DE10321792A1 - Process for controlling and/or regulating the temperature of a metal strip in a metallurgical installation comprises comparing a temperature gradient to an actual temperature gradient to determine adjusting signals for a cooling path - Google Patents

Process for controlling and/or regulating the temperature of a metal strip in a metallurgical installation comprises comparing a temperature gradient to an actual temperature gradient to determine adjusting signals for a cooling path Download PDF

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DE10321792A1 DE2003121792 DE10321792A DE10321792A1 DE 10321792 A1 DE10321792 A1 DE 10321792A1 DE 2003121792 DE2003121792 DE 2003121792 DE 10321792 A DE10321792 A DE 10321792A DE 10321792 A1 DE10321792 A1 DE 10321792A1
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Johannes Dr. Reinschke
Klaus Dr. Weinzierl
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/74—Temperature control, e.g. by cooling or heating the rolls or the product

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Process for controlling and/or regulating the temperature of a metal strip (6) in a metallurgical installation comprises comparing a desired temperature gradient to an actual temperature gradient to determine adjusting signals for the cooling path (4). At least one target function is formed for actuators of the cooling strip, taking into account auxiliary conditions. Independent claims are also included for the following: (1) Computer program for carrying out the process; and (2) Calculating unit for controlling the cooling path of a metallurgical installation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung bzw. zur Regelung der Temperatur eines Metallbandes in einer Anlage der Stahlindustrie, insbesondere in einer Kühlstrecke, die einer Walzstraße zum Walzen von Metall-Warmband nachgeordnet ist.The The invention relates to a method for control or regulation the temperature of a metal strip in a plant in the steel industry, especially in a cooling section, that of a rolling mill to Rolling of metal hot strip is subordinate.

Aus der DE 199 63 186 A1 ist ein Steuerverfahren für eine Kühlstrecke bekannt, der eine Fertigstraße zum Walzen von Metall-Warmband vorgeordnet ist. Bei diesem Steuerverfahren werden beim Einlaufen des Warmbandes in die Kühlstrecke Bandpunkte und deren Anfangstemperaturen erfasst und den erfassten Bandpunkten individuell Solltemperaturverläufe zugeordnet. Die Bandpunkte, deren Anfangstemperaturen und deren Solltemperaturverläufe werden einem Modell für die Kühlstrecke zugeführt. Die Bandpunkte werden beim Durchlaufen der Kühlstrecke wegverfolgt. In der Kühlstrecke wird das Warmband mittels Temperaturbeeinflussungseinrichtungen Temperaturbeeinflussungen unterworfen. Die Wegverfolgungen und die Temperaturbeeinflussungen werden ebenfalls dem Modell zugeführt. Das Modell ermittelt in Echtzeit erwartete Ist-Temperaturen der erfassten Bandpunkte und ordnet diese den Bandpunkten zu. Dadurch steht für jeden Bandpunkt zu jedem Zeitpunkt die Temperatur als Funktion über die Banddicke zur Verfügung. Ferner ermittelt es anhand der den erfassten Bandpunkten zugeordneten Solltemperaturverläufe und der erwarteten Ist-Temperaturen Ansteuerwerte für die Temperaturbeeinflussungseinrichtungen und führt die Ansteuerwerte diesen zu. Die Temperaturführung dient insbesondere zum gezielten Einstellen von Material- und Gefügeeigenschaften des Metall-Warmbandes. In der Regel wird dabei die Temperaturführung derart durchgeführt, dass ein vorbestimmter Haspeltemperaturverlauf vom Ausgang der Kühlstrecke möglichst gut erreicht wird.From the DE 199 63 186 A1 a control method for a cooling section is known, which is preceded by a finishing train for rolling hot metal strip. With this control method, strip points and their initial temperatures are recorded when the hot strip enters the cooling section and individually assigned target temperature profiles to the recorded strip points. The band points, their starting temperatures and their target temperature profiles are fed to a model for the cooling section. The band points are tracked away as they pass through the cooling section. The hot strip is subjected to temperature influences in the cooling section by means of temperature influencing devices. The traces and the temperature influences are also added to the model. The model determines expected actual temperatures of the recorded band points in real time and assigns them to the band points. As a result, the temperature is available as a function of the strip thickness for each strip point at all times. Furthermore, it determines control values for the temperature influencing devices on the basis of the target temperature profiles assigned to the recorded band points and the expected actual temperatures, and supplies the control values to them. The temperature control is used in particular for the targeted setting of material and structural properties of the metal hot strip. As a rule, the temperature control is carried out in such a way that a predetermined coiling temperature profile is achieved as well as possible from the exit of the cooling section.

Maßgeblich für Material- und Gefügeeigenschaften des Metallbands sind neben der chemischen Zusammensetzung und Parametern des Umformprozesses, wie z.B. die Abnahmeverteilung über die Gerüste der Fertigstaffel und der zeitliche Temperaturverlauf des Bandmaterials beim Durchlauf durch die Anlage.Essential for material and structural properties of the metal strip are in addition to the chemical composition and parameters the forming process, e.g. the acceptance distribution over the Scaffolding the finished scale and the temperature profile of the strip material over time when passing through the plant.

Die letzten Stellglieder für den Temperaturverlauf des Metallbandes innerhalb der Anlage befinden sich dabei in der Regel innerhalb der Kühlstrecke. In der Kühlstrecke vollzieht sich häufig auch die Phasenumwandlung des Materials. Als Stellglieder dienen in der Regel die Ventile der Kühlstrecke. Bei bestimmten Kühlstrecken, wie z.B. Grobblechstraßen, kann zusätzlich auch der Massenfluss, d.h. insbesondere die Bandgeschwindigkeit, gestellt werden.The last actuators for the temperature profile of the metal strip are inside the system usually within the cooling section. In the cooling section happens frequently also the phase change of the material. Serve as actuators usually the valves of the cooling section. For certain cooling sections, such as. Plate mills, can additionally also the mass flow, i.e. especially the belt speed, be put.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Steuerung bzw. die Regelung der Temperatur eines Metallbandes, dabei insbesondere in einer Kühlstrecke, in einer Anlage der Stahlindustrie derart zu verbessern, dass die Nachteile bekannter Steuerungen bzw. Regelungen weitestgehend vermieden werden und die Effizienz der Steuerung bzw. Regelung erhöht wird.task The present invention is the control the temperature of a metal strip, in particular in a cooling section, in a plant of the steel industry in such a way that the Disadvantages of known controls or regulations largely avoided and the efficiency of the control or regulation is increased.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung der Temperatur eines Metallbandes in einer Anlage der Stahlindustrie gelöst, insbesondere in einer Kühlstrecke, die einer Walzstraße zum Walzen von Metallwarmband nachgeordnet ist, wobei zur Ermittlung von Stellsignalen ein Soll-Temperaturverlauf mit einem Ist-Temperaturverlauf verglichen wird, und wobei unter Berücksichtigung von Nebenbedingungen mindestens eine Zielfunktion für Stellglieder der Anlage, insbesondere in der Kühlstrecke, gebildet wird.The The task is performed by a control and / or regulation method the temperature of a metal strip in a plant in the steel industry solved, especially in a cooling section, that of a rolling mill for rolling metal hot strip is subordinate, whereby for determination of control signals a target temperature curve with an actual temperature curve is compared, taking into account constraints at least one objective function for Actuators of the system, especially in the cooling section, is formed.

Durch die Berücksichtigung von Nebenbedingungen, die vorzugsweise Anlagengrenzen bzw. Stellbegrenzungen entsprechen, wird es möglich, insbesondere für verschiedene Kühlstrecken-Layouts und vor allem für den Fall eines vorgegebenen Temperatur- bzw. Rbkühlverlaufs, eine (Stell-) Vorgaben zu ermitteln, die Stellbegrenzungen in sinnvoller Weise berücksichtigt. So wird beispielsweise bei einer zweigeteilten Kühlstrecke vermieden, dass die Vorgabe einer zu hohen Temperatur zwischen beiden Teilkühlstrecken zur Folge hat, dass die Haspeltemperatur mit der verfügbaren Kühlmittelmenge der zweiten Teilkühlstrecke nicht mehr erreicht werden kann.By the consideration of secondary conditions, which are preferably plant limits or positioning limits correspond, it becomes possible, in particular for different Cooling lines layouts and especially for the case of a specified temperature or cooling process, a (setting) specification to determine the positioning limits in a sensible way. For example, in the case of a cooling section divided into two, the specification is avoided Too high a temperature between the two cooling sections means that the reel temperature with the available coolant quantity of the second cooling section can no longer be achieved.

Mit Vorteil wird die Zielfunktion durch Lösen eines Optimierungsproblems gelöst. Derart wird eine Steuerung bzw. Regelung auch dann möglich, wenn ein Temperatur- bzw. Abkühlverlauf vorgegeben wird, der nicht exakt realisierbar ist. Das Verfahren ermittelt dann die bestmögliche Approximation.With The objective function becomes an advantage by solving an optimization problem solved. In this way, a control or regulation is also possible if a Temperature or cooling curve is specified, which is not exactly feasible. The procedure then determines the best possible Approximation.

Mit Vorteil wird ein quadratisches Optimierungsproblem gelöst. Derart wird die Zeit zum Lösen des Optimierungsproblems in der Regel deutlich verringert.With Advantage solves a quadratic optimization problem. so is the time to solve the Optimization problems are generally significantly reduced.

Mit Vorteil wird der Ist-Temperaturverlauf und/oder der Soll-Temperaturverlauf des Metallbandes unter Zuhilfenahme mindestens eines Modells ermittelt. Derart wird eine verbesserte Steuerung bzw. Regelung der Temperatur des Metallbandes auch dann ermöglicht, wenn die tatsächliche Bandtemperatur an für die Steuerung bzw. Regelung relevanten Orten, insbesondere der Kühlstrecke, nicht gemessen werden kann.The actual temperature profile and / or the target temperature profile of the metal strip is advantageously determined with the aid of at least one model. In this way, an improved control or regulation of the temperature of the metal strip is made possible even if the actual strip temperature does not occur at locations relevant for the control or regulation, in particular the cooling section can be measured.

Mit Vorteil wird das Modell online adaptiert. Auf diese Weise kann beispielsweise eine vorhandene Anlagendrift berücksichtigt werden und es können realistische Ergebnisse, insbesondere für nachfolgende Metallbänder, ermittelt werden.With Advantage, the model is adapted online. In this way, for example an existing system drift is taken into account and it can be realistic Results, especially for subsequent metal strips, be determined.

Mit Vorteil werden Bandpunkte wegverfolgt.With Advantage band points are tracked away.

Mit Vorteil wird ein Temperaturverlauf für einzelne Bandpunkte des Metallbands ermittelt. Derart und insbesondere auch durch die Wegverfolgung der Bandpunkte wird die Genauigkeit der Steuerung bzw. Regelung deutlich verbessert.With The advantage is a temperature curve for individual band points of the metal band determined. In this way and in particular also through tracking the band points becomes the accuracy of the control clearly improved.

Mit Vorteil wird die Zielfunktion durch Lösen eines Optimierungsproblems mittels Vorausberechnung gelöst. Insbesondere wird auf diese Weise die zur Voreinstellung der Stellglieder benötigte Zeit deutlich reduziert. Vorzugsweise werden derart zudem die Stellglieder optimal im Hinblick auf eine nachfolgende Online-Regelung voreingestellt.With The objective function becomes an advantage by solving an optimization problem solved by advance calculation. In particular, this is used to preset the actuators needed Time significantly reduced. In this way, the actuators are also preferred optimally preset with regard to a subsequent online regulation.

Mit Vorteil wird die Zielfunktion vorzugsweise online durch Lösen eines Optimierungsproblems iterativ gelöst.With The objective function is preferably gained online by solving one Optimization problem solved iteratively.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 10 bis 14 angegeben.advantageous Developments of the method are specified in claims 10 to 14.

Weitere Lösungen der erfindungsgemäßen Aufgabe sind in den Ansprüchen 15 bis 18 angegeben.Further solutions the task of the invention are in the claims 15 to 18 specified.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen beispielhaft:Further Advantages and details emerge from the following description several embodiments the invention in conjunction with the drawings. Here are some examples:

1 den prinzipiellen Aufbau eines Walzwerks, 1 the basic structure of a rolling mill,

2 die Kühlstrecke eines Walzwerks sowie eine zu deren Steuerung bzw. Regelung dienende Recheneinrichtung, 2 the cooling section of a rolling mill and a computing device used to control it,

3 eine Kühlstrecke und eine ihr schematisch zugeordnete Kühlstreckenregelung, 3 a cooling section and a cooling section control schematically assigned to it,

4 mögliche Module einer Kühlstreckenregelung, 4 possible modules of a cooling section control,

5 Vorausberechnung und eine Echtzeitregelung einer Kühlstrecke, 5 Advance calculation and real-time control of a cooling section,

6 einen möglichen Temperaturverlauf eines Metallbandes in der Kühlstrecke. 6 a possible temperature profile of a metal strip in the cooling section.

1 zeigt eine Anlage zur Erzeugung von Metallband 6, die eine Vorstraße 2, eine Fertigstraße 3 und eine Kühlstrecke 4 umfasst. Das Metallband 6 wird dabei vorzugsweise warm gewalzt. Hinter der Kühlstrecke 4 ist vorzugsweise eine Haspelvorrichtung 5 angeordnet. Von ihr wird das in den Straßen 2 und 3 gewalzte und in der Kühlstrecke 4 gekühlte Metallband 6 aufgehaspelt. Den Straßen 2 bzw. 3 ist eine Bandquelle 1 vorgeordnet. Die Bandquelle 1 ist beispielsweise als Ofen ausgebildet, in dem Metallbrammen erwärmt werden. Die Bandquelle 1 kann beispielsweise auch als Stranggießanlage ausgebildet sein, in der Metallband 6 erzeugt wird, das dann der Vorstraße 2 zugeführt wird. 1 shows a plant for the production of metal strip 6 that a Vorstrasse 2 , a finishing train 3 and a cooling section 4 includes. The metal band 6 is preferably hot rolled. Behind the cooling section 4 is preferably a reel device 5 arranged. She'll do it in the streets 2 and 3 rolled and in the cooling section 4 cooled metal band 6 coiled. The streets 2 respectively. 3 is a band source 1 upstream. The band source 1 is designed, for example, as an oven in which metal slabs are heated. The band source 1 can, for example, also be designed as a continuous caster, in the metal strip 6 is generated, which then the Vorstraße 2 is fed.

Die Anlage zur Stahlerzeugung und insbesondere die Straßen 2, 3 sowie die Kühlstrecke 4 und die mindestens eine Haspelvorrichtung 5 werden mittels eines Steuerverfahrens gesteuert, das von einer Recheneinrichtung 10 ausgeführt wird. Hierzu ist die Recheneinrichtung 10 mit ein oder mehreren der Komponenten 1 bis 5 der Anlage zur Stahlerzeugung steuerungstechnisch gekoppelt. Die Recheneinrichtung 10 ist mit einem als Computerprogramm ausgebildeten Steuerprogramm programmiert, aufgrund dessen sie das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung bzw. zur Regelung der Temperatur des Metallbandes 6 ausführt.The steelmaking plant and especially the roads 2 . 3 as well as the cooling section 4 and the at least one reel device 5 are controlled by means of a control method which is carried out by a computing device 10 is performed. This is the computing device 10 with one or more of the components 1 to 5 the plant for steel production is coupled in terms of control technology. The computing device 10 is programmed with a control program designed as a computer program, on the basis of which it executes the inventive method for controlling or regulating the temperature of the metal strip 6 performs.

Gemäß 1 verlässt das Metallband bzw. die Bramme 6 die Bandquelle 1 und wird zunächst in der Vorstraße 2 auf eine Eingangsdicke für die Fertigstrecke 3 gewalzt. Innerhalb der Fertigstraße wird das Band 6 dann mittels der Walzgerüste 3' auf seine Enddicke gewalzt. Die anschließende Kühlstrecke 4 kühlt das Band auf eine vorgegebene Haspeltemperatur ab.According to 1 leaves the metal strip or slab 6 the band source 1 and is initially in the Vorstraße 2 to an input thickness for the finished section 3 rolled. The strip is inside the finishing train 6 then by means of the roll stands 3 ' rolled to its final thickness. The subsequent cooling section 4 cools the strip down to a specified reel temperature.

Um gewünschte mechanische Eigenschaften des Bandes 6 zu gewährleisten, muss ein geeigneter Temperaturverlauf für die Fertigstraße 3 und für die Kühlstrecke 4 eingehalten werden. Hierzu wird vorzugsweise ein Soll-Temperaturverlauf abhängig von beispielsweise dem Anlagentyp, dem Betriebsmodus, dem jeweiligen Auftrag und gewünschten Eigenschaften des Metallbandes 6 vorgegeben.To desired mechanical properties of the tape 6 To ensure a suitable temperature profile for the finishing train 3 and for the cooling section 4 be respected. For this purpose, a desired temperature profile is preferably dependent on, for example, the type of installation, the operating mode, the respective order and the desired properties of the metal strip 6 specified.

5 zeigt eine Recheneinrichtung 10 zur Steuerung einer Kühlstrecke 4. Dabei weist die Recheneinrichtung 10 ein Vorausberechnungsmodul 21 und ein Modul 22 für vorzugsweise online Berechnungen insbesondere während des Kühlprozesses auf. 5 shows a computing device 10 to control a cooling section 4 , The computing device points 10 a pre-calculation module 21 and a module 22 for preferably online calculations, especially during the cooling process.

Mit Hilfe des Vorausberechnungsmoduls 21 können die Stellglieder der Fertigstraße 4 initialisiert werden. Dazu werden beispielsweise Schätzwerte für fehlende Messwerte, beispielsweise die Eingangsgeschwindigkeit des Metallbandes, die Temperatur des Metallbandes am Ende der Fertigstraße 3 und die Banddicke, verwendet. Als bedienerseitige Eingabewerte für das Vorausberechnungsmodul 21 dienen beispielsweise gewünschte Materialwerte 105.With the help of the advance calculation module 21 can the actuators of the finishing train 4 be initialized. For this purpose, for example, estimated values for missing measured values, for example the input speed of the metal strip, the temperature of the metal strip at the end of the finishing train 3 and the tape thickness. As operator input values for the precalculation module 21 serve, for example, desired material values 105 ,

Die Vorausberechnung 20 innerhalb des Vorausberechnungsmoduls 21 läuft iterativ ab. Das bedeutet, dass Berechnungen mit verschiedenen Kühlmittelmengen wiederholt werden, bis vorgegebene Fehler minimiert sind. Die Vorausberechnung 20 ist daher mit online fähigen Kühlstreckenmodell 11 sowie einer Adaptation 18 gekoppelt.The advance calculation 20 within the forecasting module 21 runs iteratively. This means that calculations with different amounts of coolant are repeated until specified errors are minimized. The advance calculation 20 is therefore with an online-capable cooling section model 11 as well as an adaptation 18 coupled.

Das Berechnungsmodul 22 weist ein Kühlstreckenmodell 11 und eine Kühlstreckenregelung 12 auf, die miteinander gekoppelt sind. Das Kühlstreckenmodell 11 und die Kühlstreckenregelung 12 steuern die Stellglieder der Kühlstrecke 4 und sind vorzugsweise mit mehreren Kühlstreckenmodellen, die z.B. in einer Modellbibliothek 19 abgelegt sein können, gekoppelt. Die Kühlstreckenregelung 12 gibt Stellsignale 101 an die Kühlstrecke 4 weiter, beispielsweise in Form von Stellmustern für Kühlmittelventile.The calculation module 22 has a cooling section model 11 and a cooling section control 12 that are linked together. The cooling section model 11 and the cooling section control 12 control the actuators of the cooling section 4 and are preferably with several cooling section models, for example in a model library 19 can be filed, coupled. The cooling section control 12 gives control signals 101 to the cooling section 4 further, for example in the form of control samples for coolant valves.

2 beschreibt die Funktionsweise des Kühlstreckenmodells 11 und der Kühlstreckenregelung 12 genauer. 2 describes the functionality of the cooling section model 11 and the cooling section control 12 more accurate.

Das Kühlstreckenmodell 11 ermittelt den Zustand der Kühlstrecke 4. Als Eingangsparameter für das Kühlstreckenmodell dienen beispielsweise Werte wie die Geschwindigkeit des Metallbandes 6, Bandtemperaturen sowie Kühlmitteltemperaturen und Kühlmitteldruck.The cooling section model 11 determines the condition of the cooling section 4 , For example, values such as the speed of the metal strip serve as input parameters for the cooling section model 6 , Strip temperatures as well as coolant temperatures and coolant pressure.

Weitere Eingangsgrößen sind die Einstellungen der Stellglieder, d.h. also vorzugsweise der Ventile 7.Other input variables are the settings of the actuators, ie preferably the valves 7 ,

Vorzugsweise ist im Eingangsbereich der Kühlstrecke 4 ein Zwischentemperatur-Messplatz 8 zur Messung der Temperatur des Metallbands 6 angeordnet. Am Ende der Kühlstrecke 4 ist vorzugsweise ein Endtemperatur-Messplatz 9 angeordnet. Eingangsgrößen des Kühlstreckenmodells 11 sind die am Zwischentemperatur-Messplatz 8 ermittelten Eingangstemperaturen 103 des Metallbandes, die am Endtemperatur-Messplatz 9 ermittelten Ausgangstemperaturen 104 des Metallbandes sowie weitere Banddaten 102, die vorzugsweise in der Fertigstraße 3, z.B. an oder kurz nach deren letztem Walzgeüst 3', ermittelt werden.Preferably in the entrance area of the cooling section 4 an intermediate temperature measuring station 8th for measuring the temperature of the metal strip 6 arranged. At the end of the cooling section 4 is preferably a final temperature measuring station 9 arranged. Input variables of the cooling section model 11 are those at the intermediate temperature measuring station 8th determined inlet temperatures 103 of the metal strip at the final temperature measuring station 9 determined initial temperatures 104 of the metal band as well as further band data 102 which are preferably in the finishing train 3 , for example on or shortly after their last rolling stand 3 ' , be determined.

Von der Kühlstreckenregelung 12 werden an das Kühlstreckenmodell 11 Ventilstellungen 101 übermittelt, die in der Regel jedoch vom Kühlstreckenmodell 11 nicht auf Plausibilität geprüft werden. Das Kühlstreckenmodell 11 ermittelt stets den gegenwärtigen Zustand der Kühlstrecke 4.From the cooling section control 12 are on the cooling section model 11 valve positions 101 transmitted, but usually from the cooling section model 11 not checked for plausibility. The cooling section model 11 always determines the current state of the cooling section 4 ,

Die erfindungsgemäße Steuerung bzw. Regelung erfolgt Zeittakt weise vorzugsweise in Regelschritten. Die Kühlstreckenregelung 12 ermittelt die Ventilstellungen 101 der Ventile 7 der Kühlstrecke 4 für den jeweils nächsten Regelschritt. Dabei wird vorzugsweise ein Optimierungsproblem gelöst, auf das im weiteren Text noch näher eingegangen wird Erfindungsgemäß wird vorzugsweise in jedem Zeittakt ein Iterationsschritt durchgeführt wird, wobei ausgehend von der einem aktuellen Zeittakt zugeordneten Lösung des Optimierungsproblems mindestens ein Stellsignal auf die Anlage aufgeschaltet wird. Vorzugsweise werden für einen nachfolgenden Zeittakt weitere aktualisierte Messwerte bei der Lösung des Optimierungsproblems berücksichtigt. Derart kann ein geschlossener Regelkreis gebildet werden.The control or regulation according to the invention is preferably carried out clockwise in control steps. The cooling section control 12 determines the valve positions 101 of the valves 7 the cooling section 4 for the next control step. In this case, an optimization problem is preferably solved, which will be discussed in more detail in the text below. According to the invention, an iteration step is preferably carried out in each time cycle, with at least one control signal being applied to the system based on the solution to the optimization problem associated with a current time cycle. Further updated measured values are preferably taken into account for the solution of the optimization problem for a subsequent time cycle. In this way, a closed control loop can be formed.

Es ist vorteilhaft wenn bei einer hohen Anzahl von Stellgliedern, wie sie für die Kühlstrecke 4 typisch ist, bei der Aufstellung des vorzugsweise quadratischen Optimierungsproblems nicht einzelne Ventile sondern Gruppen von Ventilen als Stellglied aufgefasst werden. Die Aufteilung des berechneten Stellwerts auf die einzelnen Ventile erfolgt über eine geeignete Schaltheuristik. Das Zusammenfassen von Ventilen zu Ventilgruppen ist besonders für eine online, d.h. in Echtzeit, erfolgende Lösung des Optimierungsproblems besonders vorteilhaft.It is advantageous if there is a large number of actuators, such as those for the cooling section 4 it is typical when the preferably quadratic optimization problem is set up that not individual valves but groups of valves are understood as an actuator. A suitable switching heuristic is used to distribute the calculated control value to the individual valves. Combining valves into valve groups is particularly advantageous for an online, ie real-time, solution to the optimization problem.

6 zeigt einen möglichen Temperaturverlauf T über den Orten x der Kühlstrecke 4, wobei die Kühlstrecke 4 durch den Anfang der Kühlstrecke xA und das Ende der Kühlstrecke xE begrenzt ist. 6 shows a possible temperature profile T over the locations x of the cooling section 4 , the cooling section 4 is limited by the start of the cooling section x A and the end of the cooling section x E.

3 stellt die modellprädikative Regelung der Kühlstrecke 4 näher dar. Dabei werden von der Kühlstreckenregelung 12 vorzugsweise nicht einzelne Ventile 7a bzw. 7b, zusammenfassend als 7 bezeichnet, angesteuert, sondern aus ein oder mehreren Ventilen 7 bestehende Ventilgruppen. Dabei kann dementsprechend beispielsweise der Regelbereich 14 in mehrere Teilbereiche 14a und 14b aufgeteilt werden, wobei vorzugsweise jedem Teilbereich 14a bzw. 14b eine Ventilgruppe zugeordnet ist. 3 provides the model-predictive control of the cooling section 4 are shown in more detail 12 preferably not individual valves 7a respectively. 7b , summarized as 7 designated, controlled, but from one or more valves 7 existing valve groups. Accordingly, the control range can be used accordingly 14 in several areas 14a and 14b be divided, preferably each sub-area 14a respectively. 14b a valve group is assigned.

Innerhalb der Grenzen des Regelbereichs 14, dessen Grenzen sich mit den Grenzen der Kühlstrecke in der Regel decken, kann hinsichtlich der Regelung zwischen einem Hauptregelbereich 15 und einem Abgleichsregelbereich 16 unterschieden werden. Vorzugsweise werden einzelne Bandpunkte (13a, 13b) wegverfolgt.Within the limits of the control range 14 , whose boundaries generally coincide with the limits of the cooling section, can regulate between a main control range 15 and a matching control area 16 be distinguished. Individual band points ( 13a . 13b ) chased away.

Zur Steuerung und Regelung der Kühlstrecke wird ein modellprädikativer Algorithmus eingesetzt. Dabei werden Stellglieder für Nu Zeitschritte in die Zukunft als Lösung eines vorzugsweise quadratischen Optimierungsproblems bestimmt, wobei mit dem Modell für Ny Zeitschritte Vorhersagen getroffen werden.A model-predictive algorithm is used to control and regulate the cooling section. Actuators for N u time steps into the future are determined as a solution to a preferably quadratic optimization problem, predictions being made with the model for N y time steps.

Nu darf 1 oder auch eine natürliche Zahl größer 1 sein. In letzterem Fall werden in der Regel nur die berechneten Stellgliedeinstellungen für den ersten Zeitschritt implementiert. Für den nächsten Zeitschritt wir unter Berücksichtigung aktueller Messwerte bzw. Vorhersagewerte neu gerechnet.N u may be 1 or a natural number greater than 1. In the latter case, usually only the calculated actuator settings for the first time step are implemented. For the next time step we recalculate taking into account current measured values or predicted values.

Ny muss so groß gewählt werden, dass die größte vorliegende Totzeit überwunden wird. Die größte Totzeit ergibt sich aus dem größten Abstand einer Temperaturmessstelle und der Position des nächstliegenden vorgeschalteten Stellventils. Zur Aufstellung des vorzugsweise quadratischen Optimierungsproblems wird ein geeignetes vorzugsweise linearisiertes Bandtemperaturmodell verwendet. In das vorzugsweise quadratische Optimierungsproblem lassen sich leicht Gleichungs- und Ungleichungsnebenbedingungen integrieren. Derart können Stellgliedbegrenzungen und unterschiedliche Kühlstreckenlayouts besonders vorteilhaft und vorzugsweise derart berücksichtigt werden, dass an der Recheneinrichtung 10 bzw. am Vorausberechnungsmodul 21 und/oder dem Berechnungsmodul 22 keine übermäßigen Änderungen vorgenommen werden müssen.N y must be chosen so large that the greatest available dead time is overcome. The greatest dead time results from the greatest distance between a temperature measuring point and the position of the closest upstream control valve. A suitable, preferably linearized strip temperature model is used to set up the preferably quadratic optimization problem. Equation and inequality constraints can easily be integrated into the preferably quadratic optimization problem. In this way, actuator limitations and different cooling section layouts can be taken into account particularly advantageously and preferably in such a way that on the computing device 10 or on the advance calculation module 21 and / or the calculation module 22 no excessive changes need to be made.

Wie 4 veranschaulicht, ist es möglich, dass die Recheneinrichtung 10 ein Modul zur Kühlstreckenregelung 12 aufweist, das seinerseits mehrere Teilregelmodule 17a, 17b aufweist, die unterschiedlichen Regelbereichen 14a und 14b entsprechen.How 4 illustrates, it is possible that the computing device 10 a module for cooling section control 12 has, in turn, several sub-rule modules 17a . 17b has the different control ranges 14a and 14b correspond.

Die erfindungsgemäße Steuerung bzw. Regelung der Kühlstrecke 4 ist unabhängig vom Kühlstreckenlayout und bietet aufgrund der modellprädikativen Regelung ein optimales Verhalten der Steuerung auch an den Stellbegrenzungen. Vorgaben können auf flexible Weise im Sinne einer Priorisierung unterschiedlich gewichtet werden. In das erfindungsgemäße Steuerungs- bzw. Regelungsverfahren ist Edge-Masking integrierbar.The control or regulation of the cooling section according to the invention 4 is independent of the cooling section layout and, due to the model-predictive control, offers optimal control behavior even at the positioning limits. Specifications can be weighted differently in terms of prioritization. Edge masking can be integrated into the control method according to the invention.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich derart ausgestalten, dass auch die Geschwindigkeit des Metallbandes 6 gesteuert werden kann, was seine Verwendung beispielsweise auch für Grobblechstraßen möglich macht.The method according to the invention can be designed such that the speed of the metal strip is also 6 can be controlled, which also makes it possible to use it for heavy plate mills, for example.

Insbesondere lässt sich auch eine Fertigstrasse 3 erfindungsgemäß regeln. Neben Bandgeschwindigkeit sind bei einer Fertigstrasse 3 Zwischengerüstkühlvorrichtungen weitere mögliche Stellglieder. Eine typische Zahl von Stellgliedern für eine Kühlstrecke sind beispielsweise ca. 200 Ventile 7. Dies ist eine deutlich höhere Zahl von Stellgliedern als für eine typische Fertigstrasse 3.In particular, a finishing train can also be used 3 regulate according to the invention. In addition to belt speed are on a finishing train 3 Intermediate stand cooling devices further possible actuators. A typical number of actuators for a cooling section are, for example, approximately 200 valves 7 , This is a significantly higher number of actuators than for a typical finishing train 3 ,

Eine übergreifende Steuerung bzw. Regelung für mehrere Anlagenteile 1 bis 5 kann vorzugsweise wie nachstehend beispielsweise für eine Fertigstrasse 3 und eine Kühlstrecke 4 beschrieben erzielt werden.A comprehensive control or regulation for several system parts 1 to 5 can preferably as below for example for a finishing train 3 and a cooling section 4 described can be achieved.

Zur übergreifenden Steuerung bzw. Regelung werden vorzugsweise das Temperaturmodell der Fertigstraße 3 und das Temperaturmodell der Kühlstrecke 4 verkettet. Durch Addition der Zielfunktionen für beide Anlagenteile 3 und 4 wird ein vorzugsweise quadratisches Optimierungsproblem mit vorzugsweise linearen Nebenbedingungen ermittelt, mit Hilfe dessen ein gemeinsames Steuerverfahren für beide Anlagenteile 3 und 4 bereitgestellt wird. Die Optimierung des Problems liefert so die Einstellungen für die Zwischengerüstkühlungen der Fertigstrasse 3, die Kühlstreckenventile 7 der Kühlstrecke 4 und Geschwindigkeit des Metallbandes 6, insbesondere für den jeweils nächsten Regelschritt.The temperature model of the finishing train is preferably used for overall control 3 and the temperature model of the cooling section 4 concatenated. By adding the target functions for both parts of the system 3 and 4 A preferably quadratic optimization problem with preferably linear constraints is determined, with the help of which a common control method for both system parts 3 and 4 provided. The optimization of the problem thus provides the settings for the inter-stand cooling of the finishing train 3 who have favourited Cooling Line Valves 7 the cooling section 4 and speed of the metal strip 6 , especially for the next control step.

Claims (18)

Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung der Temperatur eines Metallbandes (5) in einer Anlage der Stahlindustrie, dabei insbesondere in einer Kühlstrecke (4), die einer Walzstraße (2, 3) zum Walzen von Metall-Warmband (6) nachgeordnet ist, wobei zur Ermittlung von Stellsignalen ein Soll-Temperaturverlauf mit einem Ist-Temperaturverlauf verglichen wird, dadurch gekennzeichnet dass unter Berücksichtigung von Nebenbedingungen mindestens eine Zielfunktion für Stellglieder der Anlage, insbesondere in der Kühlstrecke (4), gebildet wird.Method for controlling and / or regulating the temperature of a metal strip ( 5 ) in a plant of the steel industry, especially in a cooling section ( 4 ) on a rolling mill ( 2 . 3 ) for rolling metal hot strip ( 6 ) is subordinate, a target temperature curve being compared with an actual temperature curve for determining actuating signals, characterized in that taking into account secondary conditions, at least one target function for actuators of the system, in particular in the cooling section ( 4 ) is formed. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielfunktion durch Lösen eines Optimierungsproblems gelöst wird.A method according to claim 1, characterized in that the objective function by solving solved an optimization problem becomes. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein quadratisches Optimierungsproblem gelöst wird.A method according to claim 2, characterized in that a quadratic optimization problem is solved. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ist-Temperaturverlauf und/oder der Soll-Temperaturverlauf des Metallbandes (6) unter Zuhilfenahme mindestens eines Modells (11) ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the actual temperature profile and / or the target temperature profile of the metal strip ( 6 ) with the help of at least one model ( 11 ) is determined. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell (9) online adaptiert wird.A method according to claim 4, characterized in that the model ( 9 ) is adapted online. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bandpunkte (13a, 13b) wegverfolgt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that band points ( 13a . 13b ) are traced. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperaturverlauf für einzelne Bandpunkte (13a, 13b) des Metallbands (6) ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a temperature profile for individual band points ( 13a . 13b ) of the metal band ( 6 ) is determined. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielfunktion durch Lösen eines Optimierungsproblems mittels Vorausberechnung gelöst wird.Method according to one of the preceding An sayings, characterized in that the objective function is solved by solving an optimization problem by means of pre-calculation. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielfunktion vorzugsweise online durch Lösen eines Optimierungsproblems iterativ gelöst wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the objective function preferably online Solve one Optimization problem is solved iteratively. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Zeittakt ein Iterationsschritt durchgeführt wird, wobei ausgehend von der einem aktuellen Zeittakt zugeordneten Lösung des Optimierungsproblems mindestens ein Stellsignal auf die Anlage aufgeschaltet wird.A method according to claim 9, characterized in that an iteration step is carried out in every time cycle, starting from the solution assigned to a current time cycle Optimization problem at least one control signal applied to the system becomes. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass für einen nachfolgenden Zeittakt weitere Messwerte bei der Lösung des Optimierungsproblems berücksichtigt werden.A method according to claim 10, characterized in that for a subsequent cycle of further measured values when solving the Optimization problem considered become. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein geschlossener Regelkreis gebildet wird.A method according to claim 11, characterized in that a closed control loop is formed. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Optimierungsproblems mit linearen Nebenbedingungen gelöst wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that the optimization problem is solved with linear constraints. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Metallbandes (5) in mehreren Teilen (1 bis 5) der Anlage der Stahlindustrie, insbesondere in der Fertigstraße (3) und einer ihr nachgeordneten Kühlstrecke (4), gesteuert und/oder geregelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature of the metal strip ( 5 ) in several parts ( 1 to 5 ) the plant of the steel industry, especially in the finishing train ( 3 ) and a cooling section downstream of it ( 4 ), controlled and / or regulated. Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche.Computer program for carrying out a method according to any of the preceding claims. Mit einem Computerprogramm nach Anspruch 15 programmierte Recheneinrichtung (10) zur Steuerung mindestens der Kühlstrecke (4) einer Anlage der Stahlindustrie, wobei die Recheneinrichtung (10) direkt und/oder indirekt die Temperatur des Metallbandes (6) beeinflusst.Computing device programmed with a computer program according to claim 15 ( 10 ) to control at least the cooling section ( 4 ) a plant of the steel industry, whereby the computing device ( 10 ) directly and / or indirectly the temperature of the metal strip ( 6 ) influenced. Recheneinrichtung (10) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Modul zur Ermittlung eines Kühlstreckenmodells (11), ein Modul zur Vorausberechnung (20), ein Modul zur Adaption (18) und ein Modul zur Kühlstreckenregelung (12) aufweist.Computing device ( 10 ) according to claim 16, characterized in that it is a module for determining a cooling section model ( 11 ), a module for advance calculation ( 20 ), a module for adaptation ( 18 ) and a module for cooling section control ( 12 ) having. Recheneinrichtung (10) nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Regelmodule (17a, 17b) zur Regelung von Stellgliedern (7) und/oder von ein oder mehrere Stellglieder umfassenden Regelbereichen (14a, 14b) aufweist.Computing device ( 10 ) according to claim 16 or 17, characterized in that they have several control modules ( 17a . 17b ) for controlling actuators ( 7 ) and / or control areas comprising one or more actuators ( 14a . 14b ) having.
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