EP0734795B1 - Verfahren zur Dickenvorsteuerung beim Folienwalzen - Google Patents

Verfahren zur Dickenvorsteuerung beim Folienwalzen Download PDF

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EP0734795B1
EP0734795B1 EP96104291A EP96104291A EP0734795B1 EP 0734795 B1 EP0734795 B1 EP 0734795B1 EP 96104291 A EP96104291 A EP 96104291A EP 96104291 A EP96104291 A EP 96104291A EP 0734795 B1 EP0734795 B1 EP 0734795B1
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SMS Schloemann Siemag AG
Schloemann Siemag AG
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    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/40—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling foils which present special problems, e.g. because of thinness
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    • B21B39/00—Arrangements for moving, supporting, or positioning work, or controlling its movement, combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
    • B21B39/02—Feeding or supporting work; Braking or tensioning arrangements, e.g. threading arrangements
    • B21B39/08—Braking or tensioning arrangements

Definitions

  • the invention relates to a method for thickness precontrol in Foil rollers with the help of effect characteristics stored in a process computer of the individual manipulated variables (e.g. strip tension, rolling speeds) for different working points (operating states) or with the help of an on-line working physical calculation model, also in combination with a monitor control.
  • a process computer of the individual manipulated variables (e.g. strip tension, rolling speeds) for different working points (operating states) or with the help of an on-line working physical calculation model, also in combination with a monitor control.
  • the thickness can no longer be used in film rolling Regulate with the help of a position control, because this is extremely high Tape module of the film fails, which is also the use of a tape roll usual Thickness feedforward excludes, with which in time with the achievement of a incoming thickness error the rolling force or the position of the employment so can change that the outlet thickness remains as unchanged as possible.
  • Thickness feedforward excludes, with which in time with the achievement of a incoming thickness error the rolling force or the position of the employment so can change that the outlet thickness remains as unchanged as possible.
  • JP-A 2-268 913 has made it known for the rolling of metallic strips, Changes in tensile stress based on thickness measurements of the Determine the strip and the thickness of the rolled strip by appropriate positioning of bending rollers immersed in the belt. From US-A 4 548 063 a regulation is known for the rolling of a metal strip, of which assumes that the expected inlet speed change in the case of a incoming thickness error is compensated during the decoiler itself undisturbed by it, continuing to focus on the constancy of withdrawal, which means that ultimately only the constancy of the withdrawal is regulated. Also at Rolling metallic strips is described in JP-A 57-193 216 and JP-A 62-104 614 known, for the thickness accuracy of the finished strip based on thickness measurements To take regulatory measures, such as influencing the Rolling speed.
  • the invention is therefore based on the object of a method to create the kind mentioned at the outset, with which the consequences of an upstream Compensate for thickness deviations faster and better.
  • the thickness deviations Film determined on the inlet side and compensated by a thickness control, the manipulated variable, preferably while maintaining the other rolling parameters the belt tension by means of a highly dynamic adjusting device depending on the Working point is changed.
  • the invention lies here both through practical Experience as well as knowledge gained through theoretical investigations is based on the fact that, in good approximation, an inlet-side thickness deviation of the film directly on the outlet side is directly proportional to the reduction. Therefore do it empirically obtained or with the help of a physical-mathematical calculation model knowledge about the effects of a change in Rolling parameters the thickness precontrol according to the invention for film rolling possible, i.e.
  • Analogous to monitor control namely the retraction voltage is the most effective manipulated variable for influencing the film thickness
  • the dependencies of the effects of a Inlet thickness change from the manipulated variable, preferably the retraction voltage various operating points determined and in the process computer for the Thickness control saved.
  • a working point is defined by a certain one Combination of process parameters, e.g. Outlet thickness, rolling speed, preferred tension, Roll diameter or lubrication.
  • the regulation according to the invention by means of thickness precontrol is moreover able to evaluate whether a Pre-control intervention or a possibly necessary Intervention of a downstream thickness control with a certain manipulated variable is still possible or useful. If for example the difference quotient tends towards infinity, this means that the manipulated variable has no effect and another manipulated variable must be used when rolling foils for example the outlet tension or the rolling force, but their effect is rather indirect through a shift of the Working point can be seen.
  • Fig. 1 shows a diagram of a plant 1 for rolling a Foil or a film strip 2.
  • the film strip 2 is one Bund 3 withdrawn from a reel 4 and the roll gap 5 one Roll stand 6 of a downstream one, not further in detail shown rolling mill supplied.
  • the roll stand 6 is made from an upper and a lower support roller 7 and the associated work rolls 8.
  • a commercial thickness gauge 9 is arranged and electrically connected to a higher-level process computer 10.
  • the thickness measuring device 9 is arranged in front of the roll stand 6 Traction means 11 in the form of three rollers 12 and 13 respectively downstream 3-roller bridges.
  • the middle Roll 13 is hydraulic, controlled by force or position adjustable and electrical also with the process computer 10 connected control role formed, which - as shown - If necessary, immersed in the film strip and by means of a Changing the strap loop 14 affects the retraction voltage.
  • FIG. 2 shows another embodiment of a system 100 for Rolling a film or a film strip 2.
  • the process largely corresponds to that of the system 1 of FIG. 1 with the Exception that the necessary for the thickness feedforward control rapid withdrawal changes not by means of a intermediate traction means, but directly with a highly dynamic reel 16 can be made.
  • the control roller 13 of the traction means 11 is lowered into the tape run of the film 2 as shown in FIG. This is done in a timely manner, ie with a high dynamic of the train change, which enables the control roller 13 to be adjusted, ie lowered and raised.
  • the thickness measuring device 9 arranged between the decoiler 4 and the roll gap 5 or roll stand 6, an additive change in tension measured on the basis of the characteristic curve and the inlet thickness error can be achieved, so that a thickness error is avoided in advance with the described control or is largely reduced.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dickenvorsteuerung beim Folienwalzen mit Hilfe von in einem Prozeßrechner abgespeicherten Wirkungskennlinien der einzelnen Stellgrößen (z.B. Bandzüge, Walzgeschwindigkeiten) für verschiedene Arbeitspunkte (Betriebszustände) bzw. mit Hilfe eines on-line arbeitenden physikalischen Rechenmodells, auch in Kombination mit einer Monitorregelung.
Im Gegensatz zum Bandwalzen läßt sich die Dicke beim Folienwalzen nicht mehr mit Hilfe einer Positionsregelung regeln, da diese wegen des außerordentlich hohen Bandmoduls der Folie versagt, was auch den Einsatz einer beim Bandwalzen üblichen Dickenvorsteuerung ausschließt, mit der sich rechtzeitig mit dem Erreichen eines einlaufenden Dickenfehlers die Walzkraft bzw. die Position der Anstellung so verändern läßt, daß die Auslaufdicke möglichst unverändert bleibt. Beim Folienwalzen wird wegen des hohen Bandmoduls nur noch mittels einer kombinierten Rückzugsspannung-/Walzgeschwindigkeitsregelung geregelt. Die Wirkungsweise der Zug-/Geschwindigkeitsregelung basiert auf einer Veränderung des Umformwiderstandes der Folie, so daß sich bei konstanter Walzkraft unterschiedliche Abnahmen einstellen lassen.
Durch die JP-A 2-268 913 ist es für das Walzen von metallischen Bändern bekanntgeworden, Veränderungen der Zugspannung basierend auf Dickenmessungen des Bandes zu ermitteln und die Dicke des Walzbandes durch entsprechendes Positionieren von in das Band eintauchenden Biegerollen zu kontrollieren. Aus der US-A 4 548 063 ist für das Walzen eines Metallbandes eine Regelung bekannt, die davon ausgeht, daß die zu erwartende Einlaufgeschwindigkeitsänderung im Falle eines einlaufenden Dickenfehlers kompensiert wird, während der Ablaufhaspel sich ungestört davon weiterhin auf die Konstanz des Rückzuges konzentriert, was bedeutet, daß letztendlich nur die Konstanz des Rückzuges geregelt wird. Ebenfalls beim Walzen metallischer Bänder ist es aus der JP-A 57-193 216 bzw. der JP-A 62-104 614 bekannt, zur Dickengenauigkeit des Fertigbandes ausgehend von Dickenmessungen Regelungsmaßnahmen vorzunehmen, wie insbesondere die Beeinflussung der Walzgeschwindigkeit.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem sich die Folgen einer einlaufseitigen Dickenabweichung schneller und besser kompensieren lassen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Dickenabweichungen der Folie einlaufseitig ermittelt und durch eine Dickensteuerung kompensiert werden, wobei unter Beibehaltung der anderen Walzparameter die Stellgröße, vorzugsweise die Bandzugspannung, durch ein hochdynamisches Stellmittel in Abhängigkeit vom Arbeitspunkt geändert wird. Der Erfindung liegt hierbei die sowohl durch praktische Erfahrungen als auch durch theoretische Untersuchungen gewonnene Erkenntnis zugrunde, daß in guter Näherung eine einlaufseitige Dickenabweichung der Folie direkt proportional zur Reduktion auch auslaufseitig feststellbar ist. Daher machen empirisch gewonnene oder mit Hilfe eines physikalisch-mathematischen Berechnungsmodells ermittelte Kenntnisse über die Auswirkungen einer Änderung von Walzparametern die erfindungsgemäße Dickenvorsteuerung für das Folienwalzen möglich, d.h. einen zeitgerechten Eingriff in den Walzprozeß, um nicht erst mit der Monitorregelung auf einen gemessenen Dickenfehler zu reagieren, sondern ihn bereits im voraus weitgehend zu vermeiden. Analog zur Monitorregelung stellt nämlich die Rückzugspannung die wirksamste Stellgröße zur Beeinflussung der Foliendicke dar. Während die Kenntnis der Wirkungskennlinien für die klassische Foliendickenregelung zwar vorteilhaft, aber nicht zwingend notwendig ist, wird hier vorausgesetzt, daß die Auswirkung einer Stellgrößenänderung zur richtigen Bemessung des Vorsteuerungsschrittes genau bekannt sein muß. Zur richtigen Bemessung des Vorsteuerungsschrittes werden daher die Abhängigkeiten der Auswirkungen einer Einlaufdickenänderung von der Stellgröße, vorzugsweise der Rückzugspannung, an verschiedenen Arbeitspunkten ermittelt und in den Prozeßrechner für die Dickenregelung abgspeichert. Ein Arbeitspunkt ist definiert durch eine bestimmte Kombination von Prozeßparametern, z.B. Auslaufdicke, Walzgechwindigkeit, Vorzugsspannung, Walzendurchmesser oder Schmierung.
Es läßt sich damit sowohl die notwendige Zahl als auch die Größe der Eingriffe der nachgeschalteten Dickenregelung so klein wie möglich halten, so daß sich entsprechend die durch die Regelung selbst induzierten Störungen des Walzprozesses entscheidend verringern lassen. Die mit Hilfe eines Berechnungsmodelles oder empirisch ermittelten Wirkungskennlinien der einzelnen Stellgrößen für verschiedene Arbeitspunkte sind im Prozeßrechner abgelegt und diejenige Kennlinie, die für den tatsächlich vorherrschenden Betriebszustand gültig ist, wird interpolativ aus der Schar der im Prozeßrechner für verschiedene Arbeitspunkte (Betriebszustände) hinterlegten Kennlinien gewonnen. Aus der Kennlinie selbst läßt sich dann der Differenzquotient der entsprechenden Stellgröße ermitteln. Alternativ lassen sich die Differenzquotienten auch direkt mit Hilfe eines on-line arbeitenden physikalischen Modells ermitteltn. Diese Differenzenquotienten geben an, welche Rückzugsspannungs- bzw. Stellgrößenänderung vorgenommen werden muß, um eine bestimmte Auslaufdickenänderung zu erreichen, z.B. 1 µm Auslaufdickenfehler ausgleichen zu können. Multiplikativ verknüpft mit dem aufgrund einer Einlaufdickenänderung zu erwartenden Auslaufdickenfehler erhält man dann die zur Fehlerkompensation notwendige Änderung der Stellgröße.
Die erfindungsgemäße Regelung mittels Dickenvorsteuerung ist darüber hinaus in der Lage bewerten zu können, ob ein Vorsteuerungseingriff oder ein unter Umständen notwendiger Eingriff einer nachgeschalteten Dickenregelung mit einer bestimmten Stellgröße noch möglich oder sinnvoll ist. Falls zum Beispiel der Differenzenquotient gegen unendlich strebt, bedeutet dies, daß die Stellgröße keine Wirkung mehr hat und eine andere Stellgröße herangezogen werden muß, beim Folienwalzen beispielsweise die Auslaufzugspannung oder auch die Walzkraft, deren Wirkung aber eher mittelbar durch eine Verlagerung des Arbeitspunktes zu sehen ist.
Es empfiehlt sich, den Sollwert der Stellgröße und das Stellgrößenregelfenster zur Rückführung des Stellmittels in eine neutrale Position oder auf einen neutralen Wert zu verschieben.
Anstatt sich zur Rückzugsänderung mittels einer Steuerrolle die Trägheit der Haspel zu Nutzen zu machen, kann das Verfahren auch direkt mit Hilfe einer hochdynamischen Haspel durchgeführt werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der ein in den Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert ist. Es zeigen:
Fig. 1
eine Schemazeichnung einer Anlage zum Durchführen einer Dickenvorsteuerung beim Folienwalzen mittels einer Steuerrolle;
Fig. 2
eine Schemazeichnung einer Anlage zum Durchführen einer Dickenvorsteuerung beim Folienwalzen mittels einem hochdynamischen Haspel; und
Fig. 3
ein Diagramm (Kennlinie) zur Kompensation eines Einlaufdickensprunges durch zeitgerechtes Verändern der Rückzugspannung (am Beispiel einer theoretisch ermittelten Kennlinie).
Die Fig. 1 zeigt ein Schema einer Anlage 1 zum Walzen einer Folie bzw. eines Folienbandes 2. Das Folienband 2 wird von einem Bund 3 einer Ablaufhaspel 4 abgezogen und dem Walzspalt 5 eines Walzgerüstes 6 eines nachgeschalteten, im einzelnen weiter nicht dargestellten Walzwerkes zugeführt. Das Walzgerüst 6 besteht aus einer oberen und einer unteren Stützwalze 7 sowie den dazugehörigen Arbeitswalzen 8.
Zwischen der Ablaufhaspel 4 und dem Walzwerk bzw. -gerüst 6 ist ein handelsübliches Dickenmeßgerät 9 angeordnet und elektrisch mit einem übergeordneten Prozeßrechner 10 verbunden. Dem Dickenmeßgerät 9 ist ein vor dem Walzgerüst 6 angeordnetes Zugmittel 11 in Form eines sich aus drei Rollen 12 bzw. 13 zusammensetzenden 3-Rollen-Bridles nachgeschaltet. Die mittlere Rolle 13 ist als kraft- oder positionsgeregelte, hydraulisch angstellbare und elektrisch ebenfalls mit dem Prozeßrechner 10 verbundene Steuerrolle ausgebildet, die - wie dargestellt - bedarfweise in das Folienband eintaucht und mittels einer Veränderung der Bandschlaufe 14 die Rückzugspannung beeinflußt.
Zur Dickenvorsteuerung des Folienbandes 2, bevor dieses in das Walzgerüst 6 einläuft, sind in dem Prozeßrechner 10 mit Hilfe eines Berechnungsmodelles oder empirisch ermittelte Wirkungskennlinien der einzelnen Stellgrößen für verschiedene Arbeitspunkte abgespeichert worden oder die Wirkung der Stellgrößen wird on-line berechnet.
Die Fig. 2 zeigt eine andere Ausführung einer Anlage 100 zum Walzen einer Folie bzw. eines Folienbandes 2. Der Ablauf entspricht weitgehend dem der Anlage 1 nach Fig. 1 mit der Ausnahme, daß die für die Dickenvorsteuerung notwendigen schnellen Rückzugänderungen nicht mittels eines zwischengeschalteten Zugmittels, sondern direkt mit einer hochdynamischen Haspel 16 vorgenommen werden.
Ein Beispiel für eine Dickenvorsteuerung bei der Anlage 1 bzw. 100 nach Fig. 1 bzw. Fig. 2, um durch geeignete Veränderung der Rückzugspannung eine einlaufende Foliendickenänderung bei konstanter Auslaufdicke (33 mym), konstanter Walzkraft (6000 kN) und konstanter Walzgeschwindigkeit auszugleichen, ist in dem Diagramm nach Fig. 3 gezeigt. Um die nachfolgend beschriebene Kompensation der Dickenabweichung des einlaufenden Folienbandes 2 zu verdeutlichen, wird ein Einlaufdickensprung des Folienbandes 2 von 72 µm auf 74 µm angenommen.
Dieser Einlaufdickensprung und die gültige Kennlinie des definierten Arbeitspunktes, die interpolativ aus der Vielzahl der im Prozeßrechner 10 abgespeicherten Wirkungskennlinien oder unmittelbar mittels eines physikalischen Prozeßmodelles gewonnen wird, erlauben es, den Dickensprung durch zeitgerechtes Erhöhen der Rückzugspannung von 50 N/mm2 auf 55 N/mm2 zu kompensieren; der beispielhaft gewählte Regelbereich wird durch die in Fig. 3 unterbrochene Regelungskennlinie 17 hervorgehoben.
Zur Erhöhung der Rückzugspannung auf 55 N/mm2 wird - am Beispiel der Fig. 1 - die Steuerrolle 13 des Zugmittels 11 wie in Fig. 1 gezeigt in den Bandlauf der Folie 2 abgesenkt, so daß eine elastische Längenänderung des Folienbandes 2 bewirkt wird. Dies geschieht zeitgerecht, d.h. mit einer hohen Dynamik der Zugänderung, die die anstellbare, d.h. absenk- und anhebbare Steuerrolle 13 ermöglicht. Durch die Einlaufdickenmessung des Folienbandes mittels des zwischen der Ablaufhaspel 4 und dem Walzspalt 5 bzw. Walzgerüst 6 angeordneten Dickenmeßgerätes 9 läßt sich somit eine additive und anhand der Kennlinie und des Einlaufdickenfehlers bemessene Zugänderung erreichen, so daß mit der beschriebenen Regelung ein Dickenfehler bereits im voraus vermieden bzw. weitgehend verringert wird.

Claims (3)

  1. Verfahren zur Dickenregelung beim Folienwalzen mit Hilfe von in einem Prozeßrechner (10) abgespeicherten Wirkungskennlinien der einzelnen Stellgrößen, z.B. Bandzüge, Walzgeschwindigkeiten, für verschiedene Arbeitspunkte, auch in Kombination mit einer Monitorregelung,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß Dickenabweichungen der Folie (2) einlaufseitig ermittelt und durch eine Dickenvorsteuerung kompensiert werden, wobei unter Beibehaltung der anderen Walzparameter die Stellgröße, vorzugsweise die Bandzugspannung, durch ein hochdynamisches Stellmittel (13) in Abhängigkeit vom Arbeitspunkt geändert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Sollwert der Stellgröße und das Stellgrößenregelfenster zur Rückführung des Stellmittels in eine neutrale Position oder auf einen neutralen Wert verschoben wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Bandrückzugspannung durch einen hochdynamischen Ablaufhaspel in Abhängigkeit vom Arbeitspunkt geändert wird.
EP96104291A 1995-03-30 1996-03-19 Verfahren zur Dickenvorsteuerung beim Folienwalzen Expired - Lifetime EP0734795B1 (de)

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