AT526755A1 - Verfahren zur Regelung zumindest einer Position eines Endlosbandes - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zur Regelung zumindest einer Position eines Endlosbandes (1) während das Endlosband zwischen zumindest zwei Rollen (2, 3) umläuft, wobei das Endlosband (1) eine erste Hauptoberfläche (4) und eine zweite Hauptoberflä- che (5) aufweist, wobei die erste Hauptoberfläche (4) und die zweite Hauptoberflä- che (5) des Endlosbandes (1) einander gegenüberliegen und durch zwei einander gegenüberliegende Seitenflächen (6, 7) miteinander verbunden sind, wobei die Seitenflächen (6, 7) kleiner sind als die Hauptoberflächen (4, 5), wobei eine Lage zumindest eines sich aktuell in einem Erfassungsbereich zumindest eines Sensors (8) befindlichen Abschnittes zumindest einer der Seitenflächen (6, 7) des Endlos- bandes (1) und/oder zumindest eines sich aktuell in einem Erfassungsbereich des zumindest einen Sensors (8) befindlichen Abschnittes einer in einem Stoßbereich zumindest einer der Seitenflächen (6, 7) mit zumindest einer der Hauptoberflächen (4, 5) gebildeten Kante von dem zumindest einen Sensor (8) erfasst wird, wobei eine Steuerung einen Ist-Wert (12) mit einem Soll-Wert (14) vergleicht, wobei in Abhängigkeit von einer Abweichung des Ist-Wertes (12) von dem Soll-Wert (14) zumindest ein Steuersignal (15) zur Betätigung zumindest eines Stellgliedes (16, 17) für eine Korrektur der Position des Endlosbandes (1) erzeugt und das zumin- dest eine Stellglied (16, 17) in Abhängigkeit von dem zumindest einen Steuersig- nal (15) betätigt wird, wobei zumindest ein von dem Sensor (8) erzeugtes Signal (9) um zumindest einen von einer Geradheitsabweichung der zumindest einen Seitenfläche (6, 7) und/oder Kante verursachten Signalanteil (10) bereinigt und das resultierende Signal (11) von der Steuerung (13) als Ist-Wert (12) verwendet wird.

Description

Stellglied in Abhängigkeit von dem zumindest einen Steuersignal betätigt wird.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der WO2011120884A1 bekannt geworden.

Üblicherweise weisen die Seitenflächen bzw. die Seitenkanten eines Endlosbandes eine gewisse Welligkeit bzw. Geradheitsabweichung auf. Dadurch kommt es bei Prozessen, bei welchen das Endlosband zwischen zwei Rollen eingespannt

umläuft, anfangs, wenn sich das Endlosband noch nicht in einem stabilen einge-

laufenen Zustand befindet, zu einem seitlichen Verlaufen des Endlosbandes. Aus

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Seitenfläche bzw. einer Seitenkante des Bandes mittels eines Sensors erfasst.

Bei herkömmlichen Verfahren zur Lageregelung von Endlosbändern ist jedoch das Problem gegeben, dass aufgrund der Welligkeit der Bandkanten der Endlosbänder falsche Ist-Werte von dem Sensor an einen Regler weitergegeben werden können, da die Welligkeit fälschlicherweise als seitliche Abweichung der aktuellen Position des Bandes detektiert werden kann. So kann, falls der Sensor ein Wellental detektiert, fälschlicherweise ein Signal, welches einer seitlichen Abweichung der Bandposition in eine Richtung entspricht, erzeugt werden, während ein Wellenberg fälschlicherweise die Erzeugung eines Signals, welches einer seitliche Abweichung in eine andere Richtung entspricht, zur Folge haben kann. Daher kann es bei den herkömmlichen Lösungen auch im eingelaufenen Zustand zu fehlerhaften, Störungen verursachenden Stelleingriffen, die dann wiederum korrigiert wer-

den müssen, kommen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine verbesserte Lageregelung für ein Endlosband zu er-

möglichen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das zumindest eine von dem Sensor erzeugte Signal um zumindest einen von einer Geradheitsabweichung der zumindest einen Seitenfläche und/oder Kante verursachten Signalanteil bereinigt wird, und das resultie-

rende Signal als Ist-Wert der zumindest einen Steuerung zugeführt wird.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, einen Ist-Wert für die Regelung zur Verfügung zu stellen, welcher zwar grundsätzlich mit der realen Bandkante zusammen hängt, jedoch die reale, nicht ideale und Störungen verursachende Kan-

tenform nicht mehr enthält.

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des verlaufenden Richtung ermittelt.

Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, dass zur Erzeugung des Ist-Wertes aus dem von dem Sensor erzeugten Signal eine seitliche Verlaufsrate zumindest eines Abschnittes des Endlosbandes in einer schräg oder quer zur Umlaufrichtung des Endlosbandes verlaufenden Richtung ermittelt wird. Die Ermittlung der Verlaufsrate ermöglicht es auf einfache Weise sowie schnell und zuverlässig ein seitliches Verlaufen des Endlosbandes, welches um die Geradheitsabweichun-

gen der Seitenflächen bzw. Kanten bereinigt ist, genau zu erfassen.

Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung wird die seitliche Verlaufsrate für zumindest einen vollständigen Umlauf des Endlosbandes um die Rollen ermittelt. Diese Ausführungsform der Erfindung ermöglicht es, Einflüsse auf das Messergebnis, die von Schwankungen der Betriebsparametern hervorgerufen sind, wie Änderungen der Bandtemperatur oder der Umlaufgeschwindigkeit, etc. zu mini-

mieren und die Verlaufsrate mit hoher Zuverlässigkeit zu bestimmen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass zur Ermittlung der seitlichen Verlaufsrate zumindest ein Differenzenquotient des zumindest

einen von dem Sensor erzeugten Signals ermittelt wird.

Vorteilhafterweise kann die seitliche Verlaufsrate über eine Periode mit einer vorgegebenen Länge ermittelt werden, wobei eine Periodenlänge mittels einer Korrelationsanalyse des von dem Sensor erzeugten Signals ermittelt wird. Diese Variante der Erfindung ermöglicht es, die Genauigkeit, mit welcher der seitliche Ver-

lauf des Endlosbandes erfasst wird, weiter zu erhöhen.

Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, dass die Periodenlänge einer

Umfangslänge des Endlosbandes in der Umlaufrichtung entspricht.

Gemäß der bevorzugten Variante der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Ist-

Wert einer begradigten virtuellen Bandkante des Endlosbandes entspricht.

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genz, verwendet wird.

Weiters kann es vorgesehen sein, dass die Geradheitsabweichung des Endlosbandes vor einer Inbetriebnahme ermittelt wird, und der Geradheitsabweichung entsprechende Signalwerte aufgezeichnet werden, wobei die aufgezeichneten Signalwerte von dem während des laufenden Betriebs von dem Sensor erzeugten

Signal abgezogen werden.

Zudem hat es sich als günstig erwiesen, dass das von dem Sensor erzeugte Signal mittels zumindest eines Filters, insbesondere eines LTI-Filters, geglättet wird und/oder der Geradheitsabweichung entsprechende Signalanteile eliminiert wer-

den.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden

Figuren näher erläutert. Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung: Fig. 1 ein zwischen zwei Rollen umlaufendes Endlosband;

Fig. 2 Signalverläufe eines von einem Sensor erzeugten Signals, welches eine Welligkeit des Endlosbandes aus Fig. 1 wiedergibt, und eines IstSignals, welches für eine Regelung verwendet wird, in einem nicht ein-

gelaufenen Zustand des Endlosbandes;

Fig. 3 die Signalverläufe aus Fig. 2 in einem eingelaufenen Zustand des End-

losbandes.

Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw.

gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der

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angaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Die Ausführungsbeispiele werden Figuren übergreifend beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Endlosband 1, das zwischen zwei Rollen 2, 3 eingespannt ist und umläuft. Das Endlosband 1 weist eine erste Hauptoberfläche 4 und eine zweite Hauptoberfläche 5 auf. Die erste Hauptoberfläche 4 und die zweite Hauptoberfläche 5 des Endlosbandes 1 liegen einander gegenüber und sind durch zwei einander gegenüberliegende Seitenflächen 6, 7 miteinander verbunden, wobei die Sei-

tenflächen 6, 7 kleiner sind als die Hauptoberflächen 4, 5.

Das Endlosband 1 wird in einem stark vorgespanntem Zustand zwischen den Rollen 2, 3 bewegt. Wegen der immer vorhandenen geometrischen Imperfektionen des Endlosbandes 1, wie Welligkeiten, Geradheitsabweichungen und Krümmungen der Seitenflächen 6, 7 bzw. der Bandkanten („Säbeligkeit“), aber auch wegen prozessbedingter Störungen wie ungleichmäßige Erwärmung, asymmetrischen Reibkräften, seitlichen Kraftwirkungen oder Biegemomenten läuft das Endlosband nicht mit gleichbleibender seitlicher Position auf den Rollen 2, 3. Vielmehr ändert sich die seitliche Lage des Endlosbandes 1 auf den Rollen 2, 3, sodass es zu einem seitlichen Verlaufen des Endlosbandes 1 kommt. Vor allem während eines erstmaligen Anfahrens des Endlosbandes 1 muss der seitliche Verlauf des Endlosbandes 1 stark korrigiert werden, um es in einen stabilen eingelaufenen Zu-

stand zu bringen.

Zur Lageregelung des Endlosbandes 1 wird ein sich aktuell in einem Erfassungsbereich eines Sensors 8 befindlicher Abschnitt einer der Seitenflächen 6, 7 und/oder ein sich aktuell in einem Erfassungsbereich des Sensors 8 befindlicher Abschnitt einer in einem StoRßbereich zumindest einer der Seitenflächen 6, 7 mit zumindest einer der Hauptoberflächen 4, 5 gebildeten Kante von dem Sensor 8 er-

fasst und ein entsprechendes Signal 9 erzeugt.

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Endlosbandes 1.

Das Signal 9 wird um den Signalanteil 10 bereinigt, um das resultierende Signal 11 zu erhalten, welches als Ist-Wert 12 für eine Regelung der seitlichen Lage bzw.

Position des Endlosbandes 1 verwendet wird.

Das bereinigte Signal 11 und somit der Ist-Wert 12 entspricht einer begradigten virtuellen Bandkante bzw. Seitenfläche 6, 7 des Endlosbandes 1, welche dann die

Grundlage für die Regelung bildet.

Zur Signalverarbeitung und Regelung kann eine Steuerung 13 vorgesehen sein, beispielsweise ein entsprechend programmierter Signal- oder Mikroprozessor. Die Steuerung 13 führt den Vergleich des Ist-Werts 12 mit einem Soll-Wert 14 durch und erzeugt in Abhängigkeit von einer Abweichung des Ist-Wertes 12 von dem Soll-Wert 14 ein Steuersignal 15 zur Betätigung eines oder mehrerer Stellglieder 16, 17 für eine Korrektur der Position des Endlosbandes 1. Die Stellglieder 16, 17 werden sodann in Abhängigkeit von dem zumindest einen Steuersignal 15 betätigt. Bei den Stellgliedern 16, 17 kann es sich beispielsweise um elektromechanische und/oder hydraulische und/oder pneumatische, etc. Aktoren handeln, welche beispielsweise eine oder beide der Rollen 2, 3 verdrehen und/oder verschieben und/oder anheben, oder auch direkt auf das Endlosband 1 einwirken, um eine Abweichung der ermittelten Ist-Lage des Endlosbandes 1 von einer Soll-Lage zu korrigieren. Alternativ oder zusätzlich können die Stellglieder 2, 3 beispielsweise auch thermische Stellglieder 2, 3 sein, welche insbesondere durch Erzeugung eines Temperaturgradienten in dem Endlosband 1, bevorzugt in einer Querrichtung des

Endlosbandes 1, eine Lageänderung des Endlosbandes 1 während eines Umlaufs

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eigneten Art von Stellglied realisiert werden.

Gemäß Fig. 2 und 3 kann zur Erzeugung des Ist-Wertes aus dem von dem Sensor 8 erzeugten Signal 9 eine seitliche Verlaufsrate zumindest eines Abschnittes des Endlosbandes 1 in einer schräg oder quer zur Umlaufrichtung des Endlosbandes verlaufenden Richtung (x-Richtung) ermittelt werden. Die seitliche Verlaufsrate kann hierbei aus dem Differenzenquotienten zwischen dem Wert der von dem Sensor 8 gemessenen Positionswert x des Signals 9 zu Anfang einer Periode und zu Ende einer Periode ermittelt werden. Eine Periodenlänge entspricht dem Abstand zwischen zwei vertikalen Linien in Fig. 2 und 3. Auf der x-Achse sind in Fig. 2 und 3 die Werte des Signals 9 als Funktion der Zeit t oder des zurückgelegten Weges y eines Punktes auf einer Seitenfläche 5, 6 des Endlosbandes 1 aufgetra-

gen.

Die Verlaufsrate V des Endlosbandes 1 über eine Periode kann wie folgt berech-

net werden: 1) V= Ay

Ay ist bevorzugt so gewählt, dass es der Periodenlänge entspricht, wobei Ax der Differenz des Wertes x am Ende der Periode und des Wertes x am Anfang der Pe-

riode ist.

Wenn die seitliche Verlaufsrate V über einen vollständigen Umlauf des Endlosbandes 1 um die Rollen 2, 3 ermittelt wird, so entspricht die Umfangslänge des Endlosbandes 1 der Periodendauer und somit dem Abstand zwischen zwei vertikalen Linien Ay. Ein Integral der Verlaufsrate V nach dy kann dem bereinigten Signal 11

und somit dem Ist-Wert 12 für die Regelung entsprechen.

Auch wenn grundsätzlich eine beliebige Periodenlänge Ay gewählt werden kann, so hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, die Periodenlänge Ay so zu wählen, dass sie der Umfangslänge des Endlosbandes 1 entspricht, da dadurch leichter

gewährleistet werden kann, dass bei einem Vergleich einer Verlaufsrate vor einem

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des Endlosbandes 1 miteinander verglichen werden.

Eine Periodenlänge kann beispielsweise durch eine Korrelationsanalyse des von dem Sensor 8 erzeugten Signals 9 ermittelt werden. So lässt sich beispielsweise durch Bildung einer Kreuzkorrelationsfunktion von Signalanteilen des Signals 9, die in aufeinanderfolgenden Perioden liegen, und Bestimmung des Maximums der Kreuzkorrelationsfunktion die Periodendauer direkt ermitteln. Ist den Messwerten des Sensors 8 eine von dem Endlosband 1 zurückgelegte Strecke y zugeordnet, so entspricht die Periodenlänge einer Umfangslänge des Endlosbandes 1 in der

Umlaufrichtung.

Ziel der Stelleingriffe bzw. der Korrektur der Verlaufsrate ist es, den in Fig. 3 dar-

gestellten Signalverlauf bzw. die dort dargestellte Verlaufsrate zu erzielen.

Alternativ oder zusätzlich können zur Ermittlung des Ist-Wertes 12 auch Methoden der Systemidentifikation oder eine künstliche Intelligenz, insbesondere eine auf Regressionsanalyse basierende künstliche Intelligenz, verwendet werden. Zum Training der künstlichen Intelligenz können mit dem Sensor 8 aufgenommene Daten von realen Endlosbändern verwendet werden, anhand welcher die künstliche Intelligenz dazu trainiert wird, Geradheitsabweichungen zu erkennen und zu elimi-

nieren.

Alternativ oder zusätzlich kann es auch vorgesehen sein, die Geradheitsabweichung des Endlosbandes 1 vor einer Inbetriebnahme zu ermitteln und der Geradheitsabweichung entsprechende Signalwerte aufzuzeichnen, wobei die aufgezeichneten Signalwerte von dem während des laufenden Betriebs durch den Sensor 8 erzeugten Signal 9 zur Bestimmung des Signals 11 bzw. des Ist-Wertes 12 abgezogen werden. Weiters kann auch offline ein mathematisches Modell des Verlaufs der Seitenflächen 6, 7 bzw. der Kanten erstellt werden, welches dann im laufenden Betrieb dazu herangezogen werden kann das Endlosband 1 rechne-

risch zu begradigen.

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Ist-Wert 12 zu bestimmen.

Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Elemente teilweise unmaßstäblich, vergrößert und/oder

verkleinert dargestellt wurden.

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10

Bezugszeichenliste

Endlosband Rollen

Rollen Hauptoberfläche Hauptoberfläche Seitenfläche Seitenfläche Sensor

Signal Signalanteil Resultierendes Signal Ist-Wert Steuerung Soll-Wert Steuersignal Stellglied Stellglied

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Claims (11)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Regelung zumindest einer Position eines Endlosbandes (1) während das Endlosband zwischen zumindest zwei Rollen (2, 3) umläuft, wobei das Endlosband (1) eine erste Hauptoberfläche (4) und eine zweite Hauptoberfläche (5) aufweist, wobei die erste Hauptoberfläche (4) und die zweite Hauptoberfläche (5) des Endlosbandes (1) einander gegenüberliegen und durch zwei einander gegenüberliegende Seitenflächen (6, 7) miteinander verbunden sind, wobei die Seitenflächen (6, 7) kleiner sind als die Hauptoberflächen (4, 5), wobei eine Lage zumindest eines sich aktuell in einem Erfassungsbereich zumindest eines Sensors (8) befindlichen Abschnittes zumindest einer der Seitenflächen (6, 7) des Endlosbandes (1) und/oder zumindest eines sich aktuell in einem Erfassungsbereich des zumindest einen Sensors (8) befindlichen Abschnittes einer in einem Stoßbereich zumindest einer der Seitenflächen (6, 7) mit zumindest einer der Hauptoberflächen (4, 5) gebildeten Kante von dem zumindest einen Sensor (8) erfasst wird, wobei eine Steuerung einen Ist-Wert (12) mit einem Soll-Wert (14) vergleicht, wobei in Abhängigkeit von einer Abweichung des Ist-Wertes (12) von dem Soll-Wert (14) zumindest ein Steuersignal (15) zur Betätigung zumindest eines Stellgliedes (16, 17) für eine Korrektur der Position des Endlosbandes (1) erzeugt und das zumindest eine Stellglied (16, 17) in Abhängigkeit von dem zumindest einen Steuersignal (15) betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein von dem Sensor (8) erzeugtes Signal (9) um zumindest einen von einer Geradheitsabweichung der zumindest einen Seitenfläche (6, 7) und/oder Kante verursachten Signalanteil (10) bereinigt und das resultierende Signal (11) von der Steu-

erung (13) als Ist-Wert (12) verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Ist-Wertes (12) aus dem von dem Sensor (8) erzeugten Signal (9) zumindest eine seitliche Position zumindest eines Abschnittes des Endlosbandes (1) in einer schräg oder quer zur Umlaufrichtung des Endlosbandes verlaufenden

Richtung ermittelt wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem von dem Sensor (8) erzeugten Signal (9) zumindest eine seitliche Verlaufsrate zumindest eines Abschnittes des Endlosbandes (1) in einer schräg oder quer

zur Umlaufrichtung des Endlosbandes verlaufenden Richtung ermittelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die seitliche Verlaufsrate für zumindest einen vollständigen Umlauf des Endlosbandes (1) um die Rollen (2, 3) ermittelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der seitlichen Verlaufsrate zumindest ein Differenzenquotient des zu-

mindest einen von dem Sensor (8) erzeugten Signals (9) ermittelt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die seitliche Verlaufsrate über eine Periode mit einer vorgegebenen Länge ermittelt wird, wobei eine Periodenlänge mittels einer Korrelationsanalyse des von

dem Sensor (8) erzeugten Signals (9) ermittelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Periodenlänge einer Umfangslänge des Endlosbandes (1) in der Umlaufrichtung ent-

spricht.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ist-Wert (12) einer begradigten virtuellen Bandkante des Endlosbandes

(1) entspricht.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Ist-Wertes (12) Methoden der Systemidentifikation oder eine künstliche Intelligenz, insbesondere eine auf Regressionsanalyse basierende

künstliche Intelligenz, verwendet wird.

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10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Geradheitsabweichung des Endlosbandes (1) vor einer Inbetriebnahme ermittelt wird, und der Geradheitsabweichung entsprechende Signalwerte aufgezeichnet werden, wobei die aufgezeichneten Signalwerte von dem während des laufenden Betriebs von dem durch den Sensor (8) erzeugten Signal (9) abgezo-

gen werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Sensor (8) erzeugte Signal (9) mittels zumindest eines Filters, insbesondere eines LTI-Filters, geglättet wird und/oder der Geradheitsabwei-

chung entsprechende Signalanteile eliminiert werden.

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