Auf der Streuung einer Istgröße eines Walzguts basierende Adaptierung eines Reglers in einem Walzwerk

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine an ein Walzwerk angebundene Ermittlungseinrichtung.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Betriebspro- gramm, das Maschinencode umfasst, dessen Abarbeitung durch eine an ein Walzwerk angebundene Ermittlungseinrichtung bewirkt, dass die Ermittlungseinrichtung ein derartiges Betriebsverfahren ausführt. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung einen Datenträger, auf dem in maschinenlesbarer Form ein derartiges Betriebsprogramm gespeichert ist. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine an ein Walzwerk angebundene Ermittlungseinrichtung, die mit einem derartigen Betriebsprogramm programmiert ist. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Walzwerk.

Ziel jedes technischen Prozesses ist die Erzeugung eines Produkts, das bestimmte Eigenschaften aufweist. Im Idealfall weist das Produkt hierbei exakt die bestimmten Eigenschaften auf. In der Praxis können die Eigenschaften des Produkts je- doch um bestimmte Toleranzbereiche von den gewünschten Solleigenschaften abweichen. Die zulässigen Toleranzbereiche können hierbei - je nach Lage des Einzelfalls - durch die spätere Verwendung bzw. Weiterverarbeitung des Produkts als solche, durch - mehr oder minder willkürliche - Vorgaben des Ab- nehmers des Produkts oder durch Gesetz bestimmt sein.

Die Ursachen für die Abweichung der tatsächlichen Eigenschaften (Istgrößen) von den gewünschten Eigenschaften (Sollgrößen) können vielfältige Ursachen haben. Beispielsweise kann der Herstellungsprozess Störungen unterworfen sein. Auch kann die Abweichung der Istgrößen von den Sollgrößen auf inhomogene Materialeigenschaften oder Eingriffe einer Automatisie-

rungseinrichtung in den Herstellungsprozess zurück zu führen sein .

Die obigen allgemeinen Ausführungen gelten auch im Speziellen für die Bearbeitung eines Walzguts in einem Walzwerk. Die Bearbeitung entspricht hierbei in aller Regel einem Walzen des Walzguts, also einer Verringerung von dessen Querschnitt in einem Walzgerüst. In Ausnahmefällen kommen jedoch auch andere Arten der Behandlung in Frage, beispielsweise eine thermische Behandlung in einer Kühlstrecke, die einer Walzstraße nachgeordnet ist.

Beispiele gewünschter Solleigenschaften eines Walzguts sind

- im Falle eines bandförmigen Walzguts dessen Dicke, in geringem Umfang dessen Breite sowie die Planheit des Walzguts,

- im Falle eines stabförmigen Walzguts dessen Höhe und Breite, manchmal auch das Verhältnis von Höhe und Breite (Höhe und Breite sind hierbei orthogonal zueinander orientiert) ,

- unabhängig vom Querschnitt des Walzguts der im Walzgut herrschende Zug sowie die Gefügeeigenschaften. Insbesondere bestimmt das Gefüge die späteren Verarbeitungsmöglichkeiten, beispielsweise die Tiefziehfähigkeit von Blech. Das Gefüge wird besonders stark durch die thermische Behandlung in der Kühlstrecke beeinflusst.

Walzwerke des Standes der Technik weisen eine Basisautomatisierung und technologische Regelungen auf. Die Basisautomati- sierung umfasst insbesondere Einzelregelungen, beispielsweise für eine Drehzahl eines Antriebsmotors eines Walzgerüsts oder eine Hubhöhe eines Schiingenhebers, mittels dessen der Zug auf einen Sollzug eingestellt wird. Die technologischen Regelungen umfassen überlagerte Regler. Sie bestimmen die SoIl- werte für die Basisautomatisierung. Beispiele sind die Bestimmung eines Sollwalzspalts, einer Sollwalzkraft, einer Sollwalzgeschwindigkeit oder eines zeitlichen Kühlmittelmengenverlaufs, der auf eine bestimmte Stelle des Walzguts auf-

gebracht werden soll. Im Stand der Technik weisen sowohl die Regler der Basisautomatisierung als auch die Regler der technologischen Regelung jeweils einen für die jeweilige Regelaufgabe typischen Regler auf, beispielsweise einen P-Regler, einen PI-Regler, einen PD-Regler, einen PTl-Regler usw.. Ferner wird für jeden Regler eine jeweilige Reglercharakteristik bestimmt. Die Reglercharakteristik umfasst beispielsweise bei einem PI-Regler dessen Proportionalverstärkung und dessen Integrationszeitkonstante.

Die Reglerart und die Reglercharakteristik werden im Stand der Technik nach Möglichkeit derart bestimmt, dass der jeweilige Regler möglichst stabil und genau regelt. Insbesondere ist angestrebt, mittels der technologischen Regelungen den Prozess so zu regeln und zu steuern, dass die qualitätsrelevanten Größen möglichst gut eingehalten werden. Hierbei wird angestrebt, die durch Führungseingriffe und Störungen hervorgerufenen Unruhen im Prozessverhalten und die dadurch bewirkten Schwankungen in den Materialeigenschaften nach dem Durch- laufen des Walzwerks möglichst gering zu halten. In vielen

Fällen ist es jedoch nicht möglich, die Reglercharakteristik vorab so zu bestimmen. Beispielsweise kann dies dadurch verursacht sein, dass die momentan jeweils optimale Reglercharakteristik vom jeweiligen Betriebszustand des Walzwerks ab- hängt, beispielsweise vom momentanen Zustand des zu bearbeitenden Walzguts oder einer momentanen Durchlaufgeschwindig- keit des Walzguts durch das Walzwerk.

Im Stand der Technik ist es bekannt, in Walzwerken dynamisch und zustandsabhängig Reglerparameter zu bestimmen und die jeweils bestimmten Reglerparameter dem Regler vorzugeben. Beispielsweise kann der Walzspalt eines Walzgerüsts von einem Walzspaltregler geregelt werden, wobei der Regler in Abhängigkeit von den Materialeigenschaften (Zusammensetzung und Querschnitt) sowie der Temperatur und der Walzgutgeschwindigkeit parametriert wird.

Weiterhin ist es bekannt, Reglerparameter dynamisch zu bestimmen und den Regler entsprechend anzupassen. Beispielhaft wird auf die DE 103 27 663 Al verwiesen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Möglichkeiten zu schaffen, mittels derer die Regleranpassung weiter verbessert werden kann.

Die Aufgabe wird durch ein Betriebsverfahren mit den Merkma- len 1, ein Betriebsprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 4 und einen Datenträger, auf dem in maschinenlesbarer Form ein derartiges Betriebsprogramm gespeichert ist, gelöst. Weiterhin wird die Aufgabe durch eine an ein Walzwerk angebundene Ermittlungseinrichtung gelöst, die mit einem derartigen Be- triebsprogramm programmiert ist. Schließlich wird die Aufgabe durch ein entsprechend ausgestaltetes Walzwerk gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Betriebsverfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 und 3, vorteilhafte Ausgestaltungen des Walzwerks Gegenstand der abhängigen Ansprüche 8, 9 und 10.

Im Betrieb eines Walzwerks wird ein das Walzwerk durchlaufendes Walzgut mittels einer Bearbeitungsrichtung bearbeitet. Die Bearbeitungseinrichtung wird mittels eines Reglers gere- gelt. Dem Regler werden eine Sollgröße und eine Istgröße des Walzguts nach dem Bearbeiten durch die Bearbeitungseinrichtung zugeführt. Der Regler ermittelt anhand der Sollgröße und der Istgröße in Verbindung mit einer Reglercharakteristik eine Stellgröße für die Bearbeitungseinrichtung. Der Regler gibt die Stellgröße an die Bearbeitungseinrichtung aus. Die Bearbeitungseinrichtung bearbeitet das Walzgut entsprechend der an sie ausgegebenen Stellgröße. Erfindungsgemäß werden einer an das Walzwerk angebundenen Ermittlungseinrichtung die Istgröße des Walzguts nach dem Bearbeiten durch die Bearbei- tungseinrichtung sowie eine korrespondierende Istgröße des

Walzguts vor dem Bearbeiten durch die Bearbeitungseinrichtung zugeführt. Die Ermittlungseinrichtung ermittelt anhand der zeitlichen Verläufe der ihr zugeführten Istgrößen dynamisch

die Reglercharakteristik. Die Ermittlung der Reglercharakteristik erfolgt hierbei derart, dass die Streuung der Istgröße des Walzguts nach dem Bearbeiten durch die Bearbeitungseinrichtung zumindest tendenziell minimiert wird. Die Ermitt- lungseinrichtung parametriert den Regler entsprechend der von ihr ermittelten Reglercharakteristik.

Die dynamische Ermittlung der Reglercharakteristik und die hiermit korrespondierende dynamische Parametrierung des Reg- lers kann alternativ in Echtzeit oder zyklisch erfolgen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ermittelt die Ermittlungseinrichtung anhand des zeitlichen Verlaufs der Istgröße des Walzguts nach dem Bearbeiten durch die Bearbeitungseinrichtung eine entsprechende Streuung dieser Istgröße und anhand des zeitlichen Verlaufs der korrespondierenden Istgröße vor dem Bearbeiten des Walzguts durch die Bearbeitungseinrichtung eine Streuung dieser Istgröße. Die Ermittlungseinrichtung ermittelt in diesem Fall die Reg- lercharakteristik anhand der beiden von ihr ermittelten Streuungen .

Als Istgröße des Walzguts kommt prinzipiell jede direkt oder indirekt ermittelbare Eigenschaft des Walzguts in Frage. Bei- spielsweise kann die Istgröße des Walzguts eine Abmessung des Walzguts quer zu einer Laufrichtung des Walzguts sein. Bei bandförmigem Walzgut kann insbesondere die Banddicke mit der Istgröße korrespondieren. Bei stabförmigem Walzgut können insbesondere die Höhe und die Breite des Walzguts mit der Istgröße korrespondieren. Bei bandförmigem Walzgut kann weiterhin eine Bandplanheit mit der Istgröße des Walzguts korrespondieren, bei stabförmigem Walzgut ein Verhältnis von Höhe und Breite zueinander. Auch können Gefügeeigenschaften die Istgröße des Walzguts sein.

Das Walzwerk kann als Kaltwalzwerk oder als Warmwalzwerk zum Walzen von Metall (insbesondere von Stahl) ausgebildet sein. Das Walzwerk kann weiterhin alternativ als Walzwerk zum Wal-

zen eines bandförmigen oder eines stabförmigen Walzguts ausgebildet sein.

Auch für die Stellgröße kommen - analog zur Istgröße - eine Vielzahl von Größen in Frage. Insbesondere kann es sich um einen Sollzug, eine Sollanstellung oder einen Sollwalzspalt eines Walzgerüsts, eine Sollwalzkraft oder eine thermische Sollbeeinflussung des Walzguts handeln.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen in Prinzipdarstellung:

FIG 1 schematisch ein Walzwerk, FIG 2 schematisch eine mögliche alternative Ausgestaltung des Walzwerks von FIG 1 und FIG 3 und 4 zwei Ablaufdiagramme .

FIG 1 zeigt schematisch ein Walzwerk. Das Walzwerk weist zu- mindest eine Walzstraße 1 auf. Die Walzstraße 1 kann beispielsweise als ein- oder mehrgerüstige Vorstraße oder als ein- oder mehrgerüstige Fertigstraße ausgebildet sein. In beiden Fällen wird in der Walzstraße 1 ein bandförmiges Walzgut 2 gewalzt. Im Falle der Ausbildung als Fertigstraße kann der Walzstraße 1 eine Kühlstrecke 3 nachgeordnet sein, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung ebenfalls als Bestandteil des Walzwerks angesehen wird.

Im Falle der Ausgestaltung der Walzstraße 1 als Vor- oder Fertigstraße ist das Walzwerk als Warmwalzwerk zum Walzen von Metall ausgebildet. Es kann insbesondere als Warmwalzwerk zum Walzen von Stahl ausgebildet sein. Alternativ zu einer Ausgestaltung des Walzwerks als Warmwalzwerk kann das Walzwerk jedoch als Kaltwalzwerk zum Kaltwalzen von Stahl ausgebildet sein. In diesem Fall ist im Falle eines bandförmigen Walzguts 2 die Walzstraße 1 als Tandemstraße ausgebildet.

Gemäß FIG 1 wird im Walzwerk - unabhängig von dem Material des Walzguts 2 - ein bandförmiges Walzgut 2 gewalzt. Auch dies ist jedoch nicht zwingend. Alternativ kann - siehe FIG 2 - das Walzgut 2 als stabförmiges Walzgut 2 ausgebildet sein, beispielsweise als Metalldraht. In diesem Fall kann der Walzstraße beispielsweise ein Windungsleger 4 nachgeordnet sein, der das gewalzte Walzgut 2 zu Windungen 5 legt. Wiederum alternativ könnte das Walzwerk als Walzwerk zum Walzen von rohrförmigen Walzgut (Luppen) ausgebildet sein.

Das Walzwerk weist gemäß FIG 1 eine Bearbeitungseinrichtung 6 auf, mittels derer das Walzgut 2 bearbeitet wird, wenn es das Walzwerk durchläuft. Die Bearbeitungseinrichtung 6 ist in der Regel als Walzgerüst 6 ausgebildet. Das Bearbeiten des WaIz- guts 2 entspricht somit in der Regel einem Walzvorgang. In

Einzelfällen könnte die Bearbeitungseinrichtung 6 jedoch auch andersartig ausgebildet sein. Beispielsweise könnte sie als Schiingenheber ausgebildet sein, mittels dessen der Zug des Walzguts 2 beeinflusst wird. Auch könnte sie in Einzelfällen als Kühlstrecke 3 ausgebildet sein, mittels derer eine Temperaturbeeinflussung des Walzguts 2 erfolgt.

Das Walzwerk weist weiterhin mindestens einen Regler 7 auf. Weiterhin ist an das Walzwerk eine Ermittlungseinrichtung 8 angebunden (attached) . Die Ermittlungseinrichtung 8 ist als softwareprogrammierbare Ermittlungseinrichtung 8 ausgebildet. Sie wird mittels eines Betriebsprogramms 9 programmiert, das der Ermittlungseinrichtung 8 mittels eines geeigneten Datenträgers 10 zugeführt wird. Auf dem Datenträger 10 - bei- spielsweise einer CD-ROM, einem USB-Memorystick oder einer

Speicherkarte - ist das Betriebsprogramm 9 in maschinenlesbarer Form gespeichert. Es umfasst Maschinencode 11, der von der Ermittlungseinrichtung 8 abarbeitbar ist. Die Abarbeitung des Maschinencodes 11 durch die Ermittlungseinrichtung 8 be- wirkt, dass die Ermittlungseinrichtung 8 im Betrieb des Walzwerks ein Betriebsverfahren ausführt, das nachfolgend in Verbindung mit den FIG 1 und 3 näher erläutert wird.

Die Ermittlungseinrichtung 8 nimmt in einem Schritt Sl eine Istgröße x des Walzguts 2 entgegen. Die Istgröße x wird hierbei mittels einer geeigneten Erfassungseinrichtung 12 an einer Stelle erfasst, die der Bearbeitungseinrichtung 6 nachge- ordnet ist. Die Istgröße x des Walzguts 2 ist somit eine

Istgröße x des Walzguts 2 nach dem Bearbeiten durch die Bearbeitungseinrichtung 6. Die Erfassungseinrichtung 12 kann der Bearbeitungseinrichtung 6 unmittelbar nachgeordnet sein. Alternativ können zwischen der Bearbeitungseinrichtung 6 und der Erfassungseinrichtung 8 weitere Bearbeitungseinrichtungen 6' angeordnet sein, beispielsweise weitere Walzgerüste 6' .

Die Istgröße x des Walzguts 2 kann alternativ direkt oder indirekt erfasst werden. Es kann sich beispielsweise um eine der folgenden Größen handeln:

- Eine Abmessung des Walzguts 2 quer zu einer Laufrichtung des Walzguts 2. Bei bandförmigem Walzgut 2 kann es sich hierbei um die Dicke (Regelfall) oder die Breite (Ausnahme) des Walzguts 2 handeln. Bei stabförmigem Walzgut 2 kommen als Istgröße x alternativ oder zusammen die Höhe und die hierzu orthogonale Breite des Walzguts 2 in Frage. Bei stabförmigem Walzgut 2 kommt als Istgröße x weiterhin das Verhältnis von Höhe zu Breite in Frage.

- Alternativ zu einer Abmessung des Walzguts 2 kann es sich bei der Istgröße x um einen im Walzgut 2 herrschenden Zug, eine Gefügeeigenschaft oder (im Falle eines bandförmigen Walzguts 2) eine Bandplanheit handeln.

In einem Schritt S2 fügt die Ermittlungseinrichtung 8 die im Schritt Sl neu entgegen genommene Istgröße x einer zeitlichen Folge von zuvor entgegen genommenen Istgrößen x hinzu. Sie aktualisiert somit einen zeitlichen Verlauf der Istgröße x. Gegebenenfalls kann im Rahmen des Schrittes S2 eine (oder mehrere) alte, „überholte" Istgröße x aus dem zeitlichen Verlauf entfernt werden.

In einem Schritt S3 nimmt die Ermittlungseinrichtung 8 eine weitere Istgröße x' entgegen. Die weitere Istgröße x' korrespondiert bezüglich ihrer Bedeutung mit der Istgröße x, sie wird jedoch mittels einer weiteren Erfassungseinrichtung 12' an einer Stelle des Walzwerks erfasst, die vor der Bearbeitungseinrichtung 6 liegt. Die weitere Istgröße x' ist daher eine Istgröße x' vor dem Bearbeiten des Walzguts 2 durch die Bearbeitungseinrichtung 6. Bezüglich der Anordnung der weiteren Erfassungseinrichtung 12' gelten die Ausführungen zur An- Ordnung der Erfassungseinrichtung 12 analog.

In einem Schritt S4 aktualisiert die Ermittlungseinrichtung 8 - analog zum Schritt S2 - einen zeitlichen Verlauf der weiteren Istgröße x' .

In Schritten S5 bis S7 ermittelt die Ermittlungseinrichtung 8 anhand der zeitlichen Verläufe der ihr zugeführten Istgrößen x, x' dynamisch eine Reglercharakteristik R. Sie ermittelt die Reglercharakteristik R hierbei derart, dass die Streuung der Istgröße x des Walzguts 2 nach dem Bearbeiten durch die Bearbeitungseinrichtung 6 (zumindest tendenziell) minimiert wird. In der Regel ist hierbei ein allmähliches Nachführen anzustreben. Die Ermittlungseinrichtung 8 parametriert den Regler 7 schließlich in einem Schritt S8 entsprechend der von ihr ermittelten Reglercharakteristik R.

Die obenstehend erläutere Erfassung der Istgrößen x, x' ann (muss aber nicht) simultan erfolgen. Wichtig ist jedoch, dass die zeitlichen Verläufe der Istgrößen x, x' , die zur Ermitt- lung der Reglercharakteristik R herangezogen werden, örtlich miteinander korrespondieren, also auf denselben Abschnitt des Walzguts 2 (rein beispielhaft: die ersten 20 % des Walzguts 2) bezogen sind.

In FIG 3 ist bereits eine spezielle Ausgestaltung der vorliegenden Betriebsweise der Ermittlungseinrichtung 8 dargestellt. Gemäß FIG 3 ermittelt die Ermittlungseinrichtung 8 zunächst im Rahmen des Schrittes S5 anhand des zeitlichen

Verlaufs der Istgröße x des Walzguts 2 nach dem Bearbeiten durch die Bearbeitungseinrichtung 6 eine Streuung der Istgröße x des Walzguts 2 nach dem Bearbeiten durch die Bearbeitungseinrichtung 6. In analoger Weise ermittelt die Ermitt- lungseinrichtung 8 anhand des zeitlichen Verlaufs der korrespondierenden Istgröße x' vor dem Bearbeiten des Walzguts 2 durch die Bearbeitungseinrichtung 6 eine Streuung der Istgröße x' des Walzguts 2 vor dem Bearbeiten des Walzguts 2 durch die Bearbeitungseinrichtung 6. Im Schritt S7 ermittelt die Ermittlungseinrichtung 8 sodann die Reglercharakteristik R anhand der beiden von ihr ermittelten Streuungen.

Erfindungsgemäß geht in die Ermittlung der Reglercharakteristik R nicht der Mittelwert der erfassten Istgrößen x und/oder x' ein. Denn insbesondere lässt sich eine etwaige Abweichung des Mittelwerts der Istgröße x des Walzguts 2 nach dem Bearbeiten durch die Bearbeitungseinrichtung 6 dadurch korrigieren, dass eine dem Regler 7 zugeführte Sollgröße x* entsprechend nachgeführt wird.

Der Regler 7 führt im Betrieb des Walzwerks ein Regelverfahren aus, das nachfolgend in Verbindung mit den FIG 1 und 4 näher erläutert wird.

Gemäß FIG 4 nimmt der Regler 7 in Schritten Sil und S12 die

Sollgröße x* und die Istgröße x des Walzguts 2 nach dem Bearbeiten durch die Bearbeitungseinrichtung 6 entgegen. Der Regler 7 ermittelt anhand der Sollgröße x* und der Istgröße x in Verbindung mit der Reglercharakteristik R eine Stellgröße y für die Bearbeitungseinrichtung 6. Die Stellgröße y gibt der Regler 7 in einem Schritt S14 an die Bearbeitungseinrichtung 6 aus. Der Regler 7 regelt somit die Bearbeitungseinrichtung 6 derart, dass die Bearbeitungseinrichtung 6 das Walzgut 2 entsprechend der an sie ausgegebenen Stellgröße y bearbeitet.

Die Stellgröße y kann vielfältiger Natur sein. Beispielsweise kann es sich bei der Stellgröße y um einen Sollzug, eine Sollanstellung oder einen Sollwalzspalt eines Walzgerüsts,

eine Sollwalzkraft oder eine thermische Sollbeeinflussung des Walzguts 2 handeln.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung weist viele Vorteile auf. Insbesondere erfolgt die Ermittlung der Reglercharakteristik R derart, dass ein möglichst großer Prozentsatz des das Walzwerk durchlaufenden Walzguts 2 innerhalb des zulässigen Toleranzbereichs liegt. Weiterhin wird der Regler 7 derart adaptiert, dass er die Bearbeitungseinrichtung 6 einerseits sta- bil und andererseits zeitoptimal regelt.

Die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen sind nach Bedarf einzusetzen. In der Praxis hat sich von besonderer Bedeutung erwiesen, wenn die Istgrößen x, x' die Banddicke eines bandför- migen Walzguts 2 und die Stellgröße y ein Sollzug, mit dem das Walzgut 2 während des Walzens beaufschlagt wird, sind. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt.

Die obige Beschreibung dient ausschließlich der Erläuterung der vorliegenden Erfindung. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung soll hingegen ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche bestimmt sein.