WOHLD, Dietrich (Hintere Dorfstr. 3, Rauschenberg, 91462, DE)
TAUTZ, Wilfried (Rotkreuzstr. 28 C, Forchheim, 91301, DE)
WOHLD, Dietrich (Hintere Dorfstr. 3, Rauschenberg, 91462, DE)
| Patentansprüche 1. Regelverfahren zum Regeln eines Istzuges (Z), der in einem zwischen zwei Walzgerüsten (1', 1") eingespannten Band (2) herrscht, auf einen Sollzug (Z*) und einer Iststellung (φ) eines zwischen den zwei Walzgerüsten (1', 1") angeordneten, an das Band (2) angestellten Schiingenhebers (3) auf eine Sollstellung (φ*), - wobei einem Zugregler (15) für den Sollzug (Z*) und für den Istzug (Z) charakteristische Werte (Z'*, Z') zugeführt werden, - wobei der Zugregler (15) anhand der ihm zugeführten charakteristischen Werte (Z'*, Z') ein Zugausgleichssignal (ZA) ermittelt, das einen Integralanteil (IA) umfasst, - wobei anhand des Integralanteils (IA) ein erster Geschwindigkeitszusatzsollwert (δvl*) für mindestens eines der zwei Walzgerüste (1', 1") ermittelt wird, - wobei der Integralanteil (IA) zeitlich verzögert wird, - wobei anhand der Differenz von Zugausgangssignal (ZA) und verzögertem Integralanteil (IA') ein erster Sollverstellge- schwindigkeitsanteil (ωl*) für den Schiingenheber (3) ermittelt wird, - wobei die Sollstellung (φ*) und die Iststellung (φ) einem Schlingenregler (16) zugeführt werden, der anhand der SoIl- Stellung (φ*) und der Iststellung (φ) ein Schlingenaus- gleichssignal (SA) ermittelt, - wobei durch Verzögern des Schlingenausgleichssignals (SA) ein zweiter Sollverstellgeschwindigkeitsanteil (ω2*) für den Schiingenheber (3) ermittelt wird, - wobei anhand des Schlingenausgleichssignals (SA) ein zweiter Geschwindigkeitszusatzsollwert (δv2*) für das mindestens eine der zwei Walzgerüste (1', 1") ermittelt wird, - wobei die Summe (δv*) von erstem und zweitem Geschwindigkeitszusatzsollwert (δvl*, δ2v*) an eine Drehzahlregelung (12) für das mindestens eine der zwei Walzgerüste (1', 1") ausgegeben wird, - wobei an eine Verstelleinheit (14), mittels derer die Stellung des Schiingenhebers (3) eingestellt wird, eine resul- tierende Sollverstellgeschwindigkeit (ω*) ausgegeben wird, in die als Summanden der erste und der zweite Sollverstell- geschwindigkeitsanteil (ωl*, ω2*) eingehen. 2. Regelverfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei der Ermittlung der Geschwindigkeitszusatzsollwerte (δvl*, δv2*) relativ zu den Sollverstellgeschwindigkeitsan- teilen (ωl*, ω2*) die Ableitung der Länge des zwischen den zwei Walzgerüsten (1', 1") eingespannten Bandes (2) nach der Stellung (φ) des Schiingenhebers (3) berücksichtigt wird. 3. Regelverfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass im Rahmen des Ermitteins der resultierenden Sollverstellgeschwindigkeit (ω*) der unverzögerte Integralanteil (IA) von einem modifizierten Schlingenausgleichssignal (SA") subtrahiert wird, die sich ergebende Differenz verzögert wird und die verzögerte Differenz zum Zugausgangssignal (ZA) ad- diert wird, wobei das modifizierte Schlingenausgleichssignal (SA") durch Skalieren des Schlingenausgleichssignals (SA) mit einem die Ableitung berücksichtigenden Wert (kL) ermittelt wird. 4. Regelverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der für den Istzug (Z) charakteristische Wert (Z' ) indirekt anhand gemessener Größen (MV) mittels eines Bandzugbeobachters (25) ermittelt wird. 5. Regelverfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , - dass anhand von für die Stabilität des Zugreglers (15) charakteristischen Größen dynamisch eine Ersatzzeitkonstante (T) für den Bandzugbeobachter (25) ermittelt wird und der Bandzugbeobachter (25) den für den Istzug (Z) charakteristischen Wert (Z' ) unter Berücksichtigung der Ersatzzeitkonstante (T) ermittelt und/oder - dass anhand der für die Stabilität des Zugreglers (15) charakteristischen Größen dynamisch eine Regelverstärkung (k) für den Zugregler (15) ermittelt wird und der Zugregler (15) das Zugausgleichssignal (ZA) unter Berücksichtigung der Regelverstärkung (k) ermittelt. 6. Regelverfahren nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass dem Bandzugbeobachter (25) eine Vorsteuerung (30) paral- IeI geschaltet ist. 7. Regelverfahren nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , - dass einem Momentregler (26) der für den Sollzug (Z*) cha- rakteristische Wert (Z'*), ein durch den Schiingenheber (3) bewirktes Eigenmoment (ME) und ein von einer Verstelleinrichtung (14) für den Schiingenheber (3) bewirktes Verstellmoment (MV) zugeführt werden und - dass der Momentregler (26) einen Zusatzsollverstellge- schwindigkeitsanteil (ω3*) ermittelt, der ebenfalls als Summand in die resultierende Sollverstellgeschwindigkeit (ω*) eingeht. 8. Regelverfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Momentregler (26) als P-Regler oder als PD-Regler ausgebildet ist. 9. Computerprogramm, das Maschinencode (10) aufweist, der von einer Regeleinrichtung (8) unmittelbar abarbeitbar ist und dessen Abarbeitung durch die Regeleinrichtung (8) bewirkt, dass die Regeleinrichtung (8) ein Regelverfahren mit allen Schritten eines Regelverfahrens nach einem der obigen Ansprüche ausführt. 10. Computerprogramm nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass es auf einem Datenträger (11) in maschinenlesbarer Form gespeichert ist. 11. Regeleinrichtung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sie derart ausgebildet ist, dass sie im Betrieb ein Regelverfahren mit allen Schritten eines Regelverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausführt. |
Bandzug- und Schiingenregelung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Regelverfahren zum Regeln eines Istzuges, der in einem zwischen zwei Walzgerüsten eingespannten Band herrscht, auf einen Sollzug und einer Iststellung eines zwischen den zwei Walzgerüsten angeordneten, an das Band angestellten Schiingenhebers auf eine SoIl- Stellung.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogramm, das Maschinencode aufweist, der von einer Regeleinrichtung unmittelbar abarbeitbar ist und dessen Abarbeitung durch die Regeleinrichtung bewirkt, dass die Regeleinrichtung ein derartiges Regelverfahren ausführt.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Regeleinrichtung, die derart ausgebildet ist, dass sie im Betrieb ein derartiges Regelverfahren ausführt.
Beim Walzen von Bändern - insbesondere von Metallbändern - in mehrgerüstigen Walzstraßen wird in der Regel in den einzelnen Bandabschnitten (das heißt in den Abschnitten des Bandes, die sich zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden, das Band walzenden Walzgerüsten der Walzstraße befinden) ein Bandzug eingestellt. Aus technologischen Gründen - beispielsweise zur Einhaltung der Dicken- und Breitenkonstanz des Bandes - soll der Bandzug möglichst konstant gehalten werden. Zum Einstel- len des Bandzuges wird in der Regel ein Geschwindigkeitszusatzsollwert ermittelt, der auf eines der beiden den Bandabschnitt begrenzenden Walzgerüste wirkt. Weiterhin wird eine Anstellung eines Schiingenhebers eingestellt, der zwischen den zwei aufeinander folgenden Walzgerüsten angeordnet ist und an das Band angestellt ist.
Auch zum Erfassen des Bandzuges werden im Stand der Technik oftmals die Schiingenheber verwendet. Das Anstellen der Schiingenheber erfolgt im Stand der Technik mittels eines elektrischen Antriebs (seltener) oder einer Hydraulikzylindereinheit (häufiger) . Mittels des Schiingenhebers wird nicht nur der Zug im Band gemessen. Weiterhin wird über die Auslenkung des Schlingenhe- bers auch eine Menge an Band eingestellt, die im jeweiligen Bandabschnitt gepuffert ist (Schlinge) . Nicht nur der im Band herrschende Zug, sondern auch die Stellung des Schiingenhebers müssen geregelt werden. So kann insbesondere der Schiingenheber erst nach dem Einfädeln des Bandes in seine angehobene Stellung gebracht werden, in welcher er das Band auslenkt. Auch muss der Schiingenheber vor dem Ausfädeln des Bandes wieder abgesenkt werden. Wie sich aus einfachen geometrischen Überlegungen ergibt, beeinflusst ein Verstellen des Schiingenhebers direkt die im Bandabschnitt befindliche Länge des Bandes und damit indirekt den Bandzug. Die Schiingenregelung ist daher mit der Zugregelung verkop- pelt.
Aus dem Fachaufsatz „Development of Looper Tension Control System for Hot Strip MiIl" von C. J. Park et al . , Proceedings of the IASTED International Conference, Applied Simulation and Modelling 2000, 24. bis 26. Juli 2000, Banff, Alberta,
Kanada, Seiten 423 bis 427, ist ein Regelverfahren zum Regeln eines Istzuges, der in einem zwischen zwei Walzgerüsten eingespannten Band herrscht, auf einen Sollzug und einer Iststellung eines zwischen den beiden Walzgerüsten angeordneten, an das Band angestellten Schiingenhebers auf eine Sollstellung bekannt, die einen Zugregler und einen Schlingenregler umfasst. Dem Zugregler werden der Sollzug und der Istzug zugeführt. Dem Schlingenregler werden die Sollstellung und die Iststellung zugeführt. Beide Regler sind als PI-Regler ausge- bildet. Beide Regler ermitteln jeweils ein Ausgangssignal.
Beide Ausgangssignale wirken sowohl auf die Walzgeschwindigkeit des vor- bzw. nachgeordneten Walzgerüsts und auf die Stellung des Schiingenhebers. Jede der insgesamt vier Wirkun- gen ist über einen entsprechenden Verstärkungsfaktor eingestellt.
Dem Fachaufsatz „Application of ILQ control theory to steel rolling processes" von H. Imanari et al . , Proceedings of The 7th International Conference on Steel Rolling 1998, Chiba, Japan, Seiten 36 bis 41, ist ein im Wesentlichen gleichgelagerter Offenbarungsgehalt zu entnehmen. Die aus den Fachaufsätzen bekannten Regelverfahren stellen einen Fortschritt gegenüber den konventionellen Regelverfahren dar. Sie arbeiten mit einer Entkopplung der Regeleingriffe voneinander. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Möglichkeiten zu schaffen, mittels derer bewirkt wird, dass Eingriffe des Schlingenreglers keine oder nur eine sehr geringe Auswirkung auf den Istzug haben und Eingriffe des Zugreglers mit hoher Dynamik erfolgen.
Die Aufgabe wird durch ein Regelverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Regelverfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 8.
Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Computerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Weiterhin wird die Aufgabe durch eine Regeleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Regelverfahren ist vorgesehen,
- dass einem Zugregler für den Sollzug und für den Istzug charakteristische Werte zugeführt werden,
- dass der Zugregler anhand der ihm zugeführten charakteris- tischen Werte ein Zugausgleichssignal ermittelt, das einen
Integralanteil umfasst, - dass anhand des Integralanteils ein erster Geschwindigkeitszusatzsollwert für mindestens eines der zwei Walzgerüste ermittelt wird,
- dass der Integralanteil zeitlich verzögert wird,
- dass anhand der Differenz von Zugausgleichssignal und verzögertem Integralanteil ein erster Sollverstellgeschwindig- keitsanteil für den Schiingenheber ermittelt wird,
- dass die Sollstellung und die Iststellung einem Schlingen- regler zugeführt werden, der anhand der Sollstellung und der Iststellung ein Schlingenausgleichssignal ermittelt,
- dass durch Verzögern des Schlingenausgleichssignals ein zweiter Sollverstellgeschwindigkeitsanteil für den Schlin- genheber ermittelt wird,
- dass anhand des Schlingenausgleichssignals ein zweiter Ge- schwindigkeitszusatzsollwert für das mindestens eine der zwei Walzgerüste ermittelt wird,
- dass die Summe von erstem und zweitem Geschwindigkeitszusatzsollwert an eine Drehzahlregelung für das mindestens eine der zwei Walzgerüste ausgegeben wird und
- dass an eine Verstelleinheit, mittels derer die Stellung des Schiingenhebers eingestellt wird, eine resultierende Sollverstellgeschwindigkeit ausgegeben wird, in die als Summanden der erste und der zweite Sollgeschwindigkeitsanteil eingehen.
Die Begriffe „Zugausgleichssignal" und „Schlingenausgleichssignal" wurden so gewählt, weil sie zum Ausdruck bringen, von welchem Regler sie stammen, welcher Regelabweichung sie entgegen wirken sollen und um sie sprachlich voneinander unter- scheiden zu können. Eine weitergehende Bedeutung kommt der Wortwahl nicht zu. Man hätte die beiden Signale ebenso als „Ausgangssignal des Zugreglers" und „Ausgangssignal des
Schlingenreglers" bezeichnen können. Zur korrekten Anpassung der von jeweils einem der beiden Regler vorgenommenen Eingriffe ist vorzugsweise vorgesehen, dass bei der Ermittlung der Geschwindigkeitszusatzsollwerte relativ zu den Sollverstellgeschwindigkeitsanteilen die Ableitung der Länge des zwischen den zwei Walzgerüsten eingespannten Bandes nach der Stellung des Schiingenhebers berücksichtigt wird. Im Rahmen des Ermitteins der resultierenden Sollverstellgeschwindigkeit werden sowohl der Integralanteil des Zugausgangssignals als auch das Schlingenausgangssignal zeitlich verzögert. Das Regelverfahren kann daher dadurch vereinfacht werden, dass im Rahmen des Ermitteins der resultierenden Sollverstellgeschwindigkeit der unverzögerte Integralanteil von einem modifizierten Schlingenausgleichssignal subtrahiert wird, die sich ergebende Differenz verzögert wird und die verzögerte Differenz zum Zugausgangssignal addiert wird, wobei das modifizierte Schlingenausgleichssignal durch Skalie- ren des Schlingenausgleichssignals mit einem die Ableitung berücksichtigenden Wert ermittelt wird.
Es ist möglich, dass der für den Istzug charakteristische Wert direkt gemessen wird. In der Regel jedoch ist der Wert entweder nicht oder zumindest nicht einfach messbar. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist daher bevorzugt, dass der für den Istzug charakteristische Wert indirekt anhand gemessener Größen mittels eines Bandzugbeobachters ermittelt wird. Bandzugbeobachter als solche sind Fachleuten bekannt.
In der resultierenden Sollverstellgeschwindigkeit ist - unter anderem - der erste Sollverstellgeschwindigkeitsanteil enthalten, der vom Zugregler ermittelt wird. In vielen Fällen wird weiterhin dem Bandzugbeobachter die resultierende SoIl- Verstellgeschwindigkeit zugeführt, also die Summe der SoIl- verstellgeschwindigkeitsanteile . Auf Grund dieses Umstands entsteht innerhalb der Regelung eine Mitkopplung. Die Mitkopplung kann zur Instabilität des Zugreglers führen. Vorzugsweise ist daher vorgesehen, dass anhand von für die Sta- bilität des Zugreglers charakteristischen Größen dynamisch eine Ersatzzeitkonstante für den Bandzugbeobachter ermittelt wird und der Bandzugbeobachter den für den Istzug charakteristischen Wert unter Berücksichtigung der Ersatzzeitkonstan- te ermittelt. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass anhand der für die Stabilität des Zugreglers charakteristischen Größen dynamisch eine Regelverstärkung für den Zugregler ermittelt wird und der Zugregler das Zugaus- gleichssignal unter Berücksichtigung der Regelverstärkung ermittelt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Regelverfahrens ist weiterhin vorgesehen, dass dem Bandzugbeob- achter eine Vorsteuerung parallel geschaltet ist. Dadurch kann die Dynamik, mittels derer der für den Istzug charakteristische Wert ermittelt wird, gesteigert werden.
In vielen Fällen ist es weiterhin von Vorteil,
- dass einem Momentregler der für den Sollzug charakteristische Wert, ein durch den Schiingenheber bewirktes Eigenmoment und ein von einer Verstelleinrichtung für den Schlingen- heber bewirktes Verstellmoment zugeführt werden und
dass der Momentregler einen Zusatzsollverstellgeschwin- digkeitsanteil ermittelt, der ebenfalls als Summand in die resultierende Sollverstellgeschwindigkeit eingeht.
Dadurch kann eine höhere Dynamik erreicht werden. Der Momentregler ist vorzugsweise als P-Regler (P = proportional) oder PD-Regler (= proportional-differenzial) ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Computerprogramm ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ausführung seines Maschinencodes durch eine Regeleinrichtung bewirkt, dass die Regeleinrichtung ein erfindungsgemäßes Regelverfahren ausführt. Gleiches gilt in analoger Weise für die Regeleinrichtung selbst. Das Computerprogramm kann insbesondere auf einem Datenträger in maschinenlesbarer Form gespeichert sein. Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen in Prinzipdarstellung: FIG 1 eine mehrgerüstige Walzstraße,
FIG 2 einen einzelnen Bandabschnitt,
FIG 3 eine Zugregelung,
FIG 4 eine Schlingenregelung,
FIG 5 eine mögliche Kombination der Zugregelung von FIG 3 und der Schlingenregelung von FIG 4,
FIG 6 ein Gesamtschaltbild mehrerer Regler,
FIG 7 ein weiteres Gesamtschaltbild mehrerer Regler und
FIG 8 eine mögliche Ergänzung eines Bandzugbeobachters.
Gemäß FIG 1 weist eine Walzstraße mehrere Walzgerüste 1 auf. Bei der Walzstraße kann es sich insbesondere um ein Warmwalzwerk handeln. Dargestellt sind in FIG 1 insgesamt drei Walzgerüste 1. In der Regel weist die Walzstraße jedoch mehr als drei Walzgerüste 1 auf, beispielsweise fünf bis acht Walzgerüste. In den Walzgerüsten 1 wird ein Band 2 gewalzt. Das Band 2 ist in der Regel ein Metallband, beispielsweise ein Stahlband, ein Aluminiumband oder ein Kupferband. Es kann jedoch aus einem anderen Material bestehen, beispielsweise ein Buntmetall oder ein Nichtmetall sein. Die Walzgerüste 1 werden zum Walzen des Bandes 2 mit einer für das jeweilige Walzgerüst 1 individuellen Walzgeschwindigkeit v angetrieben.
Zwischen jeweils zwei unmittelbar aufeinander folgenden WaIz- gerüsten 1 ist jeweils ein Schiingenheber 3 angeordnet. Jeder Schiingenheber 3 weist eine Schlingenheberrolle 4 auf, die an das Band 2 angestellt ist. Mittels der Schiingenheber 3 wird das Band 2 zwischen den Walzgerüsten 1 aus einer Walzlinie 5 (das heißt der direkten Verbindungslinie der Walzspalte der Walzgerüste 1 miteinander) ausgelenkt, in der Regel nach oben .
Zwischen den Walzgerüsten 1 (und in der Regel auch zwischen einem Abhaspei 6 und dem ersten der Walzgerüste 1 sowie zwi- sehen dem letzten der Walzgerüste 1 und einem Aufhaspel 7) ist das Band 2 eingespannt. Im Band 2 herrscht daher ein Istzug Z. Der Istzug Z innerhalb jedes Bandabschnitts ist (selbstverständlich) einheitlich. In den einzelnen Bandab- schnitten können die Istzüge Z untereinander gleich oder voneinander verschieden sein.
FIG 2 zeigt einen einzelnen Bandabschnitt einschließlich der beiden den Bandabschnitt begrenzenden Walzgerüste 1. Die beiden Walzgerüste 1 sind in FIG 2 mit den Bezugszeichen 1' und 1" versehen, um sie voneinander unterscheiden zu können. Die beiden Walzgerüste 1', 1" werden nachfolgend entsprechend ihrer Reihenfolge als vorderes Walzgerüst 1' und als hinteres Walzgerüst 1" bezeichnet. Es handelt sich bei dem in FIG 2 dargestellten Abschnitt um einen beliebigen Abschnitt.
Gemäß FIG 2 ist eine Regeleinrichtung 8 vorhanden. Die Regeleinrichtung 8 ist derart ausgebildet, dass sie im Betrieb ein Regelverfahren ausführt, das nachfolgend näher erläutert werden wird.
Die Regeleinrichtung 8 kann schaltungstechnisch realisiert sein. In der Regel ist die Regeleinrichtung 8 jedoch entspre- chend der Darstellung von FIG 2 als softwareprogrammierbare Regeleinrichtung 8 ausgebildet. In diesem Fall ist die Regeleinrichtung 8 mit einem Computerprogramm 9 programmiert. Das Computerprogramm 9 weist Maschinencode 10 auf. Der Maschinencode 10 ist von der Regeleinrichtung 8 unmittelbar abarbeitbar. Die Abarbeitung des Maschinencodes 10 durch die Regeleinrichtung 8 bewirkt, dass die Regeleinrichtung 8 die Schritte des nachfolgend erläuterten Regelverfahrens ausführt. Das Computerprogramm 9 kann der Regeleinrichtung 8 auf beliebige Weise zugeführt werden. Beispielsweise ist es möglich, das Computerprogramm 9 der Regeleinrichtung 8 über eine Rechner-Rechner-Verbindung, beispielsweise ein LAN oder das Internet, zuzuführen. Ebenso ist es möglich, das Computerpro- gramm 9 der Regeleinrichtung 8 über einen Datenträger 11 zuzuführen, auf dem das Computerprogramm 9 in maschinenlesbarer Form gespeichert ist. Der Datenträger 11 kann zu diesem Zweck nach Bedarf ausgebildet sein. Rein beispielhaft ist in FIG 2 der Datenträger 11 als USB-Stick dargestellt. Der Datenträger 11 könnte jedoch anders ausgebildet sein, beispielsweise als SD-Speicherkarte oder als CD-ROM. Gemäß FIG 2 wird der Regeleinrichtung 8 ein Sollzug Z* zugeführt. Weiterhin wird der Regeleinrichtung 8 ein für den Istzug Z charakteristischer Wert Z' zugeführt. Schließlich werden der Regeleinrichtung 8 eine Iststellung φ des Schlin- genhebers 3 und eine Sollstellung φ* des Schiingenhebers 3 zugeführt. Mittels der Regeleinrichtung 8 sollen der Istzug Z und der Sollzug Z* und die Iststellung φ auf die Sollstellung φ* geregelt werden.
Anhand der genannten Größen Z*, Z', φ, φ* ermittelt die Re- geleinrichtung 8 einen resultierenden Geschwindigkeitszusatzsollwert δv* für das dem Schiingenheber 3 vorgeordnete Walzgerüst 1'. Der resultierende Geschwindigkeitszusatzsollwert δv* wird an eine Drehzahlregelung 12 für das vorgeordnete Walzgerüst 1' ausgegeben. Alternativ könnte der resultierende Geschwindigkeitszusatzsollwert δv* für das dem Schiingenheber 3 nachgeordnete Walzgerüst 1" ermittelt werden und an eine Drehzahlregelung 13 dieses Walzgerüsts 1" ausgegeben werden. Dies ist in FIG 2 gestrichelt angedeutet. Auch eine Aufteilung auf beide Walzgerüste 1', 1" kann vorgenommen werden.
Weiterhin ermittelt die Regeleinrichtung 8 anhand der genannten Größen Z*, Z', φ, φ* eine resultierende Sollverstellgeschwindigkeit ω* für den Schiingenheber 3. Die resultierende Sollverstellgeschwindigkeit ω* wird an eine Verstelleinheit 14 ausgegeben, mittels derer die Stellung des Schiingenhebers 3 eingestellt wird. Die Verstelleinheit 14 kann elektrisch oder - bevorzugt - hydraulisch arbeiten.
Die Art und Weise der Ermittlung des resultierenden Geschwin- digkeitszusatzsollwerts δv* und der resultierenden Sollverstellgeschwindigkeit co* ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Die Regeleinrichtung 8 umfasst einen Zugregler 15. Der Zugregler 15 und seine Wirkungsweise werden nachfolgend in Verbindung mit FIG 3 näher erläutert. Die Regeleinrichtung 8 umfasst weiterhin einen Schlingenregler 16. Der Schlingenregler 16 und seine Wirkungsweise werden nachfolgend in Verbindung mit FIG 4 näher erläutert. Die gesamte Regeleinrichtung 8 wird nachfolgend in Verbindung mit FIG 5 nochmals erläutert.
Dem Zugregler 15 werden gemäß FIG 3 ein für den Sollzug Z* charakteristischer Wert Z'* und der für den Istzug Z charakteristische Wert Z' zugeführt. Der Zugregler 15 ist vorzugsweise als PI-Regler (PI = proportional-integral) ausgebildet. Er ermittelt anhand der ihm zugeführten charakteristischen Werte Z'*, Z' ein Zugausgleichssignal ZA.
Beispielsweise kann eine Sollwertermittlungseinrichtung 8' vorhanden sein, welcher der Sollzug Z* und weitere Größen zugeführt werden. Die weiteren Größen können beispielsweise die Iststellung φ des Schiingenhebers 3, die Abstände des Schlin- genhebers 3 vom vorgeordneten und vom nachgeordneten Walzgerüst 1', 1" und weitere Geometrieparameter umfassen, so dass die Sollwertermittlungseinrichtung 8' in der Lage ist, anhand der ihr zugeführten Größen die Abstände der Schlingenheber- rolle 4 von den Walzgerüsten 1', 1" sowie die Höhe der
Schlingenheberrolle 4 relativ zur Walzlinie 5 zu ermitteln.
Weiterhin werden der Sollwertermittlungseinrichtung 8' Größen zugeführt, die das Band 2 beschreiben, beispielsweise dessen Dicke, dessen Breite und dessen Elastizitätsmodus. Wenn diese Größen bekannt sind, kann der für den Sollzug Z* charakteris- tische Wert Z'* anhand einfacher geometrischer Berechnungen ermittelt werden. Der charakteristische Wert Z'* entspricht in diesem Falle einer Sollkraft, die das Band 2 auf den
Schiingenheber 3 ausüben sollte, bzw. einem Sollmoment, welches das Band 2 auf den Schiingenheber 3 ausüben sollte.
Von den Größen, die der Sollwertermittlungseinrichtung 8' zugeführt werden, sind zumindest der Sollzug Z* und die Iststellung φ (alternativ die Sollstellung φ*) Variable. Bei den anderen Größen kann es sich alternativ um Variable oder um Parameter handeln. Der Unterschied zwischen Variablen und Parametern besteht darin, dass Variable im Betrieb der Regeleinrichtung 8 dynamisch variieren können, während Parame- ter im Rahmen der Inbetriebnahme der Regeleinrichtung 8 einmalig eingestellt werden und danach konstant gehalten werden.
Die Sollwertermittlungseinrichtung 8' kann Bestandteil der Regeleinrichtung 8 sein. Alternativ kann sie außerhalb der Regeleinrichtung 8 angeordnet sein. Im letztgenannten Fall wird der Regeleinrichtung 8 anstelle des Sollzuges Z* der entsprechende charakteristische Wert Z'* zugeführt.
Der für den Istzug Z charakteristische Wert Z' kann alterna- tiv gemessen werden oder anderweitig ermittelt werden. Hierauf wird später noch eingegangen werden.
Der Zugregler 15 umfasst gemäß FIG 3 einen Integrator 17. Das Zugausgleichssignal ZA umfasst daher einen Integralanteil IA. Weiterhin umfasst der Zugregler 15 einen Zweig 18, über den ein Proportionalanteil PA des Zugausgleichssignals ZA ausgegeben wird.
Eine Integrationsverstärkung kl des Integrators 17 kann eine Konstante sein. Bevorzugt ist sie jedoch eine Variable, die unter anderem mit zunehmender Regelabweichung (|Z'*-Z' |) ansteigt .
Gemäß FIG 3 wird anhand des Integralanteils IA ein erster Ge- schwindigkeitszusatzsollwert δvl* für das vorgeordnete Walzgerüst 1' ermittelt. Der erste Geschwindigkeitszusatzsollwert δvl* geht als einer von zwei Summanden in den resultierenden Geschwindigkeitszusatzsollwert δv* ein. Gemäß FIG 3 wird weiterhin der Integralanteil IA einem Verzögerungsglied 19 zugeführt, in dem der Integralanteil IA zeitlich verzögert wird. Der zeitlich verzögerte Integralanteil wird nachfolgend zur Unterscheidung vom unverzögerten Integralanteil IA als verzögerter Integralanteil IA' bezeichnet.
Der zeitlich verzögerte Integralanteil IA' wird in einem Kno- tenpunkt 20 vom Zugausgleichssignal ZA subtrahiert. Anhand der sich ergebenden Differenz wird ein erster Sollverstellge- schwindigkeitsanteil ωl* für den Schiingenheber 3 ermittelt. Der erste Sollverstellgeschwindigkeitsanteil ωl* geht als einer von mehreren Summanden in die resultierende Sollver- Stellgeschwindigkeit ω* ein.
Die Sollstellung φ* und die Iststellung φ werden gemäß FIG 4 dem Schlingenregler 16 zugeführt. Der Schlingenregler 16 kann als P-Regler ausgebildet sein. Er ermittelt anhand der SoIl- Stellung φ* und der Iststellung φ ein Schlingenausgleichssig- nal SA. Das Schlingenausgleichssignal SA wird (unter anderem) einem Verzögerungsglied 21 zugeführt. In dem Verzögerungsglied 21 wird das Schlingenausgleichssignal SA zeitlich verzögert und so ein verzögertes Schlingenausgleichssignal SA' ermittelt. Das verzögerte Schlingenausgleichssignal SA' entspricht einem zweiten Sollverstellgeschwindigkeitsanteil ω2* für den Schiingenheber 3. Auch der zweite Sollverstellge- schwindigkeitsanteil ω2* geht als Summand in die Ermittlung der resultierenden Sollverstellgeschwindigkeit ω* ein.
Gemäß FIG 4 wird weiterhin anhand des Schlingenausgleichssig- nals SA ein zweiter Geschwindigkeitszusatzsollwert δv2* für das vorgeordnete Walzgerüst 1' ermittelt. Der zweite Geschwindigkeitszusatzsollwert δv2* ist der zweite Summand, der in den resultierenden Geschwindigkeitszusatzsollwert δv* eingeht .
Gemäß FIG 3 ist ein Teilerglied 22 vorhanden. In dem Teilerglied 22 wird die Differenz von Zugausgangssignal ZA und ver- zögertem Integralanteil IA' durch einen Wert kL dividiert.
Der Wert kL entspricht vom Ansatz her der Ableitung der Länge des Bandes 2, das sich zwischen den beiden den Bandabschnitt begrenzenden Walzgerüsten 1', 1" befindet, nach der Stellung φ des Schiingenhebers 3.
In analoger Weise ist bei der Ermittlung des zweiten Ge- schwindigkeitszusatzsollwerts δv2* vorgesehen, mittels eines Multipliziergliedes 23 eine Multiplikation mit dem Wert kL vorzunehmen und zur Kompensation dieser Multiplikation im Rahmen des Ermitteins des zweiten Sollverstellgeschwindig- keitsanteils ω2* mittels eines Teilergliedes 24 eine Divisi- on durch den Wert kL vorzunehmen. Das mit dem Wert kL multiplizierte Schlingenausgleichssignal wird nachfolgend als modifiziertes Schlingenausgleichssignal SA" bezeichnet.
Durch das gegenüber dem Ausgeben des resultierenden Geschwin- digkeitszusatzsollwerts δv* verzögerte Ansteuern der Verstelleinheit 14 wird erreicht, dass die Iststellung φ des Schiingenhebers 3 erst dann nachgeführt wird, wenn durch den resultierenden Geschwindigkeitszusatzsollwert δv* eine entsprechende Anpassung der zwischen den Walzgerüsten 1', 1" eingespannten Bandlänge erfolgt. Durch das Subtrahieren des zeitlich verzögerten Integralanteils IA' vom Zugausgangssignal ZA wird erreicht, dass der Integralanteil IA nicht permanent an den Schiingenheber 3 ausgegeben wird, sondern - entsprechend der zeitlichen Verzögerung durch das Verzögerungs- glied 19 - vom Schiingenheber 3 auf das vorgeordnete Walzgerüst 1' (gegebenenfalls alternativ oder zusätzlich auf das nachgeordnete Walzgerüst 1") verlagert wird. Durch die zeitliche Verzögerung des Verzögerungsgliedes 19 wird die zeitliche Verzögerung kompensiert, welche die geregelte Strecke als solche aufweist. Dadurch werden die Wirkungen des resultierenden Geschwindigkeitszusatzsollwertes δv* und der resultierenden Sollverstellgeschwindigkeit ω* miteinander synchronisiert . FIG 5 zeigt die Gesamtverschaltung der Regeleinrichtung 8. Die Ausgestaltung gemäß FIG 5 ist funktional völlig gleichwertig zu den obenstehend in Verbindung mit den FIG 3 und 4 erläuterten Vorgehensweise. Lediglich die Reihenfolge der einzelnen Additions-, Subtraktions- und Verzögerungsmaßnahmen ist geringfügig modifiziert. Insbesondere wird im Rahmen von FIG 5 der unverzögerte Integralanteil IA vom modifizierten Schlingenausgleichssignal SA" subtrahiert, wird die so ermit- telte Differenz verzögert und die verzögerte Differenz zum
Zugausgangssignal ZA addiert. Diese Vorgehensweise ist insbesondere rechentechnisch einfacher, weil das Verzögerungsglied 21 eingespart werden kann. Funktional besteht jedoch kein Unterschied.
Prinzipiell ist es möglich, den für den Istzug Z charakteristischen Wert Z' zu messen. In vielen Fällen ist die Messung jedoch messtechnisch aufwändig oder gar nicht möglich. Aus diesem Grund ist gemäß den FIG 3 und 5 ein Bandzugbeobachter 25 vorhanden. Mittels des Bandzugbeobachters 25 wird der für den Istzug Z charakteristische Wert Z' indirekt anhand gemessener Größen ermittelt. Die gemessenen Größen können insbesondere ein vom Schiingenheber 3 aufgebrachtes Verstellmoment MV umfassen. Weiterhin können dem Bandzugbeobachter 25 Größen zugeführt werden, die für die Verstellgeschwindigkeit ω des Schiingenhebers 3 und ein durch den Schiingenheber 3 bewirktes Eigenmoment ME charakteristisch sind. Bei der Verstellgeschwindigkeit ω kann alternativ ein gemessener Istwert verwendet werden oder die resultierende Sollverstellgeschwindig- keit ω* herangezogen werden. Das Eigenmoment ME ist im Wesentlichen durch die Gewichtskraft der auf die Verstelleinheit 14 wirkenden Komponenten des Schiingenhebers 3 verursacht. Das Eigenmoment ME kann alternativ konstant sein oder eine Funktion der Iststellung φ des Schiingenhebers 3 sein.
Der Aufbau und die Wirkungsweise des Bandzugbeobachters 25 sind Fachleuten allgemein bekannt. Insbesondere kann der Bandzugbeobachter 25 so aufgebaut sein wie der Lastbeobachter, der in FIG 3 der Patentanmeldung „Lastkraftregelung ei- ner Hydraulikzylindereinheit mit Lastbeobachter" der Anmelderin, Zeichen der Anmelderin 200907995, eingereicht beim Europäischen Patentamt am 03. Juli 2009, amtliches Aktenzeichen 09 164 521, detailliert dargestellt und in Verbindung mit dieser Figur beschrieben ist. Von näheren Ausführungen kann daher abgesehen werden.
Das erfindungsgemäße Regelverfahren liefert sehr gute Ergeb- nisse. Durch die nachstehend in Verbindung mit den FIG 6 bis 8 beschriebenen Ausgestaltungen ist das Regelverfahren noch weiter verbesserbar. Die nachstehend in Verbindung mit den FIG 6 bis 8 beschriebenen Ausgestaltungen sind alternativ einzeln oder in Kombination miteinander realisierbar.
Gemäß FIG 6 ist zusätzlich zum Zugregler 15 und zum Schlin- genregler 16 ein Momentregler 26 vorhanden. Dem Momentregler 26 werden der für den Sollzug Z* charakteristische Wert Z'*, das Eigenmoment ME und das Verstellmoment MV zugeführt. Der Momentregler 26 ermittelt anhand der ihm zugeführten Größen Z'*, ME, MV einen Zusatzsollverstellgeschwindigkeitsanteil ω3*. Auch der Zusatzsollverstellgeschwindigkeitsanteil ω3* geht als Summand in die resultierende Sollverstellgeschwindigkeit ω* ein. Der Momentregler 26 kann insbesondere als P- Regler oder als PD-Regler ausgebildet sein. Er bewirkt eine Stabilisierung des Verhaltens der gesamten Regeleinrichtung
Zusätzlich kann gemäß FIG 6 ein Heranfahrregler 27 vorhanden sein. Der Heranfahrregler 27 ist, sofern er vorhanden ist, nur in einer Anfangsphase aktiv. Der Heranfahrregler 27 wird aktiviert, sobald erkannt wird, dass das Band 2 in das dem Schiingenheber 3 nachgeordnete Walzgerüst 1" eingefädelt ist. Der Heranfahrregler 27 wird abgeschaltet, wenn die Schlingen- heberrolle 4 das Band 2 kontaktiert. Das Abschalten kann gleitend in Abhängigkeit von der Differenz des Istzuges Z vom Sollzug Z* (bzw. der entsprechenden charakteristischen Werte Z'*, Z') erfolgen. Der Heranfahrregler 27 sorgt dafür, dass der Schiingenheber 3 aus der abgesenkten Position (unterhalb der Walzlinie 5) schnell an das Band 2 angestellt wird.
Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung 8 kann gemäß FIG 7 weiterhin einen Positionsregler 28 aufweisen. Der Positionsreg- ler 28 wird insbesondere verwendet, wenn der Schiingenheber 3 beim Ein- oder Ausfädeln des Bandes 2 unterhalb der Walzlinie 5 in einer festen Position gehalten werden soll. Er ist alternativ zu dem Zugregler 15 und dem Schiingenregler 16 (und gegebenenfalls auch dem Momentregler 26 und/oder dem Heranfahrregler 27) aktiv. Die Umschaltung erfolgt - vorzugsweise gleitend - in Abhängigkeit von einer Ein- und Ausfädelungser- kennung. Der Positionsregler 28 ist vorzugsweise so aufgebaut, wie es in der Patentanmeldung „Steuereinrichtung für eine Hydraulikzylindereinheit" der Anmelderin, Zeichen der
Anmelderin 200910164, eingereicht beim Europäischen Patentamt am 03. Juli 2009, amtliches Aktenzeichen 09 164 543, detailliert beschrieben ist. In Einzelfällen kann weiterhin der resultierende Geschwindigkeitszusatzsollwert δv* gemäß den FIG 6 und 7 durch ein PTl-Verzögerungsglied 31 verzögert werden.
FIG 7 zeigt weiterhin, dass die Regeleinrichtung 8 eine Adaptionseinrichtung 29 aufweisen kann. Der Adaptionseinrichtung 29 werden Größen zugeführt, die für die Stabilität des Zug- reglers 15 charakteristisch sind. Die Adaptionseinrichtung 29 ermittelt beispielsweise eine Ersatzzeitkonstante T für den Bandzugbeobachter 25. Wenn dies der Fall ist, gibt die Adaptionseinrichtung 29 die Ersatzzeitkonstante T an den Bandzugbeobachter 25 aus. Der Bandzugbeobachter 25 ermittelt in die- sem Fall den für den Istzug Z charakteristischen Wert Z' unter Berücksichtigung der Ersatzzeitkonstante T.
Alternativ oder zusätzlich kann die Adaptionseinrichtung 29 anhand der ihr zugeführten Größen eine Regelverstärkung k für den Zugregler 15 ermitteln und an den Zugregler 15 ausgeben. Der Zugregler 15 ermittelt in diesem Fall das Zugausgleichssignal ZA unter Berücksichtigung der an ihn übermittelten Regelverstärkung k. Die für die Stabilität des Zugreglers 15 charakteristischen Größen können nach Bedarf bestimmt sein. Beispielsweise kann die Iststellung φ des Schiingenhebers 3 herangezogen werden. Unabhängig davon, anhand welcher Größen die Adaptionseinrich- tung 29 die Ersatzzeitkonstante T und/oder die Regelverstärkung k ermittelt, erfolgt die Ermittlung jedoch dynamisch, also im laufenden Betrieb der Regeleinrichtung 8. Die Ersatzzeitkonstante T und die Regelverstärkung k sind also Variab- Ie, nicht Parameter.
Gemäß FIG 8 kann weiterhin dem Bandzugbeobachter 25 eine Vorsteuerung 30 parallel geschaltet sein. Durch diese Ausgestaltung kann der für den Istzug Z charakteristische Wert Z' mit höherer Dynamik ermittelt werden. Insbesondere erscheinen Änderungen des für den Istzug Z charakteristischen Wertes Z' , die durch Änderungen der Iststellung φ des Schiingenhebers 3 entstehen, sofort im charakteristischen Wert Z' , ohne dass der Bandzugbeobachter 25 erst einschwingen muss. Der Vorsteu- erung 30 wird zumindest die Iststellung φ des Schiingenhebers 3 als Variable zugeführt.
Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Regelverfahren schnell und sta- bil. Weiterhin ist eine einfache Nachrüstbarkeit bei existierenden Regeleinrichtungen gegeben. Weiterhin weist das erfindungsgemäße Regelverfahren überlegene Regelergebnisse auf. Insbesondere hat eine Änderung der Iststellung φ des Schlin- genhebers 3 nahezu keine Auswirkungen auf den Istzug Z. Dies ist insbesondere wichtig beim Absenken des Schiingenhebers 3 vor dem Ausfädeln des Bandes 2. Weiterhin werden Abweichungen des Istzuges Z vom Sollzug Z* sehr schnell ausgeregelt. Dennoch erfolgt nur eine sehr geringe Anregung von Eigenschwingungen. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Regelver- fahrens besteht darin, dass kein Messwert für die Verstellgeschwindigkeit ω des Schiingenhebers 3 benötigt wird. Auch treten keine langsamen, kriechenden Einschwingvorgänge auf, sondern es erfolgt ein schnelles Einschwingen. Die obige Beschreibung dient ausschließlich der Erläuterung der vorliegenden Erfindung. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung soll hingegen ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche bestimmt sein.