[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Betrieb einer mehrgerüstigen
Walzstraße. Die Einrichtung kann dabei sowohl in einer Kaltwalzstraße als auch in
anderen Walzwerken, z.B. in einem Warmwalzwerk eingesetzt werden.
[0002] Die Inbetriebnahme- und Optimierungsphase, aber auch der Betrieb nach einer Modernisierung
bei einem Wiederanwalzen einer mehrgerüstigen Walzstraße bereitet Schwierigkeiten.
Zum einen stellen die einzelnen Gerüste Stellglieder mit eigener walztechnologischer
Intelligenz, d.h. eigenständiger Regelung (bei lediglich übergeordneter Sollwertgebung)
dar, die sich auch in getrennter Zuordnung von Regelungs- und Steuer-Hardware zu den
einzelnen Gerüsten dokumentiert, so daß das Zusammenspiel der einzelnen Gerüste und
deren Bedienungspersonal bis zum Erreichen eines optimalen Walzvorgangs ein gehöriges
Maß an Zeit und Aufwand erfordert. Zum anderen gefährdet die Testphase infolge von
noch nicht festgelegten Betriebsparametern die Anlage.
[0003] Es ist deshalb sinnvoll, Regelungsvorgänge vorab an Modellen zu testen.
[0004] Dazu sind bisher lediglich generell mechanische Teilmodelle entwickelt worden. Mechanische
Modelle sind sehr kostenintensiv und können auch nicht ohne weiteres zu einer die
gesamte Walzstraße umfassenden Modellanlage zusammengeschaltet werden. Das Vervielfachen
von Hardwaremodellen, z.B. für eine 5- oder 6-gerüstige Tandemstraße ist auch sehr
teuer. Daher werden zur Zeit alle technologischen Regelungen dezentral gebaut (also
in mehreren verschiedenen Elektronikschränken) und von mehreren Personen getestet
und in Betrieb genommen. Dies verlangt eine sehr straffe Koordination der Tätigkeit
der beteiligten Personen.
[0005] Darüber hinaus sind zumeist die Ersteller der mechanischen Modelle und die Anwender
nicht die gleiche Person. Sie gehören in der Regel auch zu verschiedenen Firmen. Es
ist aber sehr wichtig, daß der Regelungsspezialist seinen eigenen Simulator (Stellglied)
mathematisch und physikalisch kennt, damit er seine Regelungen optimal einstellt.
Dies ist zur Zeit oft nicht gewährleistet.
[0006] Soweit Softwaremodelle (in mathematischer Beschreibung von Einzelelementen einer
Walzstraße) bisher angewendet wurden, sind sie für den Walzwerkspraktiker in schwer
zu verstehenden Programmiersprachen (z.B. Assembler o.ä.) erstellt worden. Diese Modellprogramme
laufen außerdem meistens auf speziellen Rechnern und sind daher nicht kompatibel mit
den üblichen Anwenderprozessoren.
[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Betrieb einer mehrgerüstigen
Walzstraße anzugeben, mit der der Aufwand und die Zeit für die Einzelfunktionstests
und für die Inbetriebnahme einschließlich der Optimierungsphase sowie für ein erneutes
Anwalzen, z.B. nach Modernisierungen an der Walzstraße, deutlich verringert wird und
gleichzeitig eine gefahrlose Schulung des Betreiber-personals während des Betriebes
sowie eine leichte und sichere Funktionserweiterung ohne Beschädigung von Elementen
der Walzstraße möglich ist.
[0008] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale
gelöst.
[0009] Damit ist vorteilhafterweise eine kompakte Bauweise von sonst umfangreichen Anlagenteilen
möglich. So kann sich der Aufwand um ca. 30 % reduzieren. Die Personalkosten in der
Software-erstellung und Implementierung sowie die Hardwarekosten werden ebenfalls
um etwa die Hälfte verringert. Infolge des Einsatzes des einfachen, als physikalische
Nachbildung der walzwerks-technologischen Zusammenhänge konzipierten Simulations-Modells
in Verbindung mit der zentralen Regelungsvorrichtung können alle Funktionen im geschlossenen
Regelkreis mit allen Stellgliedern und durch Simulation der Mechanik auf dynamisches
Verhalten mit wenig Personal, d.h. in der Regel von einem einzigen Spezialisten, projektiert
und optimiert werden. Gleichzeitig wird eine schnelle und sichere Projektierung und
Inbetriebnahme der Walzstraße durch ständige begleitende Tests mit dem Simulations-Modell
erreicht. Es ergibt sich somit eine leichte und effektive Schulung des Personals sowohl
herstellerals auch betreiberseitig. Eine sichere Funktionserweiterung der Walzstraße
ist durch eine Primärprüfung anhand des Simulations-Modells jederzeit durchführbar.
Eine Optimierung der Visualisierung für den Anlagenbediener (Walzer) durch wiederholte
Walzsimulation während der Testphase kann erreicht werden. Vorab-Vorführungen der
Walzstraße in weitgehend simuliertem Betrieb sind jederzeit möglich. Die zentrale
Regelungsvorrichtung ist gleichzeitig die Zentrale für alle relevanten technologischen
Meßgrößen. Damit lassen sich wichtige Meßwerte und Zustände in Echtzeit erfassen und
auswerten. Diese Erfassung (über einen PC) ist um ein Vielfaches kostengünstiger und
zeitechter als mittels der bisher verwendeten Systeme. Beim Wiederanwalzen einer modernisierten
Walzstraße wird die Walzmannschaft an dem Simulations-Modell geschult, so daß in der
Lernphase, trotz möglicher Fehlbedienung, keine mechanischen Schäden verursacht werden.
Dadurch ist die Lernphase beim Betreiberpersonal sehr kurz und effektiv. Walzmotoren,
Walzspaltsysteme und Arbeitswalzenbiegungen sind als Stellglieder ohne eigene technologische
Intelligenz ausgebildet. Damit wird von einer Stelle, nämlich nur von der zentralen
Regelungsvorrichtung, die gesamte Walztechnologie geregelt und beeinflußt.
[0010] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Einrichtung nach der Erfindung sind in den Ansprüchen
2 bis 14 angegeben.
[0011] Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine Anordnung von Geräten für eine Simulation mit dem Simulations-Modell und
der zentralen walztechnologischen Regelungsvorrichtung,
Fig. 2 das Prinzipschaltbild einer Anbindung des Simulations-Modells an die walztechnologischen
Regelungen,
Fig. 3 das Prinzipschaltbild eines Grundmodells zur Antriebsregelung innerhalb des
Simulations-Modells und
Fig. 4 das Prinzipschaltbild für ein Bandverlaufmodell innerhalb des Simulations-Modells.
[0012] In Fig. 1 ist eine zentrale Regelungsvorrichtung 1 für eine mehrgerüstige Walzstraße
(z.B. eine 4-gerüstige Tandemstraße) in prinzipieller Andeutung von Elektronik-Regelungsmagazinen
dargestellt. In einer solchen zentralen Regelungsvorrichtung 1 sind folgende Regelungen
und Funktionen zusammengefaßt:
- Alle Dickenregelfunktionen für die einzelnen Gerüste mit einzelnen Dickenvorsteuerungen
und Monitorregelungen.
- Walzkraftabhängige Walzgutzugsollwertadaption.
- Automatische Setupadaption (Setupoptimierung).
- Automatische Speicherung von verwendeten Sollwerten für einen Stichplanspeicher und
walzgutlängenabhängige Erfassung von Meßwerten für einen Prozeßrechner.
- Walzkraftabhängige Biege-Sollwertvorgabe für Arbeitswalzenbiegung.
- Fließend umschaltbare Walzgutzugregelungen über Walzspalt und über Walzgeschwindigkeit.
- Walzgutverfolgung für die Ein- und Ausfädelphase des Walzguts.
- Einfädel- und Ausfädeltechnologie mit automatischer Walzgutzugaufbau- und Walzgutzugabbauregelung;
automatische Walzkraftentlastung.
- Halbautomatische Lastverteilung in den Gerüsten mit automatischer Anpassung der entsprechenden
Dickensollwerte.
- Erfassung und Aufbereitung von Meßwerten für eine graphische Auswertung.
- Serieller Datenaustausch mit Dickenmeßgeräten.
- Bildung von Zusatzwerten für die Stellglieder einer Anstellungsregelung, einer Geschwindigkeitsregelung
der Walzmotoren und einer Arbeitswalzenbiegung.
[0013] Ferner wird in der zentralen Regelungsvorrichtung 1 eine Erfassung und eine vorbereitende
Visualisierung aller walztechnologischen Meßwerte und Walzzustände mit einem nach
walztechnologischen Bedürfnissen aufgebauten Visualisierungsbild vorbereitet und über
eine Übertragungsleitung 11 von einem Karten-PC 13 an einen Anzeigemonitor 12 übertragen.
[0014] Ferner ist bei der zentralen Regelungsvorrichtung 1 über eine weitere Verbindungsleitung
8 ein serieller Datenaustausch mit einem Walzprogrammrechner 3 (z.B. einen Stichplanspeicher
oder ein mathematisches Walzmodell) vorgesehen.
[0015] Zusätzlich erfolgt von der zentralen Regelungsvorrichtung 1 eine serielle oder parallele
Kommunikation mit einem Simulations-Modell 2 über Link-Leitungen 7.
[0016] Außerdem läuft von der zentralen Regelungsvorrichtung 1 eine Verbindungsleitung 10
zu einem einen Bildschirm 6 und einen (nicht näher dargestellten) Drucker aufweisenden
PC 5 zur Auswertung bzw. Aufzeichnung von Prozeßvariablen und -signalen.
[0017] Schließlich ist die zentrale Regelungsvorrichtung 1 über eine Verbindungsleitung
9 mit einem zentralen Test-Steuer-Pult 4 verbunden.
[0018] Das Simulations-Modell 2 umfaßt als Nachbildungen mehrere oder sämtliche folgende
Glieder, die walztechnologisch entsprechend der Reihenfolge der Gerüste innerhalb
der Walzstraße miteinander verbunden sind und an die zentrale Regelungsvorrichtung
1 ihre Istwerte in Realzeitverhalten abgeben:
- Stromrichtergespeiste Walzmotoren mit ihrer Drehzahlregelung und ihrem Stromreglerverhalten
sowie mit zusätzlicher Verformung- und Bandzugbelastung unter Berücksichtigung gegenseitiger
Lastbeeinflussung über das Walzgut.
- Walzkraftmodelle der Gerüste mit Einflüssen von Walzspalt, Walzgeschwindigkeit, Rück-
und Vorzug und Vorverformung.
- Positionsregelungen der Anstellung und der Walzspaltregelung der Gerüste.
- Zugistwertbestimmung des Walzguts mit einer Materialflußverrechnung und Geschwindigkeitseinfluß.
- Walzgutlaufzeitnachbildung und -auswirkung auf Motorbelastung, Walzspalt und Zugistwerte
des Walzguts.
- Leitsollwertgeber mit einer Funktion "konstante Walzgutanfangs- und Walzgutendgeschwindigkeit".
- Arbeitswalzenbiegung.
- Handkorrekturen auf die Walzgeschwindigkeit.
[0019] Die jeweilige Anzahl der vorgenannten Glieder ist dabei durch die entsprechenden
Elemente der zu betreibenden Walzstraße vorgegeben.
[0020] Die lauffähigen Simulatorprogramme der einzelnen Glieder des Simulations-Modells
liefern folgende Meßwerte: Bandzüge, Walzkräfte, Walzgeschwindigkeiten, Leitsollwert,
Biegeistwerte, Dickenabweichungen, Motorströme (im die Motoren speisenden Stromrichter)
und Ventilströme der hydraulischen Anstellungsregelung. Damit die Modelle dem Simulations-Modell
2 die obengenannten Signale liefern können, brauchen sie u.a. folgende Werte und Signale:
Banddicke vor dem ersten Walzgerüst, Walzspaltposition der einzelnen Gerüste (Setup-Wert).
Positionzusatzwerte für die Seiten A und B der Walzen, Geschwindigkeitszusatzwerte
für die einzelnen Gerüste, Biegesollwerte für die Walzen der einzelnen Gerüste, Walzgutverfolgungssignale
für die Position des Walzguts beim Eintritt in den bzw. beim Austritt aus dem jeweiligen
Walzspalt sowie ein Signal, daß der Leitsollwert größer als Null ist (LSW > 0), nämlich,
daß die Anlage in Betrieb ist. Alle diese Signale und Daten werden über die Linkverbindungen
7 zwischen dem Simulations-Modell 2 und der zentralen Regeleinrichtung 1 ausgetauscht.
[0021] Fig. 2 zeigt die prinzipielle Anbindung einer im Simulations-Modell 2 nachgebildeten
Walzstraße, hier am Beispiel einer Tandemstraße mit vier Gerüsten G1 bis G4, an die
zentrale Regelungsvorrichtung 1 und die Verbindungen zum Karten-PC 13 mit dem Anzeigemonitor
12.
[0022] Das Simulations-Modell 2 umfaßt Walzspalt-Modelle für die Gerüste G1 bis hier z.B.
G4. Diese Modelle geben entsprechende Istwerte XFW1 bis XFW4 der Walzkraft an die
zentrale Regelungsvorrichtung 1 ab und dort speziell an eine Materialflußverfolgung
MFV, an Walzkraftregelungen FW-Reg für die Gerüste G1 bis G4, an Sollwertgeber W-Bieg
für die Walzenbiegungen der Gerüste G1 bis G4 und an die Dickenregelungen DR1 und
DR4 für die Gerüste G1 und G4. Zu diesem Zweck erhalten die Walzspalt-Modelle entsprechende
Istwerte XWSP1 bis XWSP4 von Modellen einer Anstellungsregelung. Die Walzspalt-Modelle
für die Gerüste G1 bis G4 liefern außerdem Walzspaltistwerte XS1 bis XS4 an Modelle
für Bandzugistwerte XFZ1/2 und XFZ3/4 zwischen den Gerüsten G1 und G2 bzw. G3 und
G4. Diese Bandzugistwerte XFZ1/2 und XFZ3/4 gehen in die zentrale Regelungsvorrichtung
1 und zwar an die Materialflußverfolgung MFV und an die Bandzugregelungen FZ-Reg für
die Bandzüge zwischen den Gerüsten G1 und G2, G2 und G3 sowie G3 und G4.
[0023] Das Simulations-Modell 2 umfaßt ferner Modelle der Walzmotoren für die Walzen in
den Gerüsten G1 bis G4. Diese Modelle für die Walzmotoren erhalten von einem Modell
LSW den übergeordneten Leitsollwert XLSW. Außerdem werden ihnen von den Bandzugregelungen
FZ-Reg Stellbefehle Delta V1 bis Delta V4 für Drehzahlabweichungen der Walzmotoren
sowie die Bandzugistwerte XFZ1/2 und XFZ3/4 von den Modellen für die Bandzugistwerte
für die Bandzüge zwischen den Gerüsten G1 und G2 bzw. G3 und G4 zugeführt. Die Modelle
für die Walzmotoren liefern entsprechende Drehzahlistwerte XV1 bis XV4 der Walzmotoren
der Gerüste G1 bis G4 an die Modelle für die Bandzugistwerte und an die Materialflußverfolgung
MFV sowie Drehzahlistwerte XV1 und XV4 der Motoren der Gerüste G1 und G4 an ein Modell
von Dickenabweichungen am Gerüst G1 und am Gerüst G4.
[0024] Das Modell der Dickenabweichungen am Gerüst G1 und am Gerüst G4 gibt die aus den
Istwerten der Motordrehzahlen XV1 und XV4 ermittelten Dickenabweichungen Delta H1
und Delta H4 an die Dickenregelungen DR1 und DR4 innerhalb der zentralen Regelungsvorrichtung
1.
[0025] In der zentralen Regelungsvorrichtung 1 beeinflussen die Dickenregelungen DR1 und
DR4 mit Signalen Delta WS1 und Delta WS4 entsprechend der Abweichung des Walzspalts
an den Gerüsten G1 und G4 und die Bandzugregelungen FZ-Reg eine SW (Sollwert)-Anstellung
für die Walzspalte der einzelnen Gerüste G1 bis G4, die Walzspalt-Zusatzsollwerte
Delta WS1 bis Delta WS4 entsprechend den Abweichungen der Walzspalte an den Gerüsten
G1 bis G4 an die Modelle der Walzmotoren abgibt.
[0026] Die Materialflußverfolgung MFV steuert innerhalb der zentralen Regelungsvorrichtung
1 die Bandzugregelungen FZ-Reg, die SW (Sollwert-)Anstellung für die Walzspalte, die
Dickenregelungen DR1 und DR4 für die Gerüste G1 und G4, die Walzkraftregelung FW-Reg
sowie die Sollwertgeber W-Bieg, die Walzen-Biegesollwerte WBieg1 bis WBieg4 für die
Gerüste G1 bis G4 an Modelle für die Biegeregelung innerhalb des Simulations-Modells
2 liefern. Daraus ermitteln diese Modelle für die Biegeregelung die Istwerte XBieg1
bis XBieg4 der Walzenbiegungen an den einzelnen Gerüsten G1 bis G4.
[0027] Sowohl die Walzspaltmodelle, die Bandzugistwertmodelle, das Leitsollwertmodell, die
Modelle für die Dickenabweichungen an den Gerüsten G1 und G4 als auch die Modelle
der Biegeregelung geben - wie in Fig. 2 gezeigt - die durch sie ermittelten Simulationsgrößen
an den Karten-PC 13, durch den diese auf dem Anzeigemonitor 12 visualisierbar sind.
Gleiches geschieht mit den Ausgangsgrößen der einzelnen Glieder der zentralen Regelungseinrichtung
1, nämlich der Materialflußverfolgung MFV, den Bandzugregelungen FZ-Reg, den mit SW-Anstellung
bezeichneten Sollwertgebern für die Walzspaltanstellungen, die Dickenregelungen an
den Gerüsten G1 und G4, den Sollwertgebern W-Bieg für die Walzenbiegungen und den
Walzkraftregelungen FW-Reg (die die Walzkraftsollwerte WFW1 bis WFW4 für die einzelnen
Gerüste G1 bis G4 abgeben).
[0028] Von dem physikalischen Simulations-Modell, bei dem eher die tendentielle Richtigkeit
der erzeugten Signale und die dynamischen Zusammenhänge und nicht so sehr die metallurgisch
exakte Berechnung im Vordergrund stehen, können einzelne Glieder ausgeblendet werden,
um bestimmte Sonderfälle zu simulieren. Anstelle der ausgeblendeten Glieder des Simulations-Modells
2 ist es möglich, entsprechende in der Walzstraße erfaßte Istwerte, nämlich reale
Meßgrößen zu verwenden. So kann damit z.B. in einer Schulungsphase für das Betreiberpersonal
der Walzstraße ein allmählicher Übergang vom simulierten zum tatsächlichen Betrieb
erreicht werden.
[0029] In Fig. 3 ist der prinzipielle Aufbau einer Modell-Nachbildung eines über einen Stromrichter
gespeisten Walzmotors mit seiner Antriebsregelung (Drehzahlregelung mit unterlagerter
Ankerstromregelung) innerhalb des Simulations-Modells 2 gezeigt. Der Walzmotor verhält
sich wie ein Integrator. In Fig. 3 stellt deshalb ein Integrator 23 den nachzubildenden
Walzmotor dar. Die Ausgangsvariable des Integrators 23 ist der Drehzahl des Walzmotors
oder auch der Walzgutgeschwindigkeit proportional. Die positive Eingangsvariable des
Integrators 23 entspricht dem Ankerstrom (elektrische Arbeit), der von dem Stromrichter
an den Walzmotor geliefert wird. Das negative Eingangssignal des Integrators 23 entspricht
der mechanischen Arbeit, die der Walzmotor verrichten muß, um die Geschwindigkeit
halten zu können. Wenn beide Eingangssignale am Integrator 23 gleich groß sind, entspricht
dieses dem Zustand "Summe aller Drehmomente gleich Null", und der Motor dreht mit
konstanter Geschwindigkeit weiter. Wenn beide Eingangssignale nicht gleich groß sind,
bedeutet das, daß ein resultierendes Drehmoment vorhanden ist, das heißt der Walzmotor
wird beschleunigt oder verzögert. Die Hochlaufzeit des Integrators 23 entspricht der
Hochlaufzeit des Walzmotors.
[0030] Das in Fig. 3 gezeigte VZ1-Glied 22 bildet das Verhalten einer Stromrichterbrücke
mit einem den Ankerstrom regelnden Stromregler nach. Mit K ist dabei die einstellbare
Stromrichterverstärkung und mit T1 die Verzögerungszeit der Regelstrecke (z.B. durch
einen vorhandenen Transformator, die Motorinduktivität und das Verhalten des Ankerstromreglers
des Walzmotors) bezeichnet.
[0031] Ein dem Drehzahlregler eines realen Motors entsprechender PI-Regler 21, dem die Regelabweichung
zwischen einem vorgegebenen Drehzahlsollwert WV und dem am Ausgang des Integrators
23 anstehenden Drehzahlistwert XV zugeführt ist, steht hier gleichzeitig als Erzeuger
von Walz- und Beschleunigungsstrom. Eine getrennte Beschleunigungsaufschaltung ist
nicht vorgesehen, kann jedoch ohne weiteres eingebaut werden. Dafür muß das Leitsollwertgeber-Modell
(siehe Fig. 2) ein Beschleunigungssignal entsprechend den Walzdaten liefern. Die Proportional-
und Integral-Parameter des PI-Reglers 21 entsprechen den Größen der Drehzahlregler
in den Antriebsregelungen innerhalb der Walzstraße.
[0032] Ein Motorbelastungsmodell, das in Fig. 3 die negativ auf den Integrator 23 aufgeschaltete
Größe D liefert, berücksichtigt, daß der Walzmotor durch die Walzgutverformungs- und
Walzgutzugmomente belastet ist. Das Verformungsmoment ist proportional zum Verformungsvolumen
(Eingangsdicke minus Ausgangsdicke mal Bandbreite) und zur entstandenen Walzkraft.
Der Walzmotor wird vom Rückzug des Walzguts belastet und durch Vorzug des Walzguts
entlastet. Die Differenz der beiden Züge wirkt als Walzgutzugmoment auf die Motorwelle.
Die drei Größen Verformung, Rückzug und Vorzug müssen additiv steilheitsbegrenzt zum
Motormodell hinzugefügt werden. Die Zuschaltung der Belastungsmodelle auf den negativen
Eingang des Integrators 23 muß über ein Signal der verwendeten Walzgutverfolgung stattfinden.
Die Belastung selbst muß zuerst die Walzgutverformung ohne Rückzug enthalten. Diese
Verformung berechnet sich aus der Dickendifferenz zwischen ein- und auslaufender Walzgutdicke
(Walzgutquerschnitt). Der einlaufende Walzgutquerschnitt eines Gerüsts ist der auslaufende
Querschnitt des davorliegenden Gerüstes. Der einlaufende Querschnitt muß zu einem
Walzgutsegment gehören. Eine Walzgutsegmentverfolgung muß daher die Walzgutquerschnitte
speichern und walzgutgeschwindigkeitsabhängig transportieren (Walzgutsegmentmodell).
Der Walzkraftanstieg bzw. die Belastung hat eine Steilheit, die durch ein Steilheitsbegrenzungselement
simuliert werden kann. Sollte die Reibung der Stützwalzen zusätzlich noch nachgebildet
werden, müßte ein Differenzierglied den Walzkraftanstieg erfassen und das Ausgangssignal
dieses Gliedes additiv noch zusätzlich eingegeben werden.
[0033] Der Walzgutzug zwischen zwei Gerüsten ist das Integral der augenblicklichen Materialflußdifferenz,
die in einem Walzspalt entsteht. Damit zwischen zwei Walzgerüsten ein Walzgutzug entstehen
kann, muß mindestens einmal das eine Walzgerüst mehr Materialmenge verlangt haben,
als das davorliegende Gerüst geliefert hat. Es gilt, daß der Wert aus

mit He = Eingangsdicke, Ha = Ausgangsdicke, Ve = Einlaufsgeschwindigkeit, Va = Auslaufsgeschwindigkeit
des Walzguts, direkt proportional zum Walzgutzug ist. Da aber das einlaufende Walzgut
neu gestreckt werden muß, wird der erzeugende Walzgutzug vom einlaufenden Walzgut
wieder entspannt. Das gesamte Verhalten entspricht in erster Näherung einer Kombination
eines Integrators mit einem "Entladevorgang", der sich walzgutgeschwindigkeitsabhängig
verhält. Als (hier nicht gezeigtes) Rechenmodell für eine Walzgutzugnachbildung kann
ein Summierer verwendet werden, der zunächst die augenblickliche Massenflußdifferenz
im Walzspalt berechnet. Nachträglich wird diese Massenflußdifferenz durch ein VZ1-Glied
behandelt. Das VZ1-Glied beinhaltet die Kombination einer integralen und einer proportionalen
Funktion, die genau der benötigten Nachbildungsfunktion entspricht. Zusätzlich wird
für die Verstärkung (Entladecharakteristik) die Walzgutgeschwindigkeit, die absolute
Verformung und für die Anstiegszeit die Walzgutdicke verwendet.
[0034] Um eine reale Beeinflussung der Verformung im Walzspalt und die zugehörige Auswirkung
im nächsten Gerüst nachbilden zu können, werden die gewalzten Walzgutabschnitte dickenmäßig
zweckmäßig für ein in Fig. 4 gezeigtes Walzgutverlaufsmodell in zwei Schieberegister
25, 26 eingegeben (A: Walzgutdicke Antriebsseite, B: Walzgutdicke Bedienungsseite).
Die Genauigkeit der Abbildung hängt von der Anzahl der verwendeten Speicher in den
Schieberegi-stern 25, 26 ab. Die Taktfrequenz für die jeweiligen Schieberegister wird
aus den Walzgutgeschwindigkeiten abgeleitet. Z.B: es wird die Anstellung des Gerüstes
G1 verfahren, und es entsteht eine entsprechende Walzgutdicke im Walzspalt des Gerüsts
G1, die mit einer bestimmten Walzgutgeschwindigkeit VS in Richtung des Gerüsts G2
wandert. Der Abstand zwischen den Gerüsten G1 und G2 sei m. Die Durchlaufzeit bei
maximaler Walzgutgeschwindigkeit VS ist dann

[0035] Wenn die Schieberegister 25, 26 z.B. 22 Registeer besitzen, muß die gespeicherte
Walzgutdicke in der Zeit t1 die Strecke m zurückgelegt haben bzw. durch alle 22 Register
getaktet worden sein (A': Banddicke Antriebsseite nach Gerüstabstand, B': Banddicke
Bedienungsseite nach Gerüstabstand). Das heißt bei einer maximalen Walzgutgeschwindigkeit
VSmax muß in der Zeit t1:22 der gespeicherte Wert von einem Register zum anderen getaktet
werden. Der entsprechende Zeittakt wird durch einen Integrator 24, dem die entsprechende
Walzgutgeschwindigkeit VS vorgegeben wird und dessen Zeitkonstante mit Tn einstellbar
ist, gewährleistet. Mit a ist in Fig. 4 ein Initialisierungssignal für die Schieberegister
25, 26 bezeichnet.
[0036] Ein (hier nicht gezeigtes) Walzspaltmodell stellt das Verhältnis zwischen Walzspaltgröße
und Walzkraft dar. Die Walzkraft ist das Ergebnis einer absoluten und einer relativen
Verformung des Walzguts, das einen Verformungswiderstand aufweist. Dieser Widerstand
sinkt mit der Zunahme des Rückzuges und des Vorzuges und ist walzgutgeschwindigkeitsabhängig.
Beim Anstechen der Walzgutspitze im Walzspalt entsteht ein Walzkraftanstieg. Der Walzkraftanstieg
bei einer Walzspaltregelung unterscheidet sich von einer klassischen Anstellungsregelung.
Die klassische Anstellung bildet den Walzspalt aus Verstellung der Anstellposition
und Auffedern des Gerüstes. Die Walzspaltregelung erfaßt den Abstand der Arbeitswalzenzapfen
und hält ihn konstant. Damit ist das Elastizitätsmodul kompensiert und braucht von
der Walzgutzug- oder Dickenregelung nicht nachgeregelt zu werden.
[0037] Bei einem Modell einer Anstellungsregelung kann die Anstellung eine elektromotorische,
eine hydraulische Anstellungsregelung oder eine direkte Walzspaltregelung zur Voraussetzung
haben. Jedes dieser Stellglieder verhält sich anders. Z.B. behält eine elektromotorische
Anstellung bei Anstechen die Position und der Walzspalt ändert sich nur durch das
Elastizitätsmodul des Gerüstes. Eine hydraulische Regelung geht beim Anstich kurzzeitig
auseinander und regelt wieder auf die alte Postition, bleibt jedoch um die elastische
Dehnung auseinander. Eine Walzspaltregelung geht beim Anstich auseinander und regelt
theoretisch auf die gleiche Anstichöffnung unabhängig vom Elastizitätsmodul. Diese
Abhängigkeiten müssen in den Modellen entsprechend den jeweiligen realen Gegebenheiten
der Walzstraße eingebaut werden.
[0038] Selbstverständlich ist der zuvor beschriebene Betrieb einer mehrgerüstigen Walzstraße
auch bei einer eingerüstigen Walzstraße durchführbar.
1. Einrichtung zum Betrieb einer mehrgerüstigen Walzstraße,
dadurch gekennzeichnet,
- daß die gesamte Walzstraße in den technologischen Zusammenhängen der einzelnen Gerüste
in einem einzigen physikalischen Simulations-Modell gegliedert nachgebildet ist und
- daß das Simulations-Modell mit einer zentralen Regelungsvorrichtung verbindbar ist,
die für die gesamte technologische Regelung der Walzstraße allein zum Einsatz kommt
und die wahlweise einzelne Funktionen innerhalb jedes Gerüsts oder einzelner Gerüste
entweder über Stellglieder der Walzstraße oder in entsprechenden Gliedern des Simulations-Modells
steuert.
2. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Simulations-Modell Sollwerte für die Eingangsdicke des Walzguts in die
Walzstraße, die Walzspaltpositionen der einzelnen Gerüste, Geschwindigkeitswerte der
Walzen der einzelnen Gerüste, Biegewerte der Walzen der einzelnen Gerüste sowie Walzgutverfolgungssignale
für den Eintritt des Walzguts in bzw. den Austritt des Walzguts aus dem jeweiligen
Walzspalt zur Verfügung stehen.
3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Simulations-Modell Istwerte für den Zug des Walzguts, die Walzkräfte, die
Walzgeschwindigkeiten, die Biegewerte der Walzen, der Dickenabweichungen des Walzguts
und der Ströme der Antriebe der einzelnen Gerüste abgibt.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß einzelne Glieder des Simulations-Modells ausblendbar sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß ausgeblendete Glieder des Simulations-Modells durch Einblendung entsprechender
Istwerte (reale Meßgrößen) aus der Walzstraße ersetzt sind.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Simulations-Modell als Nachbildungen mehrere oder sämtliche folgende Glieder
umfaßt, die walztechnologisch miteinander verbunden sind und an die zentrale Regelvorrichtung
ihre Istwerte in Realzeitverhalten abgeben:
- Stromrichtergespeiste Walzmotoren mit ihrer Drehzahlregelung und ihrem Stromreglerverhalten
sowie mit zusätzlicher Verformung- und Bandzugbelastung unter Berücksichtigung gegenseitiger
Lastbeeinflussung über das Walzgut.
- Walzkraftmodelle der Gerüste mit Einflüssen von Walzspalt, Walzgeschwindigkeit,
Rück- und Vorzug und Vorverformung.
- Positionsregelungen der Anstellung und der Walzspaltregelung der Gerüste.
- Zugistwertbestimmung des Walzguts mit einer Materialflußverrechnung und Geschwindigkeitseinfluß.
- Walzgutlaufzeitnachbildung und -auswirkung auf Motorbelastung, Walzspalt und Zugistwert
des Walzguts. Leitsollwertgeber mit einer Funktion "konstante Walzgutanfangs- und
Walzgutendgeschwindigkeit".
- Arbeitswalzenbiegung.
- Handkorrekturen auf die Walzgeschwindigkeit.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Simulations-Modell jeder Motor der Walzstraße durch ein integrierendes,
zwei Eingänge aufweisendes Glied nachgebildet ist, dessen einer Eingang ein dem elektrischen
Drehmoment entsprechendes positiv bewertetes Signal und der andere Eingang ein dem
mechanischen Gegendrehmoment entsprechendes, negativ bewertetes Signal aufnimmt und
dessen Ausgang ein der Drehzahl des Motors entsprechendes Signal abgibt.
8. Einrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Aufschaltung des dem mechanischen Gegendrehmoment entsprechenden Signals
das dem Verformungsvolumen des Walzguts proportionale Verformungsmoment und das Zugmoment
des Walzguts steilheitsbegrenzt berücksichtigt sind.
9. Einrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Bildung des Verformungsmoments eine einer Walzspaltregelung oder einer
Anstellungsregelung der Walzen entsprechende Größe aufgeschaltet ist.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verformungsvolumen im Zuge einer Walzgutsegmentverfolgung durch die Walzstraße
für die einzelnen Gerüste zur Verfügung gestellt wird.
11. Einrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Walzgutsegmentverfolgung durch ein Schieberegister gebildet ist, dessen
Taktfrequenz aus der Walzgutgeschwindigkeit abgeleitet ist.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Walzgutzugnachbildung durch ein die augenblickliche Massenflußdifferenz
im Walzspalt ermittelndes Summierglied mit nachgeschaltetem Verzögerungsglied erster
Ordnung gebildet ist.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Simulations-Modell eine auf einen Stromrichter wirkende, aus einer Drehzahlregelung
mit unterlagerter Ankerstromregelung aufgebaute Regelung bei der Speisung der einzelnen
Motoren der Walzstraße durch ein PI-Regelglied mit einem nachgeschalteten Verzögerungsglied
erster Ordnung nachgebildet ist, wobei das Verzögerungsglied eine Verstärkung entsprechend
dem Stromrichterverstärkungsfaktor und eine Verzögerungszeit entsprechend der Verzögerungszeit
der nachgebildeten Regelstrecke aufweist.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zentrale Regelvorrichtung mehrere oder sämtliche folgende Regelungen und
Funktionen umfaßt:
- Alle Dickenregelfunktionen für die einzelnen Gerüste mit einzelnen Dickenvorsteuerungen
und Monitorregelungen.
- Walzkraftabhängige Walzgutzugsollwertadaption.
- Automatische Setupadaption (Setupoptimierung).
- Automatische Speicherung von verwendeten Sollwerten für einen Stichplanspeicher
und walzgutlängenabhängige Erfassung von Meßwerten für einen Prozeßrechner.
- Biegeregelung (wenn Planmessung vorhanden) und Sollwertvorgabe für Arbeitswalzenbiegung
mit Walzkraftadaption.
- Fließend umschaltbare Walzgutzugregelungen über Walzspalt und über Walzgeschwindigkeit.
- Walzgutverfolgung für die Ein- und Ausfädelphase.
- Einfädel- und Ausfädeltechnologie mit automatischer Walzgutzugaufbau- und Walzgutzugabbauregelung;
automatische Walzkraftentlastung.
- Halbautomatische Lastverteilung in den Gerüsten mit automatischer Anpassung der
entsprechenden Dickensollwerte.
- Erfassung und Visualisierung aller walztechnologischen Meßwerte und Walzzustände
mit einem nach walztechnologischen Bedürfnissen aufgebauten Visualisierungsbild.
- Erfassung und Aufbereitung von Meßwerten für eine graphische Auswertung.
- Serieller Datenaustausch mit einem Walzprogrammrechner (Stichplanspeicher und mathematisches
Walzmodell).
- Serieller Datenaustausch mit Dickenmeßgeräten.
- Serielle oder parallele Kommunikation mit dem Simulations-Modell.
- Bildung von Zusatzwerten für die Stellglieder einer Anstellungsregelung, einer Geschwindigkeitsregelung
der Walzmotoren und einer Arbeitswalzenbiegung.