Die Erfindung hat ein Verfahren zum Regeln der Enddicke eines Walzprodukts am Ausgang einer Tandem-Walzanlage zur Aufgabe, das es insbesondere erlaubt, die Produktivität einer solchen Anlage zu optimieren, indem die Ströme der Antriebsmotoren der verschiedenen Ständer ausgeglichen werden, um ein Steigern der allgemeinen Walzgeschwindigkeit ohne Gefahr der Überlastung des einen oder anderen der Motoren zu erlauben. Die Erfindung deckt auch eine Regelvorrichtung, die das Umsetzen eines solchen Verfahrens erlaubt.

Die Erfindung ist insbesondere für das Kaltwalzen von Metallbändern, zum Beispiel aus Stahl, vorgesehen, kann aber allgemein bei jeder Anlage angewandt werden, die mehrere Walzständer hat, die im Tandem funktionieren, um die Dicke eines Produkts, das nacheinander zwischen den Arbeitszylindern der Ständer durchläuft, allmählich zu reduzieren.

Es ist bekannt, dass ein Walzwerk allgemein mindestens zwei Arbeitszylinder aufweist, die im Inneren eines Tragständers installiert sind und einen Luftspalt zum Durchgehen des zu walzenden Produkts definieren, wobei der Ständer Mittel zum Anlegen einer einstellbaren Spannkraft zwischen den Zylindern trägt. Die Anzahl der Zylinder kann je nach Walzwerktyp variieren, zum Beispiel Duo, Quarto, Sexto oder andere.

Um den Vorlauf des Produkts zwischen den Zylindern zu bestimmen, werden Letztere in Drehung um ihre Achse von Antriebsmitteln angetrieben, die ein Antriebsdrehmoment entweder direkt auf die Arbeitszylinder oder indirekt auf die Stützzylinder in einem Quarto-Aufbau oder auf die Zwischenzylinder in einem Sexto-Aufbau anlegen.

Man kennt seit langem so genannte „Tandem"-Walzanlagen, die mindestens zwei aufeinander folgende Ständer aufweisen, die jeweils einen Teil der Dickenverringerung ausführen. Ausgehend von einer Rohdicke wird das Produkt daher in dem ersten Ständer einer ersten Dickenverringerung unterzogen, und es verlässt den Ständer mit einer Geschwindigkeit, die von der Drehzahl der Arbeitszylinder bestimmt wird. In dem zweiten Ständer wird das Produkt einer zweiten Dickenverringerung unterzogen und tritt mit einer höheren Geschwindigkeit aus, um das Gesetz des Erhaltens der Massen einzuhalten. Die Arbeitszylinder des zweiten Ständers müssen daher in Drehung mit einer höheren Geschwindigkeit als die Zylinder des ersten Ständers angetrieben werden, wobei diese Geschwindigkeiten im Verhältnis umgekehrt zu den in jedem Ständer ausgeführten Verringerungen sind.

Andererseits werden die Drehmomente, die an die Arbeitszylinder angelegt werden, so geregelt, dass jeder Zwischenständer eine Zugkraft auf das Band ausübt, das den vorhergehenden Ständer verlässt.

Es muss eine Regelung sichergestellt werden, einerseits der Dickenverringerung, die in jedem der Ständer ausgeführt wird, um am Ausgang der Anlage ein Produkt zu erzielen, das eine konstante Dicke mit einem bestimmten Präzisionsgrad hat, und andererseits das Band perfekt in jedem so genannten „Zwischenständer"-Raum zwischen zwei aufeinander folgenden Ständern zu halten, um zu vermeiden, dass Zugniveaus erreicht werden, die zum Bruch des Bands führen könnten.

Gewöhnlich wird die Steuerung der Banddicke im Laufe des Durchgehens des Bands in den aufeinander folgenden Ständern eines Tandem-Walzwerks von der Massedurchsatzkontrolle, auch „Mass-Flow" genannt, sichergestellt.

Bei einem bekannten Regelverfahren, das gewöhnlich verwendet wird, um am Ausgang der Anlage ein Band mit einer gegebenen Dicke zu erzielen, hält man einerseits die Dicke des Bands am Ausgang des ersten Ständers und andererseits das Verhältnis der Geschwindigkeiten zwischen dem ersten und dem zweiten Ständer auf einem konstanten Wert.

Die Drehzahlen der Zwischenständer können von diesen Bedingungen abgeleitet werden, denn sie werden von dem Gesetz des Erhaltens der Massen von Metall, die die Walzwerkständer durchqueren, auferlegt, und sie haben das umgekehrte Verhältnis der Verringerungen, die man jedem Walzwerkständer zuweist.

Das Regeln der Dicke am Ausgang des ersten Ständers wird im Allgemeinen bei einem modernen Walzwerk von Spannmitteln sichergestellt, die von einer Dickenlehre stromabwärts dieses Ständers gesteuert werden. Bestimmte perfektioniertere Systeme weisen auch eine Dickenlehre stromaufwärts dieses Ständers auf. Ein solches Regelsystem des Tandem-Walzwerks, geläufig „Automatic Gage Control" oder AGC genannt, ist zum Beispiel in dem Artikel „Dynamic Control of Tension, Thickness and Flatness for a Tandem Cold Mill" von Tirlochan S. Bilkhu, erschienen in der Revue AISE Steel Technology, Band 78, Nr. 10, Oktober 2001, Seiten 49-54, beschrieben.

Um andererseits das Regeln der Zugkräfte in den Zwischenständerräumen sicherzustellen, wirkt man im Allgemeinen auf die Spannmittel der Ständer ein, denn es ist nicht möglich, das Drehzahlverhältnis zwischen den aufeinander folgenden Ständern zu beeinflussen, ohne die Ausgangsdicke zu beeinträchtigen. Dazu installiert man in jedem Zwischenständerraum eine Zugmessvorrichtung, wie zum Beispiel eine Zugmesswalze, die durch Regelung auf das Spannen des stromabwärtigen Ständers einwirkt. Eine Dickenlehre, die am Ausgang der Walzanlage installiert wird, steuert die Enddicke, indem sie auf die Drehzahl des letzten oder der zwei letzten Ständer des Tandem-Walzwerks einwirkt. Ein solches Steuersystem der Zwischenständerzüge, auch „Automatic Tension Control" oder ATC genannt, ist ebenfalls in dem Artikel der Revue AISE Steel Technology, der oben zitiert wurde, beschrieben.

In jedem Ständer müssen die Kraft und das angelegte Walzmoment jeweils für eine bestimmte Dickenverringerung durch die Spannmittel und die Antriebsmittel der Arbeitszylinder an die Kenndaten des zu walzenden Produkts angepasst sein. Für jeden Produkttyp muss daher ein „Walzschema" erstellt werden, das die aufeinander folgenden Dickenverringerungen bestimmt, die jedem Ständer in Abhängigkeit von den geometrischen und metallurgischen Merkmalen des Produktes zugewiesen werden.

Es ist jedoch nicht möglich, von den Bedienern zu verlangen, optimal und jederzeit ein Walzschema für jedes Produkt zu erstellen, das in die Jahresproduktion des Walzwerks gehört.

In bekannter Weise kann man zum Erzielen eines Ergebnisses dieses automatischen Typs ein Vorregelsystem zum Berechnen der Walzschemata verwenden, das alle Kenndaten der Anlage berücksichtigt, wie zum Beispiel die Leistungen der Antriebsmotoren, die Stärken und die maximalen Drehzahlen der Motoren, die maximalen auf den Walzständern möglichen Kräfte usw. Dieses Vorregelsystem muss auch geometrische und metallurgische Charakteristiken des zu walzenden Produkts und der Schnittstelle Produkt/Walzwerk berücksichtigen, um Walzparameter zu erstellen, die für jedes Format und jede Beschaffenheit des Bands, das die Jahresproduktion des Walzwerks bildet, angepasst sind. Diese Parameter sind insbesondere die Eingangsdicke und die Ausgangsdicke, eventuell die Temperatur, die Härte oder auch die Fließbelastung und die Variation dieser Belastung im Laufe der Dickenverringerung sowie der Reibungskoeffizient der Schnittstelle Blech/Zylinder.

Dieses Vorregelsystem kann die Form von Tabellen mit mehrfachen Einträgen haben, die Einstellungen geben, die für jeden Ständer in Abhängigkeit von den Eingangsparametern anzuzeigen sind. Bei bestimmten bekannten Systemen geben die Bediener im Voraus die Kenndaten der zu walzenden Bänder gemäß dem vorgesehenen Produktionsprogramm ein, und man braucht daher diese Daten bei der Ankunft des Bandkopfs des betreffenden Produkts in der Walzanlage nur zu bestätigen.

Man kann jedoch auch perfektioniertere Vorregelsysteme verwenden, die ein mathematisches Modell aufweisen, das ein Verringerungsschema für jedes Band, das in das Tandem-Walzwerk eintritt, berechnet. Ein solches Modell erstellt daher die möglichen Verringerungswerte für die Ständer und kann bestimmte Optimierungen ausführen, um das Walzschema auszuwählen, das der besten Leistungsverteilung entspricht. Die weiter verbesserten Modelle verfügen auch über die Möglichkeit, sich nachzustellen, indem sie häufig Istwerte der Walzparameter, wie zum Beispiel die Walzkräfte, die von den Motoren angelegten Drehmomente und ihre Drehzahlen registrieren.

Ferner muss die Möglichkeit bestehen, die allgemeine Geschwindigkeit der Walzanlage variieren zu lassen, um das Produkt am Ausgang der Anlage zu beschleunigen oder zu verlangsamen. Das Gesetz des Erhaltens der Massen erlaubt es nun aber nur, die Geschwindigkeiten zueinander in Relativwert einzustellen. Bei einem bekannten Verfahren wirkt man daher auf die Geschwindigkeit eines der Ständer, Angelpunktständer genannt, ein, und die Geschwindigkeit der anderen Ständer wird von einem Steuersystem verwaltet, so dass die Geschwindigkeitsverhältnisse beibehalten werden, die der Verteilung der Verringerungsrate zwischen den verschiedenen Ständern entsprechen.

In der Praxis sind die Drehantriebsmittel der Zylinder Elektromotoren mit einer Basisdrehzahl, bei der sie ihr Nenndrehmoment abgeben. Es wird daher bei der Konzeption der Walutraße eine mittlere Dickenverringerung für jeden Ständer berücksichtigt. Da die Motoren im Allgemeinen gebaut werden, um die gleiche Basisdrehzahl zu haben, installiert man oft zwischen dem Motor und dem Ständer ein Untersetzungsgetriebe, dessen Untersetzungsverhältnis für jeden Ständer unterschiedlich ist, so dass man auf der Hochgeschwindigkeitswelle des Untersetzungsgetriebes die gleiche Drehzahl erzielt.

Diese allgemeine Konzeption des Tandem-Walzwerks mit einer Staffelung der Drehzahlen auf der Hochgeschwindigkeitswelle, die die Drehzahl der Walzzylinder von dem ersten bis zum letzten Ständer bestimmt, wird geläufig „Drehzahlkegel" genannt.

Bei der tatsächlichen Produktion fällt jedoch die genaue Verringerungsrate, die an jeden Ständer anzulegen ist, um auf dem Produkt die gewünschte Dickenverringerung zu erzielen, nicht genau mit der Staffelung der Drehzahlen der Motoren zusammen. Daraus ergibt sich, dass sich nicht alle Motoren auf dem gleichen Betriebspunkt befinden. Wenn man die allgemeine Walzgeschwindigkeit steigern will, werden gewisse Motoren daher ihr Stärkelimit vor anderen erreichen und daher verhindern, dass die Anlage mit optimaler Geschwindigkeit produziert.

Bei sehr vielen Fällen kann daher die maximale) möglichen Drehzahl nicht erreicht werden, und die Produktivität der Walzanlage entspricht daher nicht ihrer theoretischen Kapazität.

Die derzeit verwendeten Vorregelsysteme erlauben es nicht, dieses Problem zu lösen. Bestimmte wichtige Walzparameter, wie zum Beispiel der Reibungskoeffizient zwischen dem Band und den Walzzylindern, der von den Oberflächenzuständen und der Schmierung abhängt, sind für die Einstellmodelle tatsächlich nur durch eine sehr indirekte Berechnung ausgehend von Stärke-, Kraft- und Drehzahlmessungen zugänglich. Wenn man die Arbeitszylinder wechselt, ändern sich der Durchmesser und der Oberflächenzustand der Zylinder sowie das Wärmegleichgewicht des Walzwerks. Auch wenn man ein mathematisches Modell verwendet, kann dieses nicht sehr schnell die richtige Einstellung der Verringerungen pro Ständer finden, die es erlauben, die maximale Geschwindigkeit der Anlage und daher das Optimum ihrer Produktivität zu erzielen.

Die Erfindung hat die Aufgabe, ein solches Problem zu lösen und insbesondere die Produktivität der Anlage dank eines Verfahrens zu optimieren, das es erlaubt, die Effizienz der Regelvorrichtung zu verbessern, ohne dass diese übermäßig kompliziert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann nämlich durch einfache und relativ kostengünstige Mittel umgesetzt werden, die zu den gewöhnlich verwendeten Regelmitteln einfach hinzugefügt werden.

Die Erfindung betrifft daher allgemein ein Regelverfahren der Enddicke eines Walzprodukts am Ausgang einer Tandem-Walzanlage verbunden mit einem allgemeinen System zum Steuern der verschiedenen Ständer, das eine allmähliche Steigerung der Drehzahl der Zylinder in Abhängigkeit von der allmählichen Variation der Dicke von einem Ständer zum nächsten bestimmt, und ein Regelsystem der Dickenverringerung und der Spannung des Produkts in jedem Raum zwischen zwei aufeinander folgenden Ständern.

Erfindungsgemäß führt das Regelsystem zwischen den verschiedenen Ständern in Echtzeit ein dynamisches Ausgleichen der Momente aus, die in jedem Ständer auf die Arbeitszylinder angelegt werden, ohne die Enddicke des Produkts am Ausgang der Anlage merklich zu stören.

Besonders vorteilhaft steuert das Regelsystem eine Walzgeschwindigkeitsvariation in mindestens einem der Ständer und ändert daher die Verteilung der Dickenverringerung und die Staffelung der Geschwindigkeiten zwischen den verschiedenen Ständern, um die Kraft, die für das Antreiben des Produkts mit einer gegebenen Geschwindigkeit am Ausgang der Anlage mit Aufrechterhalten der Enddicke auf einem bestimmten Wert anzulegen ist, im Wesentlichen gleichförmig auf alle Antriebsmittel zu verteilen.

Wie gewohnt, wird die globale Dickenverringerung, die zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Anlage auszuführen ist, gemäß einem Walzschema von einem Vorregelsystem verteilt.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal erfasst man jederzeit die Last, die den Drehantriebsmitteln der Arbeitszylinder in jedem Ständer auferlegt wird, um die von dem Walzschema festgelegte Geschwindigkeit zu erzielen, und man verringert die Dickenverringerung, die dem am stärksten belasteten Ständer zugewiesen ist, um ein dynamisches Ausgleichen der an die verschiedenen Ständer angelegten Lasten auszuführen.

Bei einer ersten Ausführungsform verringert man zum Verringern der Dickenverringerung, die dem am stärksten belasteten Ständer zugewiesen ist, die Drehzahl der Zylinder des Ständers in Bezug auf die Geschwindigkeit, die von dem Walzschema festgelegt wird.

Eine solche Verringerung der Geschwindigkeit des am stärksten belasteten Ständers bestimmt jedoch eine automatische Verringerung der Geschwindigkeit des darauf folgenden Ständers, was zu einem Dickenfehler am Ausgang der Anlage während einer Vorlaufübergangsperiode des Produkts in dem Zwischenständerraum führen kann. Gemäß einem weiteren besonders vorteilhaften Merkmal wird dieser potenzielle Dickenfehler durch Vorwegnahme ausgeglichen, indem eine Variation in umgekehrte Richtung der Geschwindigkeiten aller Ständer gesteuert wird, die stromaufwärts des am stärksten belasteten Ständers liegen, die die Dickenverringerung verringern kann, die in den stromaufwärtigen Ständern ausgeführt wird, um einen Lasttransfer auf die Ständer auszuführen, die stromabwärts des am stärksten belasteten Ständers angeordnet sind.

Bei einer weiteren Ausführungsform steigert man zum Verringern der Dickenverringerung, die in dem am stärksten belasteten Ständer auszuführen ist, die Walzgeschwindigkeit in dem vorhergehenden Ständer, der unmittelbar stromaufwärts liegt, um die Dicke des Produkts zu verringern, bevor es in dem am stärksten belasteten Ständer ankommt. Eine solche Steigerung der Geschwindigkeit in dem vorhergehenden Ständer bestimmt eine entsprechende Steigerung der Geschwindigkeit in dem am stärksten belasteten Ständer, die zu einem Dickenfehler am Ausgang der Anlage während einer Übergangsperiode führen könnte. Erfindungsgemäß wird dieser potenzielle Dickenfehler durch Vorwegnahme ausgeglichen, indem man eine Steigerung der Walzgeschwindigkeit in den Ständern steuert, die noch stromaufwärts des vorhergehenden Ständers liegen, so dass ein Lastentransfer auf alle Ständer ausgeführt wird, die stromaufwärts des am stärksten belasteten Ständers liegen, indem man die Dickenverringerung steigert, die in jedem von ihnen durchgeführt wird.

Gemäß einem weiteren besonders vorteilhaften Merkmal der Erfindung führt man eine ständige Mitverfolgung der Dickenvariation des Produkts im Laufe seines Vorlaufens von dem ersten zu dem letzten Ständer der Anlage durch, um eine Geschwindigkeitsvariation bestimmter Ständer zu steuern, die einen potenziellen Dickenfehler während einer Übergangsperiode ausgleichen können, die der für den Vorlauf erforderlichen Zeit zwischen zwei aufeinander folgenden Ständern der Dickenvariation entspricht, die durch eine Geschwindigkeitsvariation des stromaufwärtigen Ständers entsteht, um jederzeit die Dicke des Produkts am Ausgang des letzten Ständers der Anlage konstant zu halten.

Es ist ferner möglich, Geschwindigkeitsvariationen auf den zwei Ständereinheiten zu kombinieren, die jeweils stromaufwärts und stromabwärts des am stärksten belasteten Ständers liegen, indem man einen Lasttransfer zu bestimmten Ständern der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Einheit gemäß der erfassten Last erzeugt, so dass alle Ständer der Anlage ausgeglichen werden, während die Enddicke des Produkts am Ausgang der Anlage aufrechterhalten wird.

Ein derartiges Verfahren erlaubt es nach Ausführen des dynamischen Ausgleichens der auf alle Ständer angelegten Lasten, die Walzgeschwindigkeit in einem der Ständer, der als Angelpunktständer dient, zu steigern, wobei das Regelsystem die Geschwindigkeiten der anderen Ständer entsprechend variiert, so dass die Geschwindigkeit des Produkts am Ausgang der Anlage ohne Störung der Enddicke und unter Beibehalten des dynamischen Ausgleichens zwischen alten Ständern gesteigert wird.

In der Praxis stellt eine solche Steigerung der allgemeinen Geschwindigkeit der Anlage einen Gewinn dar, der bis zu 15 % der maximalen Geschwindigkeit, die ohne dynamisches Ausgleichen der angelegten Drehmomente erzielt wird, gehen kann.

Wie oben erwähnt, sind die Antriebsmittel der Zylinder im Allgemeinen Elektromotoren. In diesem Fall erlaubt es das erfindungsgemäße Regelsystem, ein dynamisches Ausgleichen der Ströme auszuführen, ohne die Nennstärke in jedem Motor zu überschreiten.

Die Erfindung deckt auch eine perfektionierte Regelvorrichtung zum Umsetzen des Verfahrens und weist dazu einen Schaltkreis in geschlossener Schleife zum dynamischen Ausgleichen zwischen den verschiedenen Ständern der Drehmomente auf, die von den Antriebsmitteln jedes Ständers zum Erzielen der gewünschten Enddicke und Halten dieser auf einem im Wesentlichen konstanten Wert angelegt werden.

Da die Regelvorrichtung herkömmlich mit einem Vorregelsystem der Dickenverringerung, die jedem Ständer zugewiesen ist, und der entsprechenden Walzgeschwindigkeit verbunden ist, weist der erfindungsgemäße Schaltkreis zum dynamischen Ausgleichen Korrekturmittel auf jedem Ständer für den Geschwindigkeitssollwert auf, der von dem Vorregelsystem bestimmt wird, so dass die Verteilung der Dickenverringerung zwischen den verschiedenen Ständern modifiziert wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Schaltkreis zum dynamischen Ausgleichen ein Steuermodul der Transienten auf, das in geschlossener Schleife auf die Antriebsmittel der Zylinder einwirkt, so dass vorwegnehmend eine zusätzliche Korrektur an dem Geschwindigkeitssollwert während einer Vorlaufübergangsperiode des Produkts zwischen einem Ständer, dessen Geschwindigkeitssollwert korrigiert wurde, und dem nächsten Ständer durchgeführt wird.

Vorzugsweise ist dieses Modul zum Steuern der Transienten mit einer Vorrichtung zum ständigen Mitverfolgen der Dickenvariation des Produkts im Laufe seines Ablaufens zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Anlage verbunden, die die Augenblicke des Anfangs und des Endes der Übergangsperiode bestimmt, während welcher eine zusätzliche Korrektur an dem Geschwindigkeitssollwert mindestens eines der Ständer vorgenommen wird.

Weitere vorteilhafte Merkmale ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer besonderen Ausführungsform der Erfindung, die beispielhaft gegeben und in den anliegenden Zeichnungen dargestellt wird.

Die 1 stellt schematisch ein Tandem-Walzwerk dar, das mit einem Dicken- und Zugregelsystem gemäß dem früheren Stand der Technik ausgestattet ist.

Die 2 stellt schematisch eine Tandem-Walzanlage dar, die mit einem erfindungsgemäßen Dicken- und Zugregelsystem ausgestattet ist.

Die 3 stellt schematisch die Verteilung der Ströme der Motoren einer Tandem-Walzanlage gemäß dem früheren Stand der Technik dar.

In 1 wurde schematisch die Einheit einer Tandem-Walzanlage mit fünf Walzständern mit den Bezugszeichen 1 bis 5 dargestellt. Eine solche Anlage, die zum Beispiel zum Kaltwalzen von Blechen vorgesehen ist, funktioniert ununterbrochen und ist mit einer Eingangszugvorrichtung verbunden.

Jeder Walzständer, zum Beispiel des Typs Quarto, weist zwei Arbeitszylinder T, T' auf, die einen Luftspalt zum Durchgehen des zu walzenden Produkts B definieren und auf zwei Stützzylindern S, S' aufliegen, zwischen welchen eine Walzkraft von Spannmitteln, wie zum Beispiel hydraulischen Zylindern 11, 21, 31, 41, 51 angelegt wird.

Ein Drehantriebsmittel, wie zum Beispiel ein Elektromotor 12, 22, 32, 42, 52 legt direkt oder indirekt ein Walzdrehmoment auf mindestens einen der Arbeitszylinder T, T' an. Die Walzkraft und das Walzdrehmoment hängen von der Beschaffenheit des zu walzenden Produkts sowie von der in jedem Ständer durchzuführenden Dickenverringerung ab.

Gewöhnlich und wie angegeben, wird die Produktdicke am Ausgang des Ständers 1 konstant gehalten. Dazu kann man zum Beispiel am Ausgang dieses Ständers eine Dickenlehre 13 installieren, die diese Funktion durch Einwirken auf das hydraulische Spannen 11 sicherstellt. Man kann diese Regelung auch verbessern, indem man die Rohdicke h_o des Bands B am Eingang der Anlage mit einer weiteren Dickenlehre 13', die am Eingang des Ständers 1 installiert ist, und auch auf das hydraulische Spannen 11 dieses einwirkt, misst.

Wie bekannt erlaubt es ein vorab erstelltes Walzschema in Abhängigkeit von den Kenndaten des zu walzenden Produkts und den Möglichkeiten der Anlage, die Dickenverringerung auf die verschiedenen Ständer und Staffelung der Geschwindigkeiten, die sich daraus ergibt, zu verteilen, um das Gesetz des Erhaltens der Massen einzuhalten.

Wenn man die Dicke des Bands am Ausgang eines Ständers mit Rang i h_i nennt und die Produktausgangsgeschwindigkeit, die der Antriebsgeschwindigkeit der Zylinder desselben Ständers entspricht, V_i nennt, wird dieses Gesetz bei Dauerbetrieb wie folgt geschrieben: h₁V₁ = h₂V₂; h₂V₂ = h₃V₃; h₃V₃ = h₄V₄; h₄V₄ = h₅V₅(1) wobei h₁ die Dicke am Ausgang des Ständers 1, V₁ die Drehzahl des Motors 12 des gleichen Ständers ist und so weiter bis zum Ständer 5.

Andererseits erlaubt es das Regelsystem ausgehend von Angaben, die von den Spannungsmessern 15, 25, 35, 45 gegebenen werden, die jeweils am Ausgang der Ständer 1, 2, 3, 4 installiert sind, auf die hydraulischen Spannmittel, nämlich 21, 31, 41, 51 der darauf folgenden Ständer 2, 3, 4, 5 einzuwirken, um die Dickenverringerung zu korrigieren und daher das angelegte Moment, um einen konstanten Zug in jedem Raum 10, 20, 30, 40 zwischen zwei aufeinander folgenden Ständern aufrechtzuerhalten, ohne das Verhältnis zwischen den Antriebsgeschwindigkeiten der jeweiligen Zylinder zu ändern.

Bei dem geläufigsten Regelmodus eines Tandem-Walzwerks wirkt daher der Spannungsmesser 15, der am Ausgang des Ständers 1 installiert ist, auf das hydraulische Spannen 21 des Ständers 2 ein, der am Ausgang des Ständers 2 installierte Spannungsmesser 25 auf das hydraulische Spannen 31 des Ständers 3 einwirkt und so weiter. Man geht daher sicher, dass die Geschwindigkeit des Bands am Eingang eines Ständers jederzeit gleich der Geschwindigkeit des Bands am Ausgang des vorhergehenden Ständers ist.

Um den Metalldurchsatz sicherzustellen, bestimmt das Vorregelsystem gemäß dem Walzschema die Dickenverringerung, die in jedem Ständer durchzuführen ist, und die Drehzahl des entsprechenden Motors, die die Gleichung (1) erfüllt.

Wenn man den Dickensollwert am Ausgang des Ständers mit Rang i h*_i nennt und die Drehzahl des Motors, die von der allgemeinen Walzgeschwindigkeit und dem einzuhaltenden Geschwindigkeitsverhältnis abhängt, V*_i, erhält man: h₁* V₁* = h₂* V₂*; h₂* V₂* = h₃* V₃*; h₃* V₃* = h₄* V₄*; h₄* V₄* = h₅* V₅*(2)

Da die Dicke am Ausgang des Ständers 1 konstant gehalten wird, kann man schreiben: h₅* = h₄* V₄*/V₅* = h₅* V₄*/V₅*. V₃* /V₄* usw.... = h₁* V₁*/V₅* nämlich: h₅* = h₁* V₁*/V₅*(3)

Bei dem geläufigsten Regelmodus eines Tandem-Walzwerks wirkt der Spannungsmesser 15, der in dem Zwischenständerraum 10 am Ausgang des Ständers 1 installiert ist, auf das hydraulische Spannen 21 des Ständers 2 ein, der Spannungsmesser 25, der in dem Raum 20 am Ausgang des Ständers 2 installiert ist, wirkt auf das hydraulische Spannen 31 des Ständers 3 ein und so weiter. Dank dieser Zugregelung wird die Geschwindigkeit des Bands am Eingang eines Ständers jederzeit gleich der Geschwindigkeit des Bands am Ausgang des vorhergehenden Ständers gehalten.

Wenn daher, wie es 1 zeigt, die Dicke h₁ am Ausgang des Ständers 1 und die Geschwindigkeit V₁ des Motors 11 konstant gehalten werden, kann die Dickenregelung herkömmlich mittels einer Dickenlehre 53 sichergestellt werden, die am Ausgang 50 des letzten Ständers 5 angeordnet wird und auf die Geschwindigkeit V₅ des Motors 52 oder manchmal des Motors 42 des Ständers 4 einwirkt.

Wie oben erwähnt, werden alle Zwischenverringerungen von einem Vorregelsystem festgelegt, das die Zwischendickensollwerte h_i* jedes Ständers festlegt, von welchen das Drehmoment abhängt, das von jedem der Antriebsmittel 12, 22, 32, 42, 52 anzulegen ist.

Ein solches Vorregelsystem, das in der Figur nicht dargestellt ist, kann einfach aus Vorregeltabellen bestehen, die die Zwischendicken für jeden Ständer angeben, kann aber auch ein mathematisches Modell verwenden, das die Zwischendicken h₁* in Abhängigkeit von den Kenndaten des zu walzen den Produkts ausgehend von Datenbanken berechnen kann, die regelmäßig am Tag von Messungen an dem Walzwerk aktualisiert werden.

Man muss auch den allgemeinen Gang der Walzanlage variieren und regeln können, um die gesamte Tandem-Walzanlage zu beschleunigen oder verlangsamen. Die Gleichung (2) erlaubt es nun aber nur, Geschwindigkeiten in Relativwert zueinander zu regeln. In bekannter Weise bestimmt das Vorregelsystem alle Dickensollwerte h_i* in Abhängigkeit von den Kenndaten des zu walzenden Produkts und der auf den Ständern des Walzwerks verfügbaren Leistung mit einem bestimmten Optimierungsgrad, der von den Leistungen des verwendeten mathematischen Modells abhängt.

Die Referenzgeschwindigkeit eines Ständers des Walzwerks, auch Angelpunktständer genannt, wird jedoch frei und für den Bediener zugänglich gelassen, der sie ändern kann, um die Geschwindigkeit aller Ständer zu steuern, um die ganze Anlage zu beschleunigen oder zu verlangsamen.

Der Teil des Steuersystems eines Tandem-Walzwerks, der alle Geschwindigkeiten um die Geschwindigkeit eines Ständers, der als Angelpunktständer genommen wird, verwaltet und es erlaubt, Beschleunigungs- und Verlangsamungsrampen zu steuern, wird gewöhnlich „Geschwindigkeitsmaster" genannt.

Bei einem Walzwerk mit 5 Ständern kann man den Ständer 3 als Angelpunktständer verwenden. Die Geschwindigkeiten der anderen Ständer werden daher gemäß den Gleichungen (2) berechnet, und man erhält, wenn man Vs als für die allgemeine Geschwindigkeitsregelung verfügbar annimmt: V₄* = h₃*/h₄* V₃*; V₅* = h₄*/h₅*.V₄* = h₄*/h₅* h₃*/h₄*.V₃* = h₃*/h₅*.V₃*(4)

Und ebenso: V₂* = h₃*/h₂*.V₃* und V₁* = h₂*/h₁*.V₂* = h₃*/h₂* h₂*/h₁*.V₃* nämlich: V₂* = h₃*/h₂*.V₃* und V₁* = h₃*/h₁*.V₃*(5)

Alle Geschwindigkeiten der Ständer werden daher in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Angelpunktständers bestimmt, wobei die Gleichungen (4) die Geschwindigkeiten derer geben, die stromabwärts des Angelpunktständers liegen, und die Gleichungen (5) die Geschwindigkeiten derer geben, die stromaufwärts des Angelpunktständers in die Ablaufrichtung des Produkts liegen.

Eine Endkontrolle der Dicke wird von der (Dicken)lehre 53 sichergestellt, die am Ausgang des Ständers 5 installiert ist, um die Restfehler zu korrigieren, indem man die Geschwindigkeit des letzten Ständers der Walzanlage oder die Geschwindigkeiten der zwei letzten Ständer ändert.

Derartige Praktiken sind gut bekannt und ergeben ausgezeichnete Resultate hinsichtlich der Qualität und Regelmäßigkeit an der erzielten Dickentoleranz, sie lösen jedoch das Problem des Ausgleichens der Ströme der Ständermotoren aufgrund der Ungenauigkeit hinsichtlich der präzisen Kenntnis der Betriebspunkte der Motoren und der Istwerte der Parameter, die die Reibung Blech/Zylinder definieren, nicht.

Daher ergibt sich häufig die in 3 dargestellte Situation.

Wenn man die in jedem Ständer den Antriebsmitteln 11, 21,...51 auferlegte Last misst, zum Beispiel die Stromstärke in dem Fall von Elektromotoren, zeigt es sich, dass einer der Ständer, zum Beispiel Ständer 3, mit Strom gesättigt ist, während es eine Leistungsreserve auf den Ständern gibt, die sich stromaufwärts und stromabwärts befinden. Es ist jedoch nicht möglich, die Walzanlage zu beschleunigen, denn das würde noch mehr Strom für den Motor des Ständers 3 fordern. Es ist daher nicht möglich, die ganze verfügbare Leistung zu verwenden, und daher ist die Produktivität der gesamten Anlage eingeschränkt.

Die Erfindung erlaubt es, dieses Problem zu lösen, indem jederzeit ein dynamisches Ausgleichen der von den Motoren anzulegenden Drehmomente zwischen allen Ständern ausgeführt wird.

Vereinbarungsgemäß wird im Folgenden die Dicke des Bands am Ausgang des Ständers i, die dem Sollwert der Verringerungsrate entspricht, die dem Ständer i von dem Vorregelsystem zugewiesen wird, h_i* genannt, und der Wert der realen Ausgangsdicke des Ständers i wird h_i genannt.

Die Idee der Erfindung besteht darin, in Echtzeit die Verringerungsrate des zu stark belasteten Ständers zu verringern, indem die Geschwindigkeiten der Ständer so geändert werden, dass durch eine Vorrichtung, die in geschlossener Schleife wirkt, alle Werte h_i* geändert werden, ohne das Halten auf einem konstanten Wert der Ausgangsdicke h₅ zu stören. Wenn man das in 3 gegebene Beispiel betrachtet, kann man die Verringerung des Ständers 3 verringern, indem man die Ausgangsdicke h₃* erhöht. Um daher die Enddicke h₅ am Ausgang 50 der Anlage konstant zu halten, muss man von dem Ständer 4 mehr Verringerung verlangen, aber genau dieser hat verfügbare Leistung. Es ergibt sich daher ein Ausgleichen der Ströme durch einen Leistungstransfer auf die stromabwärts des überlasteten Ständers liegenden Ständer.

Um diese Zielsetzung zu verwirklichen, zeigen die Gleichungen der „Mass-Flow"-Regelung, dass Vs verringert werden muss.

Wie weiter oben angegeben, wird die Dicke h₁ nämlich konstant gehalten, indem auf die Spannmittel 11 des Ständers eingewirkt wird. Wenn die Geschwindigkeitssollwerte V₁* und V₂* konstant gehalten werden oder in einem konstanten Verhältnis, weil: h₁* V₁* = h₂* V₂*, ist h₂ ebenfalls eine konstante Dicke.

Da h₂* V₂* = h₃* V₃* ist, steigt außerdem die Dicke h₃, wenn man V₃* verringert, am Ausgang des Ständers 3, denn das Produkt der zwei ist konstant.

Eine Verringerung des Geschwindigkeitssollwerts des Ständers 3 bewirkt daher eine Erhöhung der Ausgangsdicke h₃ und daher eine Verringerung des Moments, das von dem Motor 13 anzulegen ist, was es erlaubt, die angestrebte Wirkung zu erzielen.

Das gilt für den Dauerbetrieb, das heißt nach der erforderlichen Transferzeit auf die neue Dicke des Ständers 3, um den Ständer 4 zu erreichen. Wenn aber in dem Zeitraum die Einwirkung auf die Geschwindigkeiten auf das beschränkt ist, was beschrieben wurde, erzeugt man einen vorübergehenden Dickenfehler. Ab dem Ändern der Geschwindigkeit des Ständers 3 wirkt nämlich die Zugregelung zwischen den Ständern 3 und 4, um die Gleichheit der Geschwindigkeiten im Zwischenständerraum 13 aufrechtzuerhalten. Da die Dicke am Eingang des Ständers 4 noch nicht geändert wurde und aufgrund der erforderlichen Transferentfernung, ändert das „Mass-Flow"-Gesetz die Dicke h₀ am Ausgang des Ständers 4 und daher die Dicke h₅ am Ausgang des Ständers 5.

Es wäre daher nicht akzeptabel, dass das Ausgleichssystem der Ströme Längen, die den Entfernungen zwischen Ständern entsprechen, außerhalb der Dickentoleranz jedes Mal dann erzeugt, wenn die Geschwindigkeiten der Ständer zum Ausgleichen der Ströme geändert werden müssen, das heißt ständig, denn es handelt sich um ein Echtzeitregelsystem, das in geschlossener Schleife wirkt.

Gemäß einem weiteren besonders vorteilhaften Merkmal der Erfindung kann dieser potenzielle Dickenfehler durch Vorwegnahme ausgeglichen werden, indem er im Voraus durch einen gleichzeitigen Geschwindigkeitswechsel der Ständer 1 und 2 in dem ausgewählten Beispiel geschaffen wird.

Wenn man nämlich gleichzeitig die Geschwindigkeiten der Ständer 1 und 2 erhöht, wobei h₁ durch die Regelung des Ständers 1 konstant gehalten wird, ist auch h₂ konstant. Da die Geschwindigkeit des Ständers 3 noch nicht geändert wurde, nimmt die Ausgangsdicke h₃ zu, und das ist das angestrebte Ziel. Während einer Übergangsperiode wartet man mit Hilfe einer Vorrichtung zum Mitverfolgen in Echtzeit des Produktvorlaufs in der Anlage, bis die Überdicke h₃ den Ständer 4 erreicht, um die Geschwindigkeit des Ständers 3 zu senken und gleichzeitig die Ständer 1 und 2 mit Hilfe von Vorrichtungen, die in geschlossener Schleife wirken, auf ihre ursprünglichen Geschwindigkeiten zurückzustellen.

Ab dem gleichzeitigen Geschwindigkeitswechsel der Ständer 1 und 2 ist die Dicke h₃ daher gestiegen, und wenn man gleichzeitig die Geschwindigkeit des Ständers 3 verringert, indem man die Geschwindigkeiten der Ständer 1 und 2 auf ihren ursprünglichen Wert zurückstellt, wird der erhöhte Wert von h₃ beibehalten, und der Durchsatz h₃V₃ ist am Eingang des Ständers 4 konstant. Die Dicke h₄ wird daher ebenso wie die Ausgangsdicke h₅ konstant gehalten.

Es ist daher möglich, eine Überlast des Ständers 3 zu vermeiden, indem man seine Verringerungsrate durch ein Verringern seiner Geschwindigkeit und durch Transferieren der Leistung auf die stromabwärtigen Ständer ändert. Ferner kann der potenzielle Dickefehler, der sich aus dieser Momentanvariation der Geschwindigkeit ergibt, durch Vorwegnahme konstant zu halten werden, um die Ausgangsdicke h₅ dank des erfindungsgemäßen Verfahrens auszugleichen, das es erlaubt, in Echtzeit und während des Übergangzeitraums Momentanvariationen der Dicke mit Hilfe einer zeitweiligen Änderung in umgekehrte Richtung der Geschwindigkeiten der Ständer, die stromabwärts des überladenen Ständers liegen, zu steuern.

Man kann natürlich auch bei einer Variante der Erfindung und immer noch in dem in 3 veranschaulichten Fall die Verringerungsrate des Ständers 3 verringern, indem man die Eingangsdicke in diesem Ständer verringert, das heißt die Ausgangsdicke h₂ des Ständers 2.

Die Gleichungen (2) zeigen, dass dieses Ergebnis erzielt werden kann, indem die Geschwindigkeit des Ständers 2 erhöht wird. Da nämlich die Dicke h₁ am Ausgang des Ständers 1 durch die Regelung des Ständers 1 konstant gehalten wird, wirkt sich die Erhöhung der Geschwindigkeit des Ständers 2 durch eine Verringerung der Dicke h₂ aus, und das entspricht dem angestrebten Ziel. Diese Erhöhung der Dickenverringerungsrate im Ständer 2 zieht eine Erhöhung der von dem Motor 12 verbrauchten Leistung nach sich. Es ergibt sich daher ein Leistungstransfer auf die vor dem am stärksten belasteten Ständer stromaufwärts liegenden Ständer.

Wie zuvor zeigt es sich, dass diese Einwirkung auf den Ständer 2 Gefahr läuft, einen potenziellen Dickenfehler während der Übergangsperiode hervorzurufen. Der Geschwindigkeitswechsel des Ständers 2, bevor die neue Dicke im Ständer 3 ankommt, ergibt nämlich eine Dickenänderung am Ausgang des Ständers 3 aufgrund der Zugregelung in dem Zwischenständerraum 20. Das wirkt sich weiter bis zu der Ausgangsdicke immer noch über die Zugregelungen in dem Zwischenständerraum aus. Derartige Störungen sind inakzeptabel, denn sie würden zur Verschlechterung der Gesamtleistungen der Dickenregelung auf der ganzen Anlage führen.

Daher muss die Einwirkung auf den Ständer 2 in der Übergangsperiode ausgeglichen werden. Erfindungsgemäß wird dieser potenzielle Mangel durch Vorwegnahme während der Übergangsperiode ausgeglichen, indem eine Geschwindigkeitsvariation des Ständers 1 gesteuert wird. Die Dicke h₁ ist nämlich dank der Regelung des Ständers 1 konstant, und ferner ergibt die „Mass-Flow"-Regelung: h₁* V₁* = h₂* V₂*(2).

Eine Verringerung des Geschwindigkeitssollwerts V₁* bewirkt daher eine Verringerung der Dicke h₂, und das entspricht dem angestrebten Ziel. Wenn die verringerte Dicke h₂ dann den Ständer 3 erreicht, erlaubt es die Vorrichtung zum Mitverfolgen der Dicke, die in Echtzeit und in geschlossener Schleife arbeitet, gleichzeitig die Geschwindigkeiten der Ständer 1 und 2 zu erhöhen, um die angestrebte Wirkung zu erzielen, ohne die Dickenvariation h₅ am Ausgang der Walzanlage zu verursachen.

Im Allgemeinen vermeidet man bei dieser Variante der Erfindung daher eine Überlast in einem Ständer, indem man die Geschwindigkeit des vorhergehenden Ständers erhöht, und um den so verursachten potenziellen Dickenfehler auszugleichen, steuert man eine Geschwindigkeitserhöhung eines oder mehrerer Ständer, die noch stromaufwärts liegen.

Die Erfindung erlaubt daher das Ausführen eines Leistungstransfers von dem überlasteten Ständer auf alle Ständer stromaufwärts und hält gleichzeitig die Ausgangsdicke konstant.

In der Praxis wäre es jedoch nicht einfach, einen Sonderfall wie den der 3 zu isolieren und zwei verschiedene Arten zum Verringern einer auf einem Ständer erkannten Überlast zu unterscheiden. Das erfindungsgemäße Verfahren, das in Echtzeit funktioniert und an eine in geschlossener Schleife konzipierte Anlage angewandt wird, erlaubt es, jederzeit die Ströme der Antriebsmotoren der Ständer neu auszugleichen, indem die Wirkungen eines Ausgleichens auf den stromaufwärtigen Ständern mit denen eines Ausgleichens auf den stromabwärtigen Ständern kombiniert werden, und dies für alle Ständer gleichzeitig. Man erhält daher ständig ausgeglichene Ströme in allen Antriebsmotoren der Ständer des Walzwerks und beim Walzen eines bestimmten Produkts gemäß dem Walzschema, das von dem Vorregelsystem bestimmt wird, wenn Leistung auf den Motoren verfügbar bleibt, kann man die allgemeine Geschwindigkeit der Anlage erhöhen und dabei den Wert ihrer Produktivität.

Die Erfindung deckt auch eine Vorrichtung zum Umsetzen des Verfahrens, die beispielhaft in 2 dargestellt ist. Diese Darstellung ist rein schematisch, denn eine solche Anlage kann nicht nur herkömmliche Techniken elektrischer Schaltkreise heranziehen, die elementare Schaltkreise von Komparatoren, Verstärkern, Controllern verwenden, die selbst proportionale, integrale und differenzielle Wirkungsverstärkungseinstellungen aufweisen, sondern auch jüngere Techniken mit digitaler Steuerung auf der Grundlage von Rechnern und Mikroprozessoren, sobald sie es ermöglichen, in geschlossener Schleife mit ausreichend kurzen Antwortzeiten zu wirken, um eine Aktion in Echtzeit auszuführen, gegenüber anderen Antwortzeiten der anderen Teile der Walzanlage.

Bei einer erfindungsgemäßen Anlage findet man ein Niveau 6 des dynamischen Ausgleichens der Ströme in geschlossener Schleife und ein Niveau 7 des Steuerns der Transienten, die man „Dickenabschnitt" nennen kann.

Das Niveau 6 des dynamischen Ausgleichens weist eine Messung der von den Motoren der Ständer verbrauchten Ströme mit Hilfe von Stromwandlern 16, 26, 36, 46, 56 auf.

Das dynamische Ausgleichsystem 6 enthält auch Vergleichsschaltkreise, die jederzeit den am stärksten belasteten Ständer auswählen können, sowie die Transferfunktion und die erforderlichen Verstärkungen für das Umwandeln der Lastunterschiede in eine Variation der Dickensollwerte, die die neuen Dickenreferenzen h_i* der Ständer sind und beim Dauerbetrieb zum Gleichgewicht der Ströme führen.

Die Schaltung 6 erzeugt die für die Steuerung der Zwischenständerdicken erforderlichen Variationen mit Hilfe von Controllern mit proportionaler, integraler oder differenzieller Verstärkungsregelung, um die Verringerungsraten der am stärksten belasteten Ständer wie im erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben zu verringern.

Der Dickenabschnitt 7 weist die Schaltkreise auf, die zum Umwandeln der Zwischenständer-Dickenvariationen in Geschwindigkeitssollwerte der Antriebsmotoren erforderlich sind, sowie die für die Verwaltung der Transienten und insbesondere das System zum Mitverfolgen des Vorlaufs des Bands B in der Walzanlage.

Aufgrund der Mitverfolgung des Produkts und der Variationen der von dem Schaltkreis zum dynamischen Ausgleichen 6 erstellten Sollwerte, erstellt die Transientensteuerung 7 vorübergehende und vorwegnehmende Geschwindigkeitsvariationen der Ständer, die es erlauben, das Ausgleichen der Ströme auszuführen, ohne auch nur eine vorübergehende Variation der Ausgangsdicke zu verursachen. Alle diese Schaltungen wirken in Echtzeit, in Regelung und in geschlossener Schleife zwischen der Messung der Unterschiede der Motorströme, die gleichermaßen als Fehlersignal am Eingang der Schleife abgenommen werden, und den Sollwertvariationen der Geschwindigkeiten der Antriebsmotoren, die die Ausgangssignale bilden.

Eine solche erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ausgleichen der Ströme der Antriebsmotoren, die in Echtzeit und in geschlossener Schleife funktioniert, kann sich an jede Regelvorrichtung für die Ausgangsdicke anpassen und ist fester Bestandteil dieser.

Natürlich ist die Erfindung nicht auf die oben beispielhaft beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern kann an jede Einheit von Walzständern angewandt werden, die in Tandem funktioniert und mindestens zwei aufeinander folgende Ständer aufweist.

Andererseits ist die Erfindung nicht auf das Kaltwalzen beschränkt und kann ebenso an eine Warmwalztandemanlage angewandt werden, wie zum Beispiel die Fertigwalzstrecke einer Warmwalz-Bandstahlstraße.

Das Regelsystem AGC, das kurz beschrieben wurde, kann zu jedem Typ gehören, der ein Steuern der Enddicke des Walzprodukts erlaubt. Da die Erfindung auf dem Einhalten des „Mass-Flow"-Gesetzes beruht, ist es nämlich möglich, sich Varianten im Betrieb der Dickenregelung vorzustellen.

Ebenso kann die Umsetzung unterschiedlich vorgenommen werden, ohne den Geltungsbereich der Erfindung zu verlassen, insbesondere gemäß einem digitalen und vektoriellen ziemlich neuen Verarbeitungsmodus, der gewöhnlich „multivariable Regelung" genannt wird.

Die Bezugszeichen, die nach den technischen Merkmalen, die in den Ansprüchen erwähnt sind, eingefügt sind, sollen allein das Verstehen dieser Letzteren erleichtern und die Reichweite in keiner Weise einschränken.