Verfahren und Vorrichtung zur Kompensation von Zugspannungs- Störungen in einem Band eines beschleunigungsgeführten Has- pelantriebs

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kompensation von Zugspannungs-Störungen in einem Band eines beschleunigungsgeführten Haspelantriebs und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei Haspelantrieben, die im zuggesteuerten Modus betrieben werden, kommt es, insbesondere während Beschleunigungsphasen, zu Zugeinbrüchen, die zu Bandrissen führen können.

Aus der EP 0 477 422 AI ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung einer Walzwerkhaspel bekannt, wobei eine Zugregelung verwendet wird. Diese Zugregelung weist einen Zugregler auf, der mit einer ermittelten Zugkraftdifferenz gespeist wird. Dieser Zugregelung ist eine Drehzahlregelung unterlagert. Ausgangsseitig ist die unterlagerte Drehzahlre ^¬ gelung mit einer Antriebseinheit einer Haspel verknüpft. Die ^¬ se Antriebseinheit der Haspel weist einen Motor, einen Um ^¬ richter, Stromregler, etc. auf. Eine in der Regelstrecke er- mittelte Ist-Zugkraft wird mit einer vorbestimmten Soll-Zug ^¬ kraft verglichen und die Zugdifferenz dem Zugregler zugeführt. Ausgangsseitig steht am Zugregler eine Soll-Drehzahl für die unterlagerte Drehzahlregelung an. Mittels der unterlagerten Drehzahlregelung wird ein Drehmoment für den Abhas- pelmotor generiert.

Mit dieser Regelung eines Abhaspelmotors wird eine hochdyna ^¬ mische Anpassung eines Haspelmoments an eine geforderte Zug ^¬ kraft zur Erzielung eines Bandes mit annähernd konstanter Di- cke bewirkt.

Nachteilig wirkt sich bei dieser Regelung aus, dass eine Zug- kraftmesseinrichtung verwendet werden muss. Diese Zugkraft- messeinrichtung können kleine Zugspannungen nicht erfassen. Außerdem können derartige Zugkraftmesseinrichtungen bei der Herstellung einer Folie nicht verwendet werden. Bei Haspelantrieben, die im zuggesteuerten Modus betrieben werden, kann es vorkommen, dass die Zugkraft im Band in Folge eines Beschleunigungsvorgangs einbricht (Änderung des Walz ^¬ wirkungsgrades) . Dadurch kann das Band durchhängen. Infolge der Zugkraftreduzierung (keine Last mehr) dreht der Motor der Haspel hoch, so dass das durchhängende Bandmaterial verrin ^¬ gert wird. Mit der Erhöhung der Motordrehzahl, steigt wieder die Zugkraft im Bandmaterial. In Abhängigkeit der Zugkraft ^¬ sänderung kann es vorkommen, dass das Band reißt. Dieses Problem konnte bisher nur durch Optimierungen in der Parametereinstellung oder Verzögerung in der Beschleunigung gelöst werden, wobei diese während der Inbetriebnahme durch ^¬ geführt werden müssen. Diese Optimierungen sind sehr anlagenabhängig. D.h., für die Lösung des Problems wird ein Experte für die Inbetriebnahme von Haspelantrieben benötigt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kompensation von Zugspannungs-Störungen in einem Band eines beschleunigungsgeführten Haspelantriebs anzugeben, wobei keine Bandzugregelung verwendet wird.

Diese Aufgabe wird mit dem Merkmal des Anspruchs 1 erfin ^¬ dungsgemäß gelöst. Dieser Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Bandzug ^¬ störungen, die auch zu Bandriss führen können, Störungen in der Motorbeschleunigung verursachen.

Erfindungsgemäß werden diese Störungen in der Motorbeschleu- nigung mit Hilfe einer gemessenen Motordrehzahl ermittelt. Dazu wird die Motordrehzahl differenziert, wodurch man eine motorbezogene Ist-Motorbeschleunigung erhält. Diese vorbe ^¬ stimmte Soll-Beschleunigung wird auf eine motorbezogene Soll- Motorbeschleunigung umgerechnet. Dadurch kann durch Vergleich der Ist-Motorbeschleunigung mit der Soll-Motorbeschleunigung die Größe der Störung in der Motorbeschleunigung ermittelt werden. Aus dieser Differenz-Beschleunigung wird eine Korrekturgröße für ein erzeugtes Soll-Motormoment bestimmt, die derart diesem Soll-Motormoment überlagert wird, dass diese Differenz-Beschleunigung zu Null wird.

Mittels dieses erfindungsgemäßen Verfahrens können auch ohne Bandzugregelungen Bandzugstörungen ausgeregelt werden. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass ein sicherer Betrieb, insbesondere in Beschleunigungsphasen, gewährleistet wird, dass langwierige Optimierungen entfallen und dass weniger Material zu Ausschuss gewalzt wird. Mit sta ^¬ bilen Bandzugspannungen werden bessere Toleranzen eines Walzgutes erreicht.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch veranschaulicht ist.

FIG 1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Walzgerüsts, dem beidseitig zweier Haspeln zugeordnet sind, die

FIG 2 zeigt ein regelungstechnisches Ersatzschaltbild der

Prinzipdarstellung nach FIG 1 mit einer Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach der Erfindung, in der

FIG 3 ist ein Störsignal in einem Diagramm über der Zeit dargestellt, die

FIG 4 zeigt in einem Diagramm über der Zeit eine Zugspannung, wobei in der

FIG 5 in einem Diagramm über der Zeit eine Motordrehzahl dargestellt ist, in der

FIG 6 ist ein zugehöriges Motormoment über der Zeit darge ^¬ stellt und die

FIG 7 veranschaulicht in einem Diagramm über der Zeit eine zugehörige Motorbeschleunigung. In der FIG 1 sind mit 2 jeweils eine Walze, insbesondere eine Arbeitswalze, eines nicht näher dargestellten Walzgerüsts, mit 4 und 6 jeweils eine Haspel und mit 8 ein zwischen den beiden Haspeln 4 und 6 bewegtes Band bezeichnet. Jede Haspel 4 bzw. 6 weist einen Antriebsmotor 10 bzw. 12, der mittels einer Motorwelle 14 bzw. 16 mittels eines nicht näher darge ^¬ stellten Getriebes mit der Haspel 4 bzw. 6 mechanisch verbunden ist. Jeder Antriebsmotor 10 bzw. 12 weist einen Tachogenerator 18 bzw. 20 auf, mit dem ein Istwert seiner Drehzahl n _M erfasst wird. Jedem Antriebsmotor 10 bzw. 12 ist eine Ein ^¬ richtung 22 bzw. 24 zugeordnet, die in Abhängigkeit von vor ^¬ bestimmten Sollwerten für ein Zugmoment M _z und einer Beschleunigung M _B jeweils den zugeordneten Antriebesmotor 10 bzw. 12 entsprechend antreibt.

Als Einrichtung 22 bzw. 24 ist beispielsweise ein Umrichter vorgesehen, der neben einem Leistungsteil auch noch eine zugehörige Steuer- und Regeleinrichtung aufweist. Diese Einrichtung 22 bzw. 24 ist außerdem mit einem Ausgang des Tacho- generators 18 bzw. 20 signaltechnisch verknüpft. Außerdem ist in der FIG 1 eine Kompensations-Einrichtung 26 bzw. 28 dargestellt, mit der ein Verfahren nach der Erfindung durchgeführt wird. Da diese Kompensationseinrichtung 26 bzw. 28 bei einer realisierten Ausführung integraler Bestandteil der Einrich- tung 22 bzw. 24, insbesondere deren Steuer- und Regeleinrichtung, ist, ist diese mittels einer unterbrochenen Linie dargestellt. Diese Kompensations-Einrichtung 26 bzw. 28 ist auch mit dem Ausgang des zugeordneten Tachogenerators 18 bzw. 20 signaltechnisch verbunden. Ferner wird dieser Einrichtung 26 bzw. 28 die vorbestimmte Soll-Beschleunigung M _B zugeführt.

Ferner ist in dieser FIG 1 zwischen den Arbeitswalzen 2 und der Haspel 6 ein Teilbereich 30 des bewegten Bandes 8 darge ^¬ stellt, der in Folge eines Zugeinbruches durchhängt. Ohne ei- ne Zugregelung könnte während einer Beschleunigungsphase der Haspel 6 das Band 8 reißen. Die Wahrscheinlichkeit eines der ^¬ artigen Bandrisses steigt mit kleiner werdenden Dicke des Bandes 8 und ist vom Material dieses Bandes 8 abhängig. Ist das zu bearbeitende Band ein Metallband, beispielsweise aus Aluminium, so ist die Wahrscheinlichkeit eines Bandrisses in Folge eines Zugeinbruches gering. Auf alle Fälle entsteht ein Bereich, der fehlerbehaftet ist und somit einen Ausschuss bildet. Ist das zu bearbeitende Band 8 ein Folienband, ist die Wahrscheinlichkeit eines Bandrisses in Folge eines Zug ^¬ einbruches sehr hoch.

Um Zugspannungen im zu bearbeitenden Band 8 zu ermitteln, werden Zugkraftmessgeräte verwendet. Diese Messgeräte werden derart zum Band 8 angeordnet, das dieses Band 8 eine vorbe ^¬ stimmte Druckkraft auf dieses Messgerät ausüben kann. Je dün ^¬ ner ein zu bearbeitendes Band 8 ist, umso empfindlicher müs ^¬ sen diese Zugkraftmessgeräte sein. Bei der Herstellung von Folien werden deshalb Zugkraftmessgeräte nicht verwendbar.

Um dieses Problem in den Griff zu bekommen, wird ein Experte benötigt, der während der Inbetriebnahme eine derartige Pro ^¬ duktionsmaschine optimiert. Diese Optimierungen können durch Parametereinstellungen und/oder Verzögerungen in der Beschleunigung umgesetzt werden. Diese Optimierungen sind aber aufwändig und anlagenabhängig. In allen Fällen wird ein erfahrener Inbetriebsetzer benötigt, der mit seinem Expertenwissen dieses Problem lösen kann.

In der FIG 2 ist ein regelungstechnisches Ersatzschaltbild der angetriebenen Haspel 6 der FIG 1 schematisch dargestellt. Dieses Ersatzschaltbild weist mehrere Teilersatzschaltbilder auf, die mechanische Komponenten des Haspelantriebs nach FIG 1 regelungstechnisch ersetzen. Diese Teilersatzschaltbilder sind mit 32, 34, 36 und 38 bezeichnet. Das Teilersatzschalt ^¬ bild 32 stellt das regelungstechnische Ersatzschaltbild des als Antriebsmotors 12 dar, das Teilersatzschaltbild 34 stellt regelungstechnisch die Antriebswelle 16 mit einem Getriebe dar, wogegen das Teilersatzschaltbild 36 das aufgewickelte Band 8 und das Teilersatzschaltbild 38 das transportierte Band 8 regelungstechnisch jeweils darstellen. Das regelungstechnische Ersatzschaltbild 32 des Antriebsmo ^¬ tors 12 weist ein PTi-Glied 40, einen Vergleicher 42 und ein I-Glied 44 auf. Die Zeitkonstante des PTi-Gliedes 40 ist die Ersatzzeitkonstante T _e der Momentenregelung, wogegen die Zeitkonstante des I-Gliedes 44 die Motorzeitkonstante T _M ist. Am Ausgang des PTi-Gliedes 40 steht ein Signal für das innere Motormoment M _M an, wobei am Ausgang des I-Gliedes 44 ein Sig ^¬ nal für die Motordrehzahl n _M ansteht. Am invertierenden Eingang des Vergleichers 42 steht ein Signal für ein Moment der Antriebswelle 16 an, die mit dem inneren Motormoment M _M ver ^¬ glichen wird. Eine ermittelte Differenz ist die Motorbe ^¬ schleunigung M _B M des Antriebsmotors 12. Aus dieser Motorbe ^¬ schleunigung M _B M wird mittels des I-Gliedes 44 eine Ist- Motordrehzahl n _M generiert.

Das Teilersatzschaltbild 34 weist neben einem I-Glied 46 ein P-Glied 48 auf, die signaltechnisch in Reihe geschaltet sind. Die Reihenschaltung dieser beiden regelungstechnischen Glieder 46 und 48 bilden vereinfacht die Antriebswelle 16 mit ei- nem Getriebe nach. Am Ausgang des P-Gliedes 48 steht ein Sig ^¬ nal für das Wellenmoment M _w an, das unter anderem auf den Vergleicher 42 rückgeführt ist.

Dieses Wellenmoment M _w wird außerdem dem Teilersatzschaltbild 36 zugeführt, das regelungstechnisch die Haspel 4 bzw. 6 mit aufgewickeltem Band 8 darstellt. Dieses Teilersatzschaltbild 36 weist nur ein I-Glied 50 auf. Am Ausgang dieses I-Gliedes 50 steht ein Signal für die Haspeldrehzahl n _H an. Das I-Glied 50 weist als Zeitkonstante die Haspelzeitkonstante T _H auf.

Das Teilersatzschaltbild 38, das regelungstechnisch das transportierte Band 8 darstellt, weist ein Funktionsglied 52 auf, dessen Funktion wenigstens von der Ab- bzw. Aufwickelge ^¬ schwindigkeit v abhängig ist und als Ergebnis den aktuellen Zugs F _z , auch als Zugspannung bezeichnet, im Band liefert, die mittels eines Multiplizierers 54 mit einem Bandradius R _H multipliziert wird. Das generierte Produkt wird auf einen Vergleicher 56 rückgeführt, der ausgangsseitig mit dem Ein- gang des I-Gliedes 50 verbunden ist. Am nicht-invertierenden Eingang des Vergleichers 56 steht das Wellenmoment MW an. Die am Ausgang des I-Gliedes 50 anstehende Haspeldrehzahl n _H wird mittels eines weiteren Multiplizierers 58 mit der Konstante R _H multipliziert, so dass am Ausgang des Multiplizierers 58 ein Wert für die Ab- bzw. AufWickelgeschwindigkeit v ansteht.

Wie bereits erwähnt, werden Haspelantriebe im zuggesteuerten Modus betrieben. Dazu werden jeweils ein Sollwert für ein Zugmomente M _z und für eine Beschleunigung M _B benötigt. Diese Sollwerte M _z und M _B werden mittels eines Addierers 60 über ^¬ lagert und das Ergebnis einem nachfolgenden Addierer 62 zugeführt. Am invertierenden Eingang dieses Addierers 62 steht eine Korrekturgröße M _Kor an, die von der Kompensations-Ein- richtung 26 generiert wird. Mittels des Addierers 62 wird ein Motormoment-Sollwert M _M mit der ermittelten Korrekturgröße

M _Kor überlagert.

Die Kompensations-Einrichtung 26, die das erfindungsgemäße Verfahren durchführt, weist ein ΡΪΊ-Glied 64, ein DTi-Glied

66, ein PID-Glied 68 und einen Vergleicher 70 auf. Am Eingang des DTi-Gliedes 66 steht eine am Ausgang des I-Gliedes 44 des Regelungsteils 32 generierte Ist-Motordrehzahl n _M an. Mittels des DTi-Gliedes 66 wird aus dieser Ist-Motordrehzahl n _M eine zugehörige Ist-Motorbeschleunigung M _B M generiert. Diese Ist- Motorbeschleunigung M _B M wird mit einer Soll-Motorbeschleunigung M _BM verglichen, die am Ausgang des ΡΪΊ-Gliedes 64 ansteht. Am Eingang dieses ΡΪΊ-Gliedes 64 steht eine auf Motor ^¬ größe umgerechnete Sollbeschleunigung M _Bu an. Diese Sollbe- schleunigung M _Bu wird mittels einer Umrechnungs-Einrichtung 72 aus einer vorbestimmten Sollbeschleunigung M _B ermittelt. Als Umrechnungseinrichtung 72 kann im einfachsten Fall eine Konstante vorgesehen sein. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kompensation von Zugspannungsstörungen in einem Band 8 beruht auf der Kenntnis, dass Bandzugstörungen sich in Störungen der Ist-Motorbeschleunigung M _BM bemerkbar machen. Da ein Haspelantrieb 4 bzw. 6 im- mer beschleunigungsgeführt gefahren wird, kam der Erfinder auf die Idee, aus einer ermittelten Differenz zwischen Soll- und Ist-Motorbeschleunigung M _BM und M _BM eine Korrekturgröße

M _Kor abzuleiten, mit der diese Störung im Bandzug 8 zumindest bedämpft bzw. ausgeregelt werden kann.

Eine Messgröße des Haspelantriebs, die bereits für den Be ^¬ trieb des Haspelantriebes benötigt wird, ist die Motordreh ^¬ zahl n _M . Diese Motordrehzahl n _M wird mittels des Tachogenera- tors 18 bzw. 20 ermittelt. Um aus dieser Ist-Motordrehzahl n _M eine zugehörige Ist-Motorbeschleunigung M _B M ZU generieren wird die ermittelte Ist-Motordrehzahl n _M differenziert. Diese Ist- Motorbeschleunigung M _B M ist die aktuelle vom Haspelmotor 4 bzw. 6 ausgeführte Beschleunigung. Eine Sollbeschleunigung M _B für den Haspelantrieb steht zur Verfügung. Diese Sollbe ^¬ schleunigung M _B muss zunächst mittels der Umrechnungs-Einrichtung 72 auf eine motorbezogene Sollbeschleunigung M _Bu umgerechnet werden. Dieser umgerechnete Wert M _Bu wird dem

PTi-Glied 64 der Kompensation-Einrichtung 26 zugeführt, der als Zeitkonstante die Ersatzzeitkonstante Te der Momentenre ^¬ gelung aufweist. Am Ausgang dieses ΡΪΊ-Gliedes 64 steht die Soll-Motorbeschleunigung M _BM an. Die aus der Motordrehzahl n _M ermittelte Ist-Motorbeschleunigung M _BM wird mit dieser Soll-Motorbeschleunigung M _BM verglichen. Aus einer ermittel- ten Differenz-Beschleunigung wird mittels des PID-Gliedes 68 eine Korrekturgröße M _Kor bestimmt, die dem Soll-Motormoment M _M derart überlagert wird, dass die ermittelte Differenz- Beschleunigung zu Null wird. In den Figuren 3 bis 7 sind Signalverläufe jeweils in einem

Diagramm über der Zeit t dargestellt, wobei in jedem Diagramm diese Signalverläufe ohne erfindungsgemäßes Verfahren (a) und mit erfindungsgemäßen Verfahren (b) dargestellt sind. Bandzugstörung im Fall (a) :

Tritt eine Bandzugstörung, gekennzeichnet durch eine Stör ^¬ größe S _st in dem Diagramm gemäß FIG 3, auf, so bricht der Zug F _z ein und schwingt wenig gedämpft aus (FIG 4) . Die Motor- drehzahl n _M folgt dieser Schwingung (FIG 5) . Das Motormoment M _M bleibt gemäß Vorgabe unverändert konstant (FIG 6) . Die zur Motordrehzahl n _M zugehörige Motorbeschleunigung M _BM ist in der FIG 7 dargestellt, die mehrere Überschwinge aufweist, die über der Zeit t abklingen.

Bandzugstörung im Fall (b) :

In diesem Fall tritt ebenfalls eine Störgröße S _S t auf (FIG 3), die dafür sorgt, dass der Zug F _z einbricht. Dem Verlauf des Motormoments M _M gemäß FIG 6 ist zu entnehmen, dass dieser nicht mehr wie im Fall (a) konstant ist. Diese zeitliche Ver ^¬ änderung des Motormoments M _M wird verursacht durch eine Kor ^¬ rekturgröße M _KO r , die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren er ^¬ zeugt wird. Diese Korrekturgröße M _Kor wird derart dem Soll- Motormoment M _M überlagert, dass entstehende Schwankungen in der Motorbeschleunigung M _BM gedämpft bzw. ausgeregelt werden. Durch die Bedämpfung der Motorbeschleunigung M _BM treten keine erhöhten Zugspannungen wie im Fall (a) mehr auf (FIG 5) . Somit führen Zugspannungs-Störungen nicht mehr zu einem Band- riss. Dadurch wird ein sicherer Betrieb gerade in Beschleunigungsphasen eines Haspelantriebes gewährleistet. Dies wird mit relativ einfachen Optimierungen durchgeführt. Es kann gezeigt werden, dass dieses Verfahren robust ist bei der Para- metereinstellung . Außerdem wird durch dieses erfindungsgemäße Verfahren die Produktivität gesteigert. D.h., es wird weniger Material zu Ausschuss verarbeitet. Ferner erzielen stabile Bandzüge bessere Dicken-Toleranzen eines Walzgutes.