-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung/oder Regelung einer
Antriebslast eines eine Rolle eines Rollenverbunds antreibenden
Motors. Ferner betrifft die Erfindung eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung,
einen maschinenlesbaren Programmcode, ein Speichermedium und eine
Industrieanlage zur Durchführung
des Verfahrens.
-
Rollenverbunde,
auch Spannrollensatz genannt, wie sie für die Erfindung zum Einsatz
kommen, werden bspw. beim Walzen von Metallband, insbesondere beim
Kaltwalzen, und bei Behandlungslinien, wie z. B. beim Beschichten,
Beizen, Erwärmen
oder ähnlichen
Prozessen von Metallbändern,
eingesetzt. Diese Rollenverbunde werden dazu verwendet, um die Bandspannung
für ein
zu bearbeitendes Metallband einzustellen. Die Bandspannung beeinflusst
bspw. wesentlich den Bearbeitungsprozess, etwa die Dickenabnahme
beim Walzen eines Walzguts.
-
Jedoch
können
diese Rollenverbunde ebenfalls in der Textilindustrie bspw. für Textilbänder oder in
der Kunststoffindustrie oder sonstigen Branchen, in welchen bandförmiges Gut
bearbeitet wird, zum Einsatz kommen und damit auch das im Rahmen
dieser Anmeldung offenbarte Verfahren.
-
Durch
Verschmutzung der Rollenoberflächen
der Rollen des Rollenverbunds, durch Überlast oder durch ungünstige Lastverteilungen
der Antriebe des Rollenverbunds können bspw. einzelne oder mehrere
Rollen dieses Rollenverbunds unter dem Band hindurchrutschen. Es
kommt somit zu einer unerwünschten
Relativbewegung zwischen Rollenoberfläche einer oder mehrerer Rollen
und dem vom Rollenverbund bzw. von den Rollen des Rollenverbunds geführten Band.
-
Im
Falle von Bandrutschen bei Metallbänder bearbeitenden Anlagen,
etwa einer Walzstraße,
sind die Bediener der Walzstraße
und Wartungspersonal erfahrungsgemäß nicht in der Lage, ein Bandrutschen
anhand entsprechender Meldungen seitens der Anlage zu erkennen und
die dadurch auftretenden Effekte, z. B. rückwärts laufende Anlage, Metallbandrissmeldung
oder hohe Überzüge im Metallband,
in der Walzstraße
zu erklären.
Auch optisch vor Ort am Rollenverbund ist für das Personal eine rutschende
Rolle nur sehr schwer zu erkennen.
-
Das
Rutschen des Metallbandes bei dessen Bearbeitung bringt jedoch neben
den auftretenden Prozessfehlern beim Walzen weitere Nachteile mit sich.
Rutscht etwa ein Metallband unentdeckt für einen längeren Zeitraum über eine
Rolle, kann es zu einem Abschleifen der in der Regel vorhandenen
Spezialbeschichtung der Rolle kommen. Dadurch wird der Reibungskoeffizient
der Rollenmantelfläche
reduziert und die auftretenden Probleme im Walzprozess werden noch
verstärkt.
Ferner muss die beschädigte
Rolle – nach
Entdeckung – ausgetauscht werden.
Dies führt
zusätzlichen
Kosten, da ggf. zum Wechsel der beschädigten Rolle ein Anlagenstillstand
erforderlich ist.
-
Auch
können
rutschende Rollen zu starken Qualitätseinbußen beim hergestellten oder
behandelten bzw. zu behandelnden Metallband führen. Durch das Rutschen des
Metallbandes über
eine Rolle, kann dessen Oberfläche
beschädigt
werden, was ggf. zu Produktionsausschuss führt.
-
All
diese Effekte sind für
einen wirtschaftlichen Betrieb einer Anlage zum Bearbeiten von Band, insbesondere
Metallband, unerwünscht.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren, Programmcode und eine Vorrichtung
bereitzustellen, mittels derer ein Bandrutschen in einer Anlage
vermieden werden kann.
-
Der
verfahrensmäßige Teil
der Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren zur Steuerung/oder Regelung einer Antriebslast
ei nes eine Rolle eines Rollenverbunds antreibenden Motors, wobei
mittels des Rollenverbunds eine Bandspannung eines von dem Rollenverbund
geführten
Bands, insbesondere Metallbands, eingestellt wird, wobei ein Maß für eine Abweichung
zwischen einer einlaufseitig und einer auslaufseitig an der Rolle
anliegenden Bandspannung, insbesondere Zugspannung, bestimmt wird,
dass aus dem Abweichungsmaß eine
Soll-Antriebslast des Motors ermittelt wird, und dass eine Ist-Antriebslast
in Richtung der Soll-Antriebslast geändert wird.
-
Durch
das erfindungsgemäße Verfahren kann
erreicht werden, dass die Antriebslast auf die an der jeweiligen
Rolle anliegenden Bandspannung abgestimmt ist, wodurch einerseits
eine Überlast
des die Rolle antreibenden Antriebs bzw. Motors und andererseits
ein Rutschen des Bandes auf der betreffenden Rolle vermieden werden
kann.
-
Dies
ist insbesondere dann von erhöhter
Bedeutung, wenn ein Wechsel des Prozesses von einem ersten prozessierten
Band mit einem ersten Parametersatz auf ein zweites zu prozessierendes Band
mit einem vom ersten Parametersatz verschiedenen zweiten Parametersatz.
Hier ist die Gefahr des Auftretens von Bandrutschen besonders groß. Durch das
erfindungsgemäße Verfahren
können
jedoch die Antriebslasten der die Rollen antreibenden Antriebe bzw.
Motoren des Rollenverbunds an die durch den geänderten Bandparametersatz bedingten
Prozessänderungen
angepasst werden.
-
Führt man
das Verfahren für
alle Rollen eines Rollenverbundes aus, so erhält man eine besonders vorteilhafte
Lastverteilung für
die die Rollen des Rollenverbundes antreibenden Antriebe bzw. Motoren, welche
ein Bandrutschen vermeidet.
-
Unter
Rollenverbund, auch Spannrollensatz genannt, wird in der Regel eine
räumlich
benachbarte Anordnung bzw. Ansammlung von mindestens zwei Rollen
verstanden, welche im Regelbetrieb der Anlage alle Bandeingriff
haben und mittels derer die Bandspannung eines zu prozessierenden
Bandes eingestellt wird.
-
Die
Rollen des Rollenverbundes weisen im Regelbetrieb jeweils einen
Umschlingungswinkel von mindestens 30° auf. Die Einwirkung der Rollen
auf das Band führt
zu keiner plastischen Verformung des Bandes, wie dies etwa beim
Walzen erfolgt. Auch erfolgt ein Bandeingriff in der Regel an einer
bestimmten Stelle des Bandes nur von einer Seite und nicht von beiden
Seiten des Bandes, wie es etwa beim Walzen geschieht.
-
Unter
Abweichungsmaß wird
im Rahmen dieser Anmeldung jedes Maß verstanden, welches verwendet
werden kann, um eine Abweichung einer einlaufseitig an der Rolle
anliegenden Bandspannung und einer auslaufseitig an der Rolle anliegenden
Bandspannung zu beschreiben. Im einfachsten Fall kann dies beispielsweise
die Differenz des Bandzugs zwischen einlaufseitig und auslaufseitig
an der Rolle anliegenden Bandspannung sein. Jedoch kann der Fachmann
ein beliebiges anderes Maß für die Abweichung
der einlaufseitigen und der auslaufseitigen Bandspannung verwenden.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist insbesondere gut geeignet zur Modernisierung von Altanlagen,
ohne einen wesentlichen vorrichtungsmäßigen Mehraufwand zu verursachen.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als Bandspannung
eine Zugspannung des Bandes verwendet. In der Regel ist die Zugspannung
bei dem vorgestellten Verfahren in der Regel die maßgebliche,
für das
Rutschen des Bandes relevante Spannung des Bandes, deren Berücksichtigung
in der Regel zum besten Ergebnis für die Einstellung der Antriebslast
des die Rolle antreibenden Antriebs bzw. Motors führt. Insbesondere
ist die Zugspannung des Bandes eine bekannte und gut erfassbare
Größe.
-
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als
Abweichungsmaß eine
Zugspannungsdifferenz verwendet.
-
Dies
ist insbesondere dahingehend vorteilhaft, da die Zugspannungsdifferenz
mit der von der Rolle aufzunehmenden Kraft korreliert, welche wiederum
Einfluss auf die Antriebslast des die Rolle antreibenden Antriebs
bzw. Motors hat. Insofern ist dies eine besonders direkte und einfache
Möglichkeit,
mit Hilfe der Zugspannungsdifferenz eine besonders genaue und gut
geeignete Soll-Antriebslast des die Rolle antreibenden Antriebs
bzw. Motors zu ermitteln.
-
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird für den Rollenverbund
einlaufseitig und auslaufseitig die Zugspannung erfasst und daraus
an der Rolle anliegende Zuspannungen und/oder eine daraus an der
Rolle anliegende Zugspannungsdifferenz mittels der Eytelweinschen
Gleichung berechnet wird. Häufig
ist einem Rollenverbund in einer Industrieanlage eine Bandspannungsmesseinrichtung
vor- und nachgeordnet, um die einlaufseitige Zugspannung und die
auslaufseitige Zugspannung am Rollenverbund zu erfassen. Durch die Anwendung
der Eytelweinschen Gleichung, u. a. auch Euler-Eytelwein-Formel genannt, ist es nun möglich anhand
der erfassten einlaufseitigen und auslaufseitigen Zugspannungen
für den
Rollenverbund die einlaufseitigen und auslaufseitigen Zugspannungen
bzw. die Zugspannungsdifferenzen für die einzelnen Rollen des
Rollenverbunds zu bestimmen. Es bedarf hierzu keiner Messung der
einlaufseitigen und auslaufseitigen Zugspannungen für die jeweilige
Rolle, welche technisch ggf. nicht oder nur schwierig bewerkstelligt
werden könnte.
Durch die Anwendung der Eytelweinschen Gleichung kann das Verfahren
ohne bzw. mit vernachlässigbarem
vorrichtungsmäßigen Mehraufwand
verglichen mit den derzeit verfügbaren
Lösungen
für eine
Anlage eingesetzt werden, wodurch die erfindungsgemäßen Vorteile
realisiert werden können.
-
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die
Soll-Antriebslast aus einem vom Abweichungsmaß abhängigen Moment des die Rolle
antreibenden Motors ermittelt. Da die über die Rolle abfallende Zugspannung
und damit abfallende Kraft ein Moment vorgibt, mit welchem die Rolle
zu be aufschlagen ist, kann hierdurch besonders vorteilhaft eine
genaue Einstellung der Antriebslast des die Rolle antreibenden Antriebs
bzw. Motors vorgenommen werden. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung
eines relativen Moments, bei welchem das vom Abweichungsmaß in der
Regel direkt abhängige
absolute Moment in Beziehung gesetzt wird mit dem Normierungsmoment
des Antriebs bzw. Motors, welches bspw. das maximale zulässige Drehmoment
an der Motorwelle eines Rollenantriebs ist.
-
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der
Rollenverbund eine führende Rolle
zur Vorgabe einer Umfangsgeschwindigkeit und wenigstens einer der
vorgegebenen Umfangsgeschwindigkeit folgende Rolle auf, wobei anhand
eines für
eine folgende Rolle bestimmten Abweichungsmaßes ein Moment des diese folgende
Rolle antreibenden Motors ermittelt wird, wobei mittels dieses Moments
durch Vergleich mit einem Moment eines die führende Rolle antreibenden Motors
eine Soll-Antriebslast des für
die folgende Rolle antreibenden Motors ermittelt wird. Dies ist
besonders vorteilhaft einsetzbar für den Regelbetrieb eines Rollenverbunds,
insbesondere in einer Behandlungslinie und/oder einem Walzwerk,
in welcher stets führende und
folgende Rollen in einem Rollenverbund vorliegen. Dadurch wird eine
im Hinblick auf das Bandrutschen verbesserte Verteilung der Antriebslasten
der die folgenden Rollen des Rollenverbunds antreibenden Motoren
bzw. Antriebe möglich,
wodurch die Gefahr des Auftretens von Bandrutschen weiter verringert
wird. Insbesondere erfolgt eine dynamische Anpassung der Antriebslasten
im Hinblick beispielsweise auf Änderungen
des zu verarbeitenden Materials.
-
Der
vorrichtungsmäßige Teil
der Aufgabe wird gelöst
durch eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung für eine Industrieanlage, insbesondere Walzwerk
und/oder Behandlungslinie, mit einem maschinenlesbaren Programmcode,
welcher Steuerbefehle umfasst, welche bei deren Ausführung die
Steuer- und/oder Regeleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der Ansprüche
1 bis 5 veranlassen.
-
Die
Aufgabe wird ebenfalls gelöst
durch Programmcode für
eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung für eine Industrieanlage, insbesondere
Walzwerk und/oder Behandlungslinie, welcher Steuerbefehle umfasst,
welche bei deren Ausführung
die Steuer- und/oder Regeleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der Ansprüche
1 bis 5 veranlassen.
-
Der
vorrichtungsmäßige Teil
der Aufgabe wird auch gelöst
durch ein Speichermedium mit einem darauf gespeicherten maschinenlesbaren
Programmcode gemäß Anspruch
7.
-
Schließlich wird
der vorrichtungsmäßige Teil der
Aufgabe gelöst
durch eine Industrieanlage, insbesondere Walzwerk und/oder Behandlungslinie,
mit einem wenigstens zwei Rollen aufweisenden Rollenverbund zur
Einstellung einer Bandspannung eines von dem Rollenverbund geführten Bandes,
mit die wenigstens zwei Rollen antreibenden Motoren, mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung
nach Anspruch 6, wobei die Steuer- und/oder Regeleinrichtung mit dem Rollenverbund
zur Steuerung und/oder Regelung der die wenigstens zwei Rollen des
Rollenverbundes antreibenden Motoren wirkverbunden ist. Die die
Rollen des Rollenverbunds antreibenden Motoren bzw. Antriebe werden
im Rahmen dieser Anmeldung als funktionaler Bestandteil des Rollenverbunds
angesehen.
-
Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus einem Ausführungsbeispiel,
welches anhand schematischer Zeichnungen nachfolgend genauer erläutert wird.
Es zeigen:
-
1 einen
Abschnitt einer Industrieanlage zum Bearbeiten von Metallband geeignet
zur Durchführung
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
-
2 ein
Ablaufdiagramm zur Darstellung des schematischen Ablaufs einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 zeigt
einen Ausschnitt aus einer Industrieanlage 1, welche im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
als Behandlungslinie für
Metallband B ausgebildet ist.
-
Die
Industrieanlage 1 zeigt einen Rollenverbund 2 bzw.
einen Spannrollensatz 2, aufweisend vier einzelne Rollen 3 zur
Einstellung einer Bandspannung eines die Behandlungslinie 1 durchlaufenden
Metallbands B.
-
Jede
der Rollen 3 des Rollenverbunds 2 ist ein die
jeweilige Rolle antreibender Antrieb 5, umfassend einen
Motor und ggf. ein Getriebe, zugeordnet. Mittels der Antriebe 5 werden
die zugehörigen
Rollen 3 angetrieben.
-
Die
Antriebe 5 weisen einen nicht dargestellten Motor mit einer
Motorwelle auf. Das maximale zulässige
Drehmoment an der Motorwelle eines Rollenantriebs 5 wird
als Normierungsmoment bezeichnet.
-
Bei
herkömmlichen
Anlagen dieser Art, wird in der Regel kein dynamischer Lastausgleich
zwischen den Antriebslasten der die Rollen 3 antreibenden
Antriebe 5 vorgenommen. Sondern es findet eine statische
Festlegung der Lastverteilung statt, welche sich in der Regel an
einer erwarteten bzw. angenommenen Gesamtzugdifferenz über den
Rollenverbund 2 orientiert.
-
Kommt
es jedoch zu Abweichungen von diesem erwarteten bzw. angenommenen
Differenzzug über
den Rollenverbund 2, so können die Antriebe der einzelnen
Rollen darauf nicht reagieren. Dies begünstigt in hohem Maße eine
Rutschbewegung des Metallbandes B relativ zu den einzelnen Rollen 3 aufgrund
der veränderten
Gesamtzugdifferenz über
den Rollenverbund 2.
-
Die
Industrieanlage 1 umfasst eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 6 zur
dynamischen Lastverteilung der Antriebslasten auf die einzelnen
Antriebe 5 der den Rollen 3 des Rollenverbunds 2 zugeordneten
Antriebe 5. Der Steuer und/oder Regeleinrichtung 6 wurde
mittels eines auf einem Speichermedium 7 gespeicherten
ein Programmcode 8 zugeführt, welcher in der Steuer-
und/oder Regeleinrichtung 6 hinterlegt wurde. Der hinterlegte
Programmcode 8 weist Steuerbefehle auf, die bei deren Ausführung die
Steuer- und/oder Regeleinrichtung 6 zur Ausführung eines
Verfahrens zur dynamischen Lastverteilung der Antriebslasten der
die Rollen 3 antreibenden Antriebe 5 veranlassen.
-
Hierzu
ist die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 6 einerseits
mit Bandspannungsmesseinrichtungen 4 wirkverbunden, welche
dem Rollenbund 2 in Massenflussrichtung vorgelagert und
nachgelagert sind. Diese erlauben eine kontinuierliche Messung der
Bandspannung am Eingang und Ausgang des Rollenverbunds 2 und
damit eine Bestimmung der Gesamtzugdifferenz über den Rollenverbund 2.
-
Ferner
ist die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 6 mit den Antrieben 5 der
Rollen 3 wirkverbunden, so dass durch gezieltes Ansteuern
der Antriebe 5 durch die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 6 eine dynamische
Lastaufteilung der Antriebslasten erfolgen kann.
-
In
der Regel weist ein Rollenverbund 2 für eine Behandlungslinie zum
Bearbeiten von Metallband B eine eine Umfangsgeschwindigkeit und
damit Bandgeschwindigkeit vorgebende führende Rolle auf sowie mindestens
eine der Umfangsgeschwindigkeit der führenden Rolle 3 folgende
Rolle 3 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind drei folgende
Rollen 3 in dem Rollenverbund 2 vorhanden. Die
führende
Rolle 3 und die folgenden Rollen 3 sind in ihren Bezugszeichen
nicht unterschieden.
-
Nachfolgend
wird mittels des in 2 dargestellten schematischen
Ablaufdiagramms das Verfahren erläutert, dessen Ausführung auf
der Industrieanlage 1 durch die Steuereinrichtung 6 – durch den
entsprechenden Programmcode 8 veranlasst – eine dynamische
Lastaufteilung für
die Antriebe der Rollen des Rollenverbunds bewirkt.
-
Das
in 2 dargestellte Verfahren geht davon aus, dass
zum Zeitpunkt des ersten Verfahrensschritts 20 bzw. 21 bereits
Metallband in den Rollenverbund eingefädelt ist und dieses nicht rutschend durch
den Rollenverbund 2 hindurchläuft.
-
In
einem ersten und zweiten Verfahrensschritt 20 bzw. 21 wird
die einlaufseitige und die auslaufseitige Bandspannung, d. h. Zugspannung,
mittels der Bandspannungserfassungseinrichtungen 4 aus 1,
erfasst.
-
Aus
diesen wird in einem Verfahrensschritt 22 eine Zugspannungsdifferenz
ermittelt, welche über
den Rollenverbund anliegt. Diese Zugspannungsdifferenz ist Grundlage
für die
Berechnung der über
jede einzelne Rolle des Rollenverbunds anliegenden Zugspannung,
welche mittels der Eytelweinschen Gleichung bestimmt wird.
-
Die
Eytelweinsche Gleichung lautet:
wobei α
i der
Umschlingungswinkel der Rolle i, μ der Reibungskoeffizient
der Rolle, σ
i der Bandzug des von der Rolle i weglaufenden
Bandabschnitts, und σ
i-1 der Bandzug des auf die Rolle i zulaufenden Bandabschnitts
ist. Die Reibung wird idealerweise als konstant angenommen. Dies
entspricht in guter Näherung
der Realität,
da die Rollen im Regelbetrieb in etwa gleiche Reibungskoeffizienten
aufweisen. Das Vorzeichen plus im Exponenten der Gleichung wird
verwendet bei Zugaufbau. Das Vorzeichen minus im Exponenten der
Gleichung wird verwendet bei Zugabbau.
-
Mittels
der Eytelweinschen Gleichung lässt sich
aus der Gesamtzugdifferenz über
den Rollenverbund die anliegende Zugspannung für jede Rolle bzw. die über diese
abfallende Zuspannungsdifferenz berechnen. Dies geschieht in einem
Verfahrensschritt 23.
-
Aus
dieser im Verfahrensschritt 23 ermittelten an einer bestimmten Rolle
anliegenden Bandzugdifferenz bzw. Zugspannungsdifferenz lässt sich
nun eine mit der über
der Rolle abfallenden Zugspannungsdifferenz korrespondierende Kraft
ermitteln.
-
Dies
erfolgt, indem die ermittelte Zugspannungsdifferenz für die jeweilige
Rolle E mit der Breite und Höhe
des Bandes multipliziert wird. Vom Differenzzug über der Rolle ausgehend, wird
nun das für den
Differenzzug erforderliche absolute Motormoment errechnet.
-
Das
absolute Motormoment ergibt sich aus dem Produkt von Radius der
Rolle mit der der Zugdifferenz über
der Rolle entsprechenden Kraft. Gegebenenfalls ist ein Getriebefaktor
an dieser Stelle zu berücksichtigen.
-
Aus
diesem absoluten Moment wird nun ein relatives Motormoment berechnet,
indem das absolute Motormoment mit dem Normierungsmoment, welches
als maximales Drehmoment an der zugehörigen Motorwelle definiert
ist, in Beziehung gesetzt wird.
-
Die
Ermittlung des relativen Motormoments für eine folgende Rolle des Rollenverbunds,
wird in einem Verfahrensschritt 25 durchgeführt, die
Ermittlung des relativen Motormoments für die führende Rolle wird in einem
Verfahrensschritt 26 vorgenommen.
-
Durch
Vergleich des relativen Motormoments einer folgenden Rolle mit dem
relativen Motormoment einer führenden
Rolle kann ein Lastverteilungsfaktor ermittelt werden, mit dem die
Antriebslast des Antriebs der entsprechenden folgenden Rolle, für welchen
dieses relative Motormoment ermittelt wurde, eingestellt wird. Insbesondere
wird der I-Anteil der führenden
Rolle mit diesem Lastverteilungsfaktor multipliziert und das Ergebnis
wird zur Einstellung der Antriebslast des entsprechenden Antriebs der
folgenden Rolle verwendet. Die Ermittlung des Lastverteilungsfaktors,
und damit die Ermittlung der Soll-Antriebslast für den jeweiligen Antrieb erfolgt
in einem Verfahrensschritt 27.
-
In
einem Verfahrensschritt 28 wird die Antriebslast des entsprechenden
Antriebs durch Eingriff der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 6 aus 1 in Richtung
des Sollwertes der Antriebslast geändert.
-
Das
Verfahren wird vorzugsweise gleichzeitig für alle folgenden Rollen des
Rollenverbunds durchgeführt,
wodurch eine dynamische, ein Bandrutschen vermeidende Einstellung
der Lastverteilung für
die Antriebe eines Rollenverbunds abhängig von der über den
Rollenverbund anliegenden dynamischen Zugdifferenz erfolgt.
