-
Technisches
Gebiet
-
Die Erfindung besteht in einem Steuerungsverfahren
und einem System für
stetige und halbstetige Vorgänge
zur Herstellung von einem im Wesentlichen langen und flachen Platten- oder Streifenmaterial,
wie etwa Kupfer, Stahl oder Aluminium. Insbesondere ist sie ein
Verfahren und System für
Flachheitsteuerung zur Anwendung in einem Walzwerk, in dem ein Streifen
nach einem Walzvorgang bearbeitet wird.
-
Hintergrund
der Technik
-
Beim Walzen von Streifen- und Plattenmaterialien
ist es allgemeine Praxis ein Material in einem Walzwerkstand zu
gewünschten
Abmessungen zu walzen und dann den erhaltenen Streifen einem Wickler
zuzuführen.
In dem Wickler wird der Streifen zu einer Wickel gewunden. Derartige
Wickel werden dann von dem Wickler genommen und nachdem einige Zeit
vergangen ist in Folgevorgängen,
wie etwa Härten,
Schlitzen oder Oberflächenbehandlungs-Vorgängen und
anderen Vorgängen,
weiter eingesetzt. Zu Beginn nachfolgender Bearbeitung wird die
Wickel abgewickelt und der Streifen dem Folgevorgang zugeführt.
-
Die Spannung in dem Streifen zwischen
einem Walzenstand und einem Wickler wird sorgfältig überwacht und es ist bekannt
die Spannungsverteilung über
einen Streifen zu erfassen, um die Flachheit des gewalzten Materials
zu regeln. In der
US 3,481,194 offenbaren
Sivilotti und Carlsson einen Flachheitssensor für einen Streifen. Er umfasst
eine Messwalze über
die der Streifen zwischen einem Walzenstand und beispielhaft einem
Wickler zugeführt
wird. Die Messwalze erfasst den Druck in einem Streifen an verschiedenen
Punkten über
die Breite des Streifens. Der Druck stellt eine Erfassung der Spannung
in dem Streifen dar. Die Spannungserfassungen in dem Streifen ergeben
eine Karte von Flachheit an jeder von einigen Zonen über die
Breite des Streifens. Die
US
4,400,957 offenbart eine Streifen- oder Plattenwalze, in
der eine Zugspannungsverteilung erfasst wird, um Flachheit zu kennzeichnen.
Die Erfassungen von Flachheit werden mit einer Zielflachheit verglichen
und ein Unterschied zwischen erfasster Flachheit und Zielflachheit
wird als Flachheitsfehler berechnet. Der Flachheitsfehler wird zu
einer Steuerungseinheit des Walzenstands zurückgeführt, um so Flachheit in dem
Streifen zu regeln und zu steuern, um einen Flachheitsfehler von Null
zu erreichen. Die JP-A-58-35007 beschreibt eine Steuerung für "plate crown" (Plattenkrone) und Flachheit
in einer Plattenwalz- und Behandlungsanlage, in der die Flachheit
eines Streifens in der Breitenrichtung nach einem Heißwalzen
und anschließend
wieder nach einem Kaltwalzen in einem Tandem-Kaltwalzwerk erfasst wird. Der Zweck
dessen ist, die "crown" (Krone) und Flachheit
von Platten auf gewünschte
Werte über
den gesamten Verlauf von Walzen und Behandlungen zu steuern.
-
Die
US
5,970,765 , die die Priorität von DE-A-196 54 068 beansprucht,
beschreibt ein Verfahren und Gerät
zum Walzen von Streifen, in dem ein Unterschied zwischen einer über die
Breite des Streifens erfassten Streifenebenheit und einer Zielebenheit
berechnet wird. Formanpassungselemente in den Walzständen einer
Kette von Walzen werden dann so betrieben, dass der Unterschied
verringert wird. Der Unterschied zur Zielebenheit wird daher zu anderen
Walzständen
in der gleichen Kette zurück- oder
vorwärtsgeführt, oder
in dem gleichen Stand für ein
nachfolgendes Durchführen
auf den gleichen Streifen, in dem Fall eines Umkehrstandes, angewandt.
-
Jedoch entsteht ein Problem während nachgeschalteter
oder nachfolgender Bearbeitung des aufgewickelten Streifens. Wenn
der aufgewickelte Streifen abgewickelt wird und nachfolgend bearbeitet wird,
so passiert es oft, dass er nicht die gleichen Messwerte von Flachheit
aufweist, die er hatte, als er vor Aufwickeln des Streifens erfasst
wurde. Das bedeutet, dass der Streifen nach einem Abwickeln nicht die
gleiche Flachheit aufweist, die er vor dem Wickeln aufwies, wobei
ein Flachheitsfehler in das Streifenprodukt eines Walzwerks eingeführt wird.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Eine Aufgabe der Erfindung besteht
darin in einem Streifen Flachheitsfehler zu verringern. Eine andere
Aufgabe der Erfindung besteht darin Flachheitsfehler in einem Teil
der Länge
eines Streifens zu verringern. Eine weitere Aufgabe der Erfindung
besteht darin Flachheitsfehler in einem Streifen, der nach dem Walzen
gewickelt wird, zu verringern. Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung
besteht darin ein Verfahren bereitzustellen, um Flachheitsfehler nach
einem Wickeln zu erfassen. Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht
darin ein Flachheitsziel für Folgevorgänge bereitzustellen.
Eine andere, weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin einen Ausgleichsfaktor
bereitzustellen, mit dem eine Flachheit sowohl in einem Walzwerk,
als auch nach Folgevorgängen
verbessert werden kann.
-
Die Erfindung kann zusammenfassend
als ein Verfahren beschrieben werden, in dem eine Flachheit eines
gegebenen Streifens nach Abwickeln erfasst und mit einem zweiten
und Längen abhängigen Flachheitsziel,
einem Walzenflachheitsziel (Mill Flatness Target) 2, verglichen
wird, und ein zweiter Flachheitsfehler bestimmt wird, der verwendet
wird, um sowohl das Walzen nachfolgender Längen eines Streifens durch
einen Walzenstand anzupassen, als auch um nachfolgende und nachgeschaltete
Vorgänge
für den
gleichen gegebenen Streifen, wie auch Einrichtungen und ein System
zur Ausführung
des Verfahrens zu steuern. Durch dieses Mittel kann ein aufgrund
des Wickelns entstandener Flachheitsfehler an verschiedenen Positionen
entlang der Länge eines
Streifens erfasst und anschließend
verwendet werden, um derartige Fehler zu verringern oder zu korrigieren.
-
Der Hauptvorteil der Erfindung besteht
darin, dass ein Streifen gewalzten Materials, der in Folgevorgängen nach
dem Walzen bearbeitet wird, in einer benötigten Flachheit mit geringerem
Fehler und daher bei geringerer Qualitätsverschlechterung des Produktes,
geringerem Ausschuss und Abfall hergestellt werden kann.
-
Ein anderer Vorteil ist, dass ein
Flachheitsfehler nach einem Abwickeln sukzessive verwendet werden
kann, um eine Flachheit von jeder Herstellung eines Streifens, der
nach der gleichen Streifen-Spezifikation gewalzt wurde, zu verbessern.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, das die Flachheits-Erfassungen
nach dem Walzen vorwärts
zu anschließenden,
nachgeschalteten Vorgängen
zugeführt
und verwendet werden können,
um eine verbessern Flachheitssteuerung während solcher Vorgänge bereitzustellen.
-
Kurze Beschreibung der
Zeichnung
-
Die vorliegende Erfindung wird ausführlich in Verbindung
mit den beigefügten
Zeichnungen beschrieben werden.
-
1 (Stand
der Technik) zeigt schematisch einen Teil eines Walzwerks einschließlich einer Flachheitsmesswalze,
eines Walzenstandes und eines Wicklers gemäß dem Stand der Technik.
-
2 (Stand
der Technik) zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm für ein Verfahren
zur Flachheitssteuerung mit einem Walzenflachheitsziel gemäß dem Stand
der Technik.
-
3 zeigt
ein vereinfachtes Blockdiagramm für ein Verfahren zur Flachheitssteuerung
für einen
Streifen gewalzten Materials gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform.
-
4 zeigt
ein Diagramm für
eine Flachheitssteuerung für
einen Streifen gewalzten Materials gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
-
5 zeigt
ein Diagramm eines Verfahrens zur Flachheitssteuerung für einen
Streifen gewalzten Materials in Folgevorgängen gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
-
Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
-
Um die Erfindung zu erklären wird
zuerst ein Verfahren und eine Einrichtung des Standes der Technik
in zusammengefasster Ausführlichkeit
beschrieben. 1 (Stand
der Technik) zeigt einen Metallstreifen 1, der durch einen
Walzenstand 5 in eine durch einen Pfeil angezeigte Richtung
D geführt
wird. Streifen 1 wird über
eine Messwalze 2 zu einem Wickler 3 geführt. Die
Messwalze 2 ist mit einer Flachheitssteuerungseinheit 4 verbunden,
die wiederum mit einer Steuerungseinheit des Walzenstandes 5 verbunden
ist. Die Flachheitssteuerungseinheit 4 umfasst einen bestimmten
Satz Flachheitswerte, ein hier Walzenflachheitsziel genanntes Flachheitsziel
für den
Walzvorgang für
eine gegebene Spezifikation eines Streifens.
-
Die Erfassungen des Streifens, die
einer Streifenflachheit entsprechen, werden am Ausgang von Walzenstand 5 durch
Messwalze 2 vor Aufwickeln des Streifens auf den Wickler 3 vorgenommen.
-
2 (Stand
der Technik) zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm für ein bekanntes
Steuerungsverfahren 10. Ein Streifen wird bis zu der Zielflachheit
gewalzt, dem Walzenflachheitsziel, das eine Funktion einer Breite
ist und ebenso als f(w) ausgedrückt
werden kann. Flachheit pro Zone wird über die Breite des Streifens
während
des Walzens an 2 erfasst. Der Unterschied, der hier als
ein erster Flachheitsfehler beschrieben wird, zwischen Walzenflachheitsziel
und erfassten Werten wird in einem Erfassungskompensator und einem
Summator 8 bearbeitet, und dann an die Flachheitssteuerung 4 gesendet. Der
Unterschied zwischen einer erfassten und kompensierten Flachheit
und dem Walzenflachheitsziel pro Zone, der erste Flachheitsfehler,
wird von der Flachheitssteuerung verwendet, um eines oder mehrere
Steuerungssignale bereitzustellen, die an mindestens einen Walzenstand 5 vor
der Messwalze 2 zurückgeführt werden,
um die Abweichung von der benötigten
Flachheit in der Zone zu verringern, wie durch das Walzenflachheitsziel
für den
Streifen definiert. Das Walzenflachheitsziel wird über die
Breite des Streifens angewendet und das Ziel ändert sich nicht in Abhängigkeit
von der Länge
des Streifens. Dieses Verfahren bildet einen Teil des Standes der Technik.
-
In dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird ein Streifen 1 gewalzt und unter Verwendung einer Wickelidentifikations-Information
identifiziert, die zusammen mit der Flachheitsinformation und Flachheitssysteminformation
vor einem Wickeln für
den gegebenen Streifen 1, in einem in 4 gezeigten Meßwerterfasser bzw. Datenaufzeichnungsgerät 6 gespeichert
wird. Nach dem Wickeln wird der gegebene Streifen 1, wie
in 5 schematisch gezeigt,
einem Folgevorgang 12 zugeführt.
-
3 zeigt
ein Steuerungsverfahren zum Walzen von Streifen gemäß der bevorzugten
erfindungsgemäßen Ausführungsform.
Ein zweites Flachheitsziel für
einen Walzstreifen, ein Längen-abhängiges Walzenflachheitsziel
(MFT2), wird gebildet, in dem die Flachheit in irgendeiner Zone über die
Länge des
Streifens, der gewalzt wird, variieren kann. Ein dritter Typ von
Flachheitsziel, ein Flachheitsziel nach dem Walzen (post rolling
flatness target) PRFT wird ebenso gebildet. Das oder ein PRFT ist
ein Ziel für Flachheit
des Streifens hinsichtlich zu jedem von einem oder mehreren Folgevorgängen. Das
oder jedes PRFT wird aus Daten gebildet, die in einer Datenbank 30 gespeichert
sind und basiert auf einer Spezifikation, die auf einen Streifen-Folgevorgang bezogen
ist. Das PRFT unterscheidet sich ebenso von dem Walzenflachheitsziel
des Standes der Technik, da es sich in irgendeiner Zone in Abhängigkeit
von der Länge
des Streifens ändern
kann. In der PRFT ist Flachheit eine Funktion von sowohl der Breite,
als auch der Länge,
die ebenso als f(w, l) ausgedrückt werden
kann.
-
Ein Streifen wird, wie in 3 schematisch gezeigt, gewalzt.
Als nächstes
wird auf 4 Bezug genommen.
Nach einem Walzen und Aufwickeln bei 3 wird der Streifen nachfolgend
abgewickelt und einem Folgevorgang zugeführt. Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird der Wickel am Abwickler 123 abgewickelt und hinsichtlich
Flachheit nach einem Abwickeln bei 122 erfasst, bevor er in einen
Folgevorgang 12 überführt wird.
Nach einem Aufwickeln können
Flachheitsfehler in dem Streifen auftreten, die von einer Längenposition
in dem Streifen abhängen, da
Flachheit durch die Position des Streifens in dem Wickel beeinflusst
werden kann. Temperatur und Wärmeverteilung
in Streifen-Längen
bzw. Streifenabschnitten nahe dem Zentrum des Wickels variieren verglichen
mit Streifen-Längen,
die nahe zur Außenseite
des Wickels sind.
-
Erfassungen von Flachheit nach einem
Abwickeln werden bei 122 vorgenommen und mit dem PRFT nach einem
Abwickeln verglichen, und der Unterschied zwischen erfasster Flachheit
und PRFT-Ziel, hier der Flachheitsfehler nach dem Walzen (PRFE,
Post Rolling Flatness Error) genannt, wird berechnet.
-
Der Flachheitsfehler nach dem Walzen PRFE
wird berechnet durch Abziehen des Flachheitsziels nach dem Walzen
PRFT von der erfassten Flachheit nach dem Walzen PRF. Ein Teil oder
der gesamte Flachheitsfehler nach dem Walzen PRFE wird einem Anpassungsalgorithmus 99 geliefert,
der ein neues Walzenflachheitsziel für das Walzwerk berechnet, wobei
das neue Ziel hier als ein optimiertes Walzenflachheitsziel (OMFT,
Optimised Mill Flatness Target) beschrieben wird. Das OMFT ist dem
Walzenflachheitsziel des Standes der Technik in dem Maße ähnlich,
dass es ein Flachheitsziel in jeder Zone über die Breite des Streifens
enthält,
und verschieden von dem Walzenflachheitsziel des Standes der Technik, da
sich die Flachheit in irgendeiner Zone entlang der Länge des
Streifens ändern
kann. Das OMFT wird als neues Flachheitsziel der Walzensteuerung
zugeführt und
es wird genutzt, um das zweite Walzenflachheitsziel MFT2 bezüglich eines
oder mehrerer Flachheitsziele nach dem Walzen PRFT für einen
oder mehrere Folgevorgänge
zu optimieren.
-
Wie beschrieben wird ein Teil des
PRFE in einem Anpassungsalgorithmus 99 verwendet, um das
OMFT zu erzeugen. Das OMFT wird in 10 als ein Walzenflachheitsziel
verwendet, so dass der Flachheitsfehler nach dem Walzen PRFE (nach
einem Abwickeln) im Wesentlichen in nachfolgendem Walzen eines Streifens
der gleichen Spezifikation des bekannten Streifens 1 auf
Null verringert ist.
-
Das Verhältnis des zweiten Flachheitsfehlers,
der verwendet wird, um das Walzenflachheitsziel zu verändern und
so das erfindungsgemäße OMFT
zu erzeugen, kann unter Verwendung verschiedener Verfahren berechnet
werden. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
wird ein bestimmter Prozentsatz des Wertes des PRFE in dem Anpassungsalgorithmus 99 verwendet
und als ein Kompensationsfaktor zum Bilden des OMFT angewandt.
-
Der Unterschied zwischen erfasster
Flachheit und dem OMFT wird verwendet, um den Walzenstand 5 zu
regeln, um so den durch die Flachheits-Messwalze 2 und
das OMFT erfassten Unterschied zu minimieren, wenn nachfolgend Streifen-Längen gewalzt
werden.
-
Alternativ kann ein Filter auf den
PRFE angewendet werden. Das Filter kann ein als ein Algorithmus
verwirklichtes mathematisches Modell sein. In einer erfindungsgemäßen Entwicklung
kann das Verhältnis
des Werts des Flachheitsfehlers, der als Kompensationsfaktor angewendet
wird, um das OMFT zu verändern,
unter Verwendung eines Fuzzy-Logic-Systems gewählt werden, um ein optimales
Verhältnis
des Wertes zu bestimmen. In einer anderen erfindungsgemäßen Entwicklung
kann das Verhältnis des
Werts des Flachheitsfehlers, der als ein Kompensationsfaktor angewendet
wird, um das OMFT zu ändern,
unter Verwendung eines neuronalen Netzwerks gewählt sein, um ein optimales
Verhältnis
des Wertes zu bestimmen.
-
PRFE und OMFT sind Vektoren und können verschiedene
Größen aufweisen.
Der Anpassungsalgorithmus 99, der ebenso als eine Steuerung
beschrieben werden kann, kann jede An einer Mehrfacheingangs-Mehrfachausgangs
(MIMO, multiple Input – multiple
output) Steuerung, einschließlich aber
nicht eingeschränkt
auf das Folgende sein: MIMO-PID Steuerungen. Die grundsätzlichste
Steuerung wäre
eine P-Steuerung, so dass OMFT = 1/2 × PRFE ist, worin ½ ein willkürlicher
Proportionalitätsfaktor
der Steuerung ist. Dies ist ein ähnliches
Verfahren zum Berechnen eines bestimmten Prozentsatzes des PRFE,
wie vorstehend beschrieben.
-
MIMO-Fuzzy Steuerung. Ein Beispiel
ist, ein Satz von n Fuzzy Steuerungen von denen jede als Eingangsgrößen Zugehörigkeitsfunktionen
des Werts und der Ableitung eines Elements des Fehlervektors PRFE
aufweist. Ein Satz typischer Fuzzy-Regeln, die angewendet werden
können,
sind als Takagi-Sugeno FLC-1 oder FLC-2 bekannt, die nach Fuzzy-Decodierung,
den Ausgabe-Vektor OMFT ergeben.
-
MIMO Modell-basierende Steuerung,
wie etwa IMC, Fuzzy, H∞ oder Gleitmodus. Neuro-,
Neuro-Fuzzy-Steuerungen und andere äquivalente Steuerungen, die
Optimierungen verwenden, die auf Gradienten-Gefälleverfahren basieren.
-
Adaptive Steuerung, adaptive Innenmodus Steuerung
bzw. adaptive Innenmodell Steuerung (adaptive internal model control),
robuste und robust-adaptive Steuerungen (robust adaptive teilweise
Polplazierung (robust adaptive partial pole placement), robust adaptive
Modell-Referenz-Steuerung (robust adaptive model reference control),
robust adaptive H2 optimal Steuerung (robust
adaptive H2 optimal control), robust adaptive
H∞ optimal
Steuerung (robust adaptive H∞ optimal control)).
-
In einer ersten Herstellung eines
Streifens 1 mit einer besonderen Spezifikation, ist das
MFT2 ein bestimmter Referenzwert, der sogar ein konstanter Wert über die
Länge des
Streifens pro Zone sein kann. Jedoch wird nach jedem Herstellungslauf
für einen
Streifen der gleichen Spezifikation, der durch einen Folgevorgang
läuft,
wie etwa Abwickeln, ein PRFE erfasst. Das OMFT, das von einem Teil
des PRFE abgeleitet ist, wird sukzessive verfeinert und auf das
MFT2 in dem Walzwerk angewandt, so dass der PRFE sukzessiver Wickel,
die nach der ersten Herstellung von Streifen hergestellt werden,
die in ihre entsprechenden Folgevorgänge eintreten, Null erreicht.
-
In der Praxis kann ein PRFT für einige
oder alle auf einen Walzwerk-Vorgang nachfolgende Vorgänge entwickelt
werden. Dies bedeutet, dass ein unterschiedlicher PRFE für jeden
der mehr als einen Folgevorgänge
zurückgeführt werden
kann, um das OMFT zu ändern.
In dieser Beschreibung wird der Begriff "Folgevorgänge" in der Bedeutung von Vorgängen des
Aufwickelns oder Abwickelns, sowie auch von jeglichen anderen Vorgängen, die
auf einen Walzvorgang folgen, wie etwa Härten, etc., verwendet.
-
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
wird der PRFE und die nach einem Abwickeln erfasste Flachheit ebenso
in einem Vorwärtssteuerungs-Verfahren
verwendet. Nachdem ein Streifen abgewickelt wurde, wird er einem
Folgevorgang zugeführt. 5 zeigt einen Folgevorgang 12, der
beispielhaft irgendeinen dem Abwickeln von Streifen 1 nachfolgenden
Vorgang darstellt. Dieses Beispiel zeigt einen Haubenglüh-Vorgang 12a und
einen Durchgangsglüh-Vorgang 12b.
Der zweite Flachheitsfehler, der wie in 4 gezeigt nach einem Abwickeln eines
Wickels bei 122 pro gegebenen Streifen-Wickel erfasst wird,
wird einem Folgevorgang wie Vorgang 12 vorwärts zugeführt.
-
Beispielsweise kann während eines
Folgevorgangs 12 die Flachheit erfasst und mit einer Zielflachheit,
beispielsweise für
die Flachheit des Streifens nach einem Glühvorgang, verglichen werden. 5 zeigt beispielsweise ein
PRFT 12a Flachheitsziel für Durchgangsglühen (Continuous
Annealing) und ein anderes Ziel PRFT 12b für Haubenglühen (Batch
Annealing). Abweichungen, Flachheitsfehler zwischen erfassten Werten
und Zielwerten für
den ankommenden, abgewickelten Streifen können verwendet werden, um Vorgangsparameter
für den Streifen,
der in den Vorgang eintritt, anzupassen. Gemäß der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform
können
das PRFT und/oder der PRFE und das OMFT ebenso in der Steuerung
von mindestens einem Folgevorgang verwendet werden, um für vorweggenommene
Flachheitsänderungen,
aufgrund eines Aufwickelns/Abwickelns oder irgendeines anderen dem
Walzen folgenden Vorgangs, zu kompensieren. Unterschiede oder ein
Fehler zwischen PRFT und erfasster Flachheit können in einer Folgevorgang-Steuerungseinheit
(nicht gezeigt) bestimmt und verwendet werden, beispielsweise, um
einen Fein-Trimm-Walzenstand für
Kaltnachwalzen (55) zu regeln, in dem ein Kaltnachwalzen
verwendet werden kann, um eine zusätzliche und normalerweise geringe
Verringerung von vielleicht nur 0.75% in der Streifendicke zu erzeugen.
Das Kaltnachwalzen wird mit einem Teil des Fehlers zwischen PRFT
und erfasster Flachheit angepasst. Die Flachheitssteuerung für die Herstellung
von Streifen wird unter Verwendung eines Vorwärtssteuerungsverfahrens in dieser
Weise genauer gemacht.