst 1 wird das Walzspaltprofil zunächst gemäß der Stellwerte cactuator für das Walzspaltprofil einge- stellt. Die Stellwerte cactuacor werden mittels des Walzspaltprofilmodells 5 in Abhängigkeit des vorgegebenen Bandprofils cp und von Sollwerten Δσ* für die Zugspannungsverteilung ermittelt. Um eine besonders präzise Voreinstellung des Walzspaltprofils zu erreichen, wird das Walzspaltprofilmodell 5 an das tatsächliche Walzspaltprofil angepaßt. Dazu wird zunächst die Zugspannungsverteilung Δσ gemessen. Aus der Zugspannungsverteilung Δσ wird mittels einer Bandprofilermittlung 2 das aktuelle Bandprofil cactuai ermittelt. Dieses wird mittels eines Vergleichers 3 mit einem korrigierten errechneten
Walzspaltprofil cSUm verglichen, das mittels des Walzspaltprofils 5 ermittelt wird. Auf ragsgröße des Vergleichers 3 ist ein Wert Δσ, der ein Maß dafür darstellt, wie ein Korrekturwert k zur Anpassung des Walzspaltprofilmodells 5 an das tat- sächliche Walzspaltprofil angepaßt wird. Die Anpassung des Korrekturwerts k erfolgt mittels einer Korrekturwertermittlung 4.
Die in FIG 1 gestrichelt dargestellten Datenflüsse, d.h. cp, Δσ* und cactuator beziehen sich auf die Voreinstellung des
Walzgerüstes 1. Die durchgezogen dargestellten Datenflüsse, d.h. die Datenflüsse für Δσ, cactuai/ cSUπ Δk und k beziehen sich auf die Adaption des Walzspaltprofilmodells 5. Dieses Training findet vorteilhafterweise dann statt, wenn das Walz- spaltprofil geregelt wird. Eine solche Regelung zeigt FIG 2. Dabei bezeichnet Bezugszeichen 6 ein Walzgerüst, dessen Walzspaltprofil gemäß Stellwerten cactuator,control mittels einer Planheitsregelung 7 in Abhängigkeit der Zugspannungsverteilung Δσ und der Sollzugspannungsverteilung Δσ* eingestellt wird.
Die funktionalen Abläufe gemäß FIG 1 und FIG 2 werden im folgenden in detaillierterer Form erläutert.
Aufgabe der Planheitsregelung ist es, alle Stellglieder, die einen Einfluß auf das Walzspaltprofil haben, so einzustellen, daß die der geforderten Sollkurve entsprechende Bandspannungsverteilung über die Bandbreite möglichst gut erreicht wird. Dabei sind die unterschiedlichen Einflußfaktoren, soge- nannte Stellgliedwirksamkeiten, der einzelnen Stellglieder auf das Walzspaltprofil zu beachten.
Neben den Stellgliedern gibt es eine Reihe weiterer Einflußgrößen, deren Wirkung am Walzspalt durch die Stellglieder kompensiert werden muß. Diese Einflüsse sind
- der mechanische Crown Cm, d.h. der mechanische Ballen durch Walzenschliff
- der Verschleißcrown Cw, d.h. der Walzenabrieb
- der Temperaturcrown Ct, d.h. die Verformung der Walzen durch Änderung des thermischen Zustandes - der Crown Cfr des Walzensatzes infolge der Walzkraft, d.h. die Durchbiegung der Walzen infolge der an den Stützwalzen angreifenden Walzkraft
- das vorgegebene Bandprofil Cp, d.h. die Bandquerschnittsform des Warmbandes
Diese können zum Teil nur näherungsweise bestimmt werden. Die Summe dieser Werte unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Vorzeichen wegen der Wirkungsrichtung im Walzspalt addiert um einen oder multipliziert mit einem Korrekturwert k ergibt das erfindungsgemäß verwendete Crownmodell. Grundsätzlich gilt, daß sich alle Anteile im Walzspalt additiv überlagern, entsprechend ergibt sich der modellierte Walzspalt Csum aus
Cmod = "Cm + Cw - Ct + fr + Cp + k .
Dabei ist
- der mechanische Crown cm (Walzenschliff) konstant zwischen 2 Walzenwechsel
- der Verschleißcrown c„ (Walzenabrieb) abhängig von der gewalzten Bandlänge und der Walzkraft
- der Temperaturcrown ct (Verformung durch Änderung des thermischen Zustandes) zeitabhängig
- der Crown Cfr des Walzensatzes infolge der Walzkraft (Verformung durch an den Stützwalzen angreifende Walzkraft) zeitabhängig
- das vorgegebene Bandprofil cp (Bandquerschnittsform des Warmbandes)
Aus den näherungsweise ermittelten Systemeinflüssen und der Sollkurve kann ein Näherungswert csum,ps für den voreinzustellenden Crown berechnet werden. Dieser wird im folgenden Sum- mencrown bezeichnet .
Cgum = Csp + Cmod = Csp - Cm + Cw - Ct + Cfr + Cp + k
wobei csp der Crown aus der Sollkurve ist. Er stellt die gewünschte Bandspannungsverteilung dar. Die Sollkurve enthält dabei nicht die Bundformkorrektur, d.h. Csp=f(Δσ*).
Csum wird als Voreinstellungswert cacCuator zum Einstellen der
Planheitsstellglieder verwendet. Diese Stellgröße ist dieselbe, die bei aktiver Regelung für diese Aufgabe eingesetzt wird.
Mit cactuator werden die Stellwerte für die Planheitsstellglieder bestimmt. Dabei gelten die Zusammenhänge der Form:
Ca tuator = Sf ι ,ps SPι , ps + ef2 ,ps + SP2.ps + • • • + Gfn,ps Spn , ps wobei - efi,pS die Wirksamkeitsfaktoren der Stellglieder zum Zeitpunkt der Voreinstellung. Diese sind aus den aktuellen Bunddaten zu ermitteln spi,ps die voreinzustellenden Stellwerte sind.
Ein cactuator kann bei i>l durch unendlich viele Stellwertkombinationen erzielt werden.
Für das Finden geeigneter Stellwertkombinationen zur Erreichung von Cacuaor werden deshalb Algorithmen verwendet, die mit zweckmäßigen Strategien die Stellwertkombinationen ergeben. Dabei wird das schnelle Stellglied für Biegen so auf einen positiven Wert gesetzt, daß dieses Stellglied sowohl in Richtung positiver, vor allem aber in Richtung negativer Biegung genügend Regelreserve besitzt. Nur wenn der einzustellende Crown, d. h. das Walzspaltprofil, so nicht erreicht werden kann, wird dieser Wert verlassen.
Ähnlich wie bei der Voreinstellung des einzustellenden Crowns kann während des Walzbetriebes der Istcrown als Summencrown berechnet werden. Dieser ist nun abhängig von der Zeit t und vom thermischen Zustand des Gerüstes:
Csum ( t ) = Csp V t ) + Cmod ( t )
= Csp ( t ) - Cm + C„ ( t ) + Ct ( t ) + C fr ( t ) + Cp + k ( t )
Dabei sind cm der mechanische Crown (der Walzenschliff) , konstant zwischen 2 Walzenwechsel cw(t) der Verschleißcrown (der Walzenabrieb) , abhängig von der gewalzten Bandlänge und der Walzkraft c (t) der Temperaturcrown (Verformung durch Änderung des thermischen Zustandes) , zeitabhängig
Cfr(t) der Crown des Walzensatzes infolge der Walzkraft
(Verformung durch die an den Stützwalzen angreifende Walzkraft) , zeitabhängig cp das vorgegebene Bandprofil (Bandquerschnittsform des Warmbandes) , konstant während eines Stichs k(t) der bisherige Korrekturwert
Bei aktiver Regelung werden die Stellglieder durch den Planheitsregler ständig nachoptimiert. Die jeweils aktuellen
Stellwerte spι(t) sind bekannt. Daraus läßt sich mit der Beziehung
Cactuator (t) = βfi ( Cd * SPι(t) + βf2 (cd) * Sp2 ( ) + . . . + efn (Cd) * Spn(t) der aktuell durch den Regler eingestellte Summencrown cactuator (t) ermitteln.
Der tatsächliche Walzspaltcrown wird über die augenblicklich vorliegende Bandspannungsverteilung ermittelt, die von einem Spannungsmeßgerät ständig gemessen wird. Die Formel für die Ermittlung aus der Bandspannungsverteilung ist:
Dabei ist
x die Position eines Spannungsmeßpunkts über die Bandbreite gesehen Δσ (x) Bandspannungsabweichung an der Stelle x der Bandbreite zum Zugspannungsmittelwert hstrip Banddicke E E-Modul des Bandmaterials
Somit steht der Istcrown als Vektor Cactual zur Verfügung. Der mit dem Summencrown ermittelte Wert kann nun mit dem Istcrown verglichen werden. Man erhält dadurch den Fehler im Mo- dellcrown. Δk = Cac ual(t) - CSUm(t)
Der in Csum(t) enthaltene Korrekturwert k kann somit optimiert werden. Um von Meßfehlern möglichst unabhängige, zuverlässige Werte für k zu erhalten, wird k mit Hilfe eines integralen Reglers langsam gelernt:
k + VEARN * Δk
VEARN ist dabei der Einstellparameter für die Lerngeschwindigkeit. VLEARN ist vorteilhafterweise 0,01 bis 0,1.
Das Lernen des Korrekturwertes wird bei aktiver Regelung z.B, etwa alle 10 Sekunden durchgeführt.
Der Korrekturwert k fällt in Abhängigkeit von den Bund- und Gerüstdaten wie Banddicke, Bandbreite, Arbeitswalzendurchmesser und Walzkraft deutlich unterschiedlich aus. Da die genau- en funktionalen Beziehungen aber nicht bekannt sind, muß k
(t) für eine Reihe einzelner, fester Stützwerte gelernt werden, für Werte zwischen diesen gelernten Werten ist zu interpolieren.
Umgekehrt ist für Zwischenwerte der Korrekturwert k(t) für die nächstliegendsten Stützwerte zu lernen. Dies muß mit einer Gewichtung entsprechend der Entfernung vom Zwischenwert zum Stützwert erfolgen. Es ist also sowohl beim Lernen wie auch bei der Abfrage zu interpolieren. Die dargestellten Zusammenhänge, Variablen und Formeln beziehen sich jeweils auf eine Position x über die Breite des Metallbandes, sind also eine Funktion f (x) . Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in der Regel die ausdrückliche Bezugnahme auf x in der Beschreibung und in den Patentansprüchen nicht erfolgt.