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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Walzregelungsvorrichtung und ein Walzregelungsverfahren, die sich im Hinblick auf Walzenexzentrizitäten für eine automatische Kalibrierregelung eignen.
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Beschreibung der verwandten Technik
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Bei der automatischen Kalibrierregelung in einem Walzgerüst werden von Exzentrizitäten an Stützwalzen unerwünschte Dickenabweichungen verursacht. Um die Auswirkungen dieser Stützwalzenexzentrizitöten auf die Dickenabweichungen zu verringern, wird für gewöhnlich eine Walzenexzentrizitätsregelung ausgeführt, indem Walzenexzentrizitätsanteile aus Walzkraftschwankungen oder Dickenabweichungen am Walzgerüstausgang übernommen werden, um eine Walzspaltposition in des Walzgerüsts zu regeln.
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Die Signale, die Walzkraftschwankungen oder Dickenabweichungen anzeigen, enthalten Anteile, die von anderen Faktoren als den Auswirkungen der Walzenexzentrizitäten herrühren. Bei der Walzenexzentrizitätsregelung werden die mit Walzenexzentrizitäten zusammenhängenden Anteile üblicherweise extrahiert, indem die Exzentrizitäten bei jeweiligen Drehwinkeln der oberen und unteren Walzen übernommen oder integriert werden, oder indem sie über eine Fourier-Transformation berechnet werden.
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Um die Auswirkungen der Walzenexzentrizitäten auf die Dickenabweichungen zu reduzieren, werden ein starker Lernkoeffizient und eine große Regelungsverstärkung verwendet, um eine Walzspaltposition auf der Grundlage der bestehenden Walzenexzentrizitäten zu regeln. Die Dickenschwankungen aufgrund der Walzenexzentrizitäten enthalten für gewöhnlich Frequenzanteile, die dem 1- bis N-fachen der Drehfrequenzen der oberen und unteren Stützwalzen entsprechen, und die Periode der Walzenexzentrizitäten schwankt in Abhängigkeit von der Walzgeschwindigkeit. Wenn äußere Störfaktoren, wie zum Beispiel Spannungsschwankungen, vorliegen, die eine Frequenz haben, die dem 1- bis N-fachen der Drehfrequenzen der Walzen entspricht, entsteht bei einer Frequenz nahe der Frequenz der äußeren Störfaktoren ein Resonanzsystem, was die Dickenabweichungen am Walzgerüstausgang verschlechtert. Die Signale, die die Dickenabweichungen am Walzgerüstausgang anzeigen, reagieren empfindlich auf die Dickenabweichungen am Walzgerüsteingang, die Unregelmäßigkeit der Härte eines zu walzenden Materials sowie die Spannungen am Walzgerüsteingang und Walzgerüstausgang, bei denen es sich im Gegensatz zu den Walzenexzentrizitäten um äußere Störfaktoren handelt. Um die Auswirkungen solcher äußeren Störfaktoren or die Resonanz zu reduzieren, bedarf es eines Mechanismus, um ausschließlich die Walzenexzentrizitätsanteile zu extrahieren.
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Beispielsweise in der
JP 2006-272446 A ist eine Technik zur Eliminierung von Dickenabweichungen aufgrund von Walzenexzentrizitäten offenbart, indem die Exzentrizitätsanteile von zwei Stützwalzen (einer oberen und einer unteren Stützwalze) durch eine Fourier-Transformation präzise extrahiert werden. Die
WO 2009/136435 offenbart eine Technik zum Erfassen von Walzenexzentrizitätsanteilen durch Ausführen einer Fourier-Transformation an Walzenexzentrizitätssignalen, die erhalten werden, indem per Kalibriermessgerät bestimmte Dickenabweichungen, die aus Walzspalten und Walzkräften berechnet werden, mit Dickenabweichungen verglichen werden, die durch eine Dickenerfassungseinrichtung am Walzgerüstausgang erfasst werden, und dann die Unterschiede bestimmt werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Auswirkungen der äußeren Störfaktoren oder die Resonanz aufgrund der Phasenverschiebung der Ausgangsdaten zur Walzenexzentrizitätsregelung können mit der in
JP 2006-272446 A offenbarten Technik nicht beseitigt werden. Obwohl man durch diese Technik Dickenschwankungsanteile mit einer Frequenz bis hin zum doppelten Wert der Drehfrequenzen der oberen und unteren Stützwalze beseitigen kann, kann diese Technik keine Dickenschwankungsanteile mit einer Frequenz beseitigen, die dem Dreifachen der Drehfrequenzen entspricht oder noch höher liegt. Mit dieser Technik lassen sich also keine Anteile hoher Frequenzen in Dickenabweichungsschwankungsanteilen beseitigen, die von Walzenexzentrizitäten herrühren (wie zum Beispiel Frequenzanteile bei einer Frequenz, die ein Mehrfaches der Drehfrequenzen der oberen und unteren Stützwalzen beträgt).
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Mit der in
WO 2009/136435 offenbarten Technik ist eine genaue Erfassung von Walzenexzentrizitäten theoretisch möglich; die Technik versagt jedoch bei der genauen Erfassung von Walzenexzentrizitäten insbesondere bei hoher Walzgeschwindigkeit. Eine Walzspaltpositions-Regelungsvorrichtung besteht in der Tat aus einer speziell konzipierten Hardware, die eine gewisse Zeit benötigt, um den tatsächlichen Wert einer Walzspaltposition von einer Walzspaltpositions-Regelungsvorrichtung auf eine Walzenexzentrizitäts-Regelungsvorrichtung zu übertragen, um die Daten über eine Walzspaltposition zu aktualisieren. Eine Verzögerung bei der Aktualisierung der Walzspaltpositionsdaten verhindert bei einer hohen Walzgeschwindigkeit die korrekte Berechnung einer per Kalibriermessgerät bestimmten Dicke, was zu einer ungenauen Erfassung einer Walzenexzentrizität führt.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Walzregelungsvorrichtung und ein Walzregelungsverfahren bereitzustellen, die Anteile hoher Frequenzen von Walzenexzentrizitäten (Frequenzanteile, die das Mehrfache der Drehfrequenzen von Stützwalzen betragen) genau erfassen und Dickenabweichungen aufgrund der Walzenexzentrizitäten reduzieren.
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Eine Walzregelungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die zum Regeln eines Walzgerüsts mit einer Rollwalze zum Walzen eines zu walzenden Materials dient, umfasst: eine erste Walzenexzentrizitäts-Berechnungseinheit zum Berechnen einer ersten Walzenexzentrizität der Rollwalze auf der Grundlage einer Schwankung einer Walzkraft, die von der Rollwalze auf das zu walzende Material aufgebracht wird; eine zweite Walzenexzentrizitäts-Berechnungseinheit zum Berechnen einer zweiten Walzenexzentrizität der Rollwalze auf der Grundlage einer Abweichung einer Dicke des zu walzenden Materials am Ausgang des Walzgerüsts; eine Walzenexzentrizitäts-Lerneinheit zum Übernehmen einer Walzenexzentrizität pro Umdrehung der Rollwalze, wobei die Walzenexzentrizität bei jeweiligen vorbestimmten Drehwinkeln der Rollwalze berechnet wird, indem die von der ersten Walzenexzentrizitäts-Berechnungseinheit berechnete erste Walzenexzentrizität und die von der zweiten Walzenexzentrizitäts-Berechnungseinheit berechnete zweite Walzenexzentrizität aufaddiert werden; und/oder eine Walzenexzentrizitäts-Regelungsdaten-Ausgabeeinheit zum Ausgeben der von der Walzenexzentrizitäts-Lerneinheit übernommenen Walzenexzentrizität an eine Walzspaltpositions-Regelungsvorrichtung zum Regeln einer Walzspaltposition der Rollwalze.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden eine Walzregelungsvorrichtung und ein Walzregelungsverfahren bereitgestellt, die Walzenexzentrizitäten genau erfassen, welche Frequenzanteile haben, die das Mehrfache der Drehfrequenzen von Stützwalzen betragen, und mit denen sich von den Walzenexzentrizitäten herrührende Dickenabweichungen reduzieren lassen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt einen beispielhaften Walzenexzentrizitäts-Regelungsaufbau einer Walzregelungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einen beispielhaften Aufbau eines zu regelnden Walzgerüsts;
- 2A zeigt eine beispielhafte Walzkraftschwankung ΔP und eine beispielhafte Dickenabweichung Δh aufgrund von Walzenexzentrizitäten,
- 2B zeigt beispielhafte berechnete Walzenexzentrizitäten, und 2C zeigt eine beispielhafte erfasste Walzenexzentrizität;
- 3A zeigt eine beispielhafte Walzkraftschwankung ΔP und eine beispielhafte Dickenabweichung Δh, die neben Walzenexzentrizitäten von äußeren Störfaktoren herrühren, 3B zeigt beispielhafte berechnete Walzenexzentrizitäten, und 3C zeigt eine beispielhafte erfasste Walzenexzentrizität;
- 4 zeigt im Detail einen beispielhaften Aufbau einer Walzenexzentrizitäts-Lerneinheit zum Übernehmen einer Walzenexzentrizität einer Stützwalze; und
- 5 zeigt einen beispielhaften Walzenexzentrizitäts-Regelungsaufbau einer Walzregelungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einen beispielhaften Aufbau eines zu regelnden Walzgerüsts.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden im Einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen sind die gleichen Bauelemente mit den gleichen Bezugszahlen versehen, um Wiederholungen in der Beschreibung zu vermeiden.
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<<Erste Ausführungsform>>
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1 zeigt einen beispielhaften Walzenexzentrizitäts-Regelungsaufbau einer Walzregelungsvorrichtung 100 nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einen beispielhaften Aufbau eines zu regelnden Walzgerüsts 150. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst das Walzgerüst 150 zum Walzen eines zu walzenden Materials 1 sechs Rollwalzen, bei denen es sich um Stützwalzen 2 und 3, Zwischenwalzen 4 und 5 und Arbeitswalzen 6 und 7 handelt. Das Walzgerüst 150 umfasst darüber hinaus eine Walzspaltpositions-Regelungsvorrichtung 8, eine Walzkrafterfassungseinheit 9, eine Dickenerfassungseinrichtung 10 am Walzgerüstausgang und Stützwalzen-Rotationserfassungseinrichtungen 11 und 12.
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Die Walzspaltpositions-Regelungsvorrichtung 8 stellt die Walzspaltposition und den Spalt der Arbeitswalze 7 auf eine Sollposition ein. Die Walzkrafterfassungseinheit 9 an der Stützwalze 2 erfasst eine Walzkraft, die auf das zu walzende Material 1 aufgebracht wird. Die Dickenerfassungseinrichtung 10 am Walzgerüstausgang misst die Dicke des zu walzenden Materials 1 nach einem Walzvorgang. Die Stützwalzen-Rotationserfassungseinrichtungen 11 und 12 erfassen die Drehwinkel der Stützwalze 2 bzw. 3.
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Die Drehwinkel der Stützwalzen 2 und 3 können durch andere Verfahren erfasst werden als das Verfahren, das sich der Stützwalzen-Rotationserfassungseinrichtungen 11 und 12 bedient. Die Drehwinkel können auf der Grundlage den Drehwinkeln berechnet werden, die durch eine Rotationserfassungseinrichtung eines Motors zum Antreiben der Arbeitswalzen 6 und 7 oder Zwischenwalzen 4 und 5 erfasst werden, und auf der Grundlage den Verhältnissen der Durchmesser der Arbeitswalzen 6 und 7 oder Zwischenwalzen 4 und 5 zu den Durchmessern der Stützwalzen 2 und 3. Die Genauigkeit bei der Erfassung der Drehwinkel kann verbessert werden, indem ein Sensor zur Erfassung einer Umdrehung oder einer halben Umdrehung der Stützwalzen 2 und 3 platziert wird.
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Die Walzregelungsvorrichtung 100 umfasst Verarbeitungsfunktionsblöcke, wie zum Beispiel Walzenexzentrizitäts-Berechnungseinheiten 13 und 14; Walzenexzentrizitäts-Übertragungseinheiten 20, 21, 30 und 31; Walzenexzentrizitäts-Lerneinheiten 22 und 32; Walzenexzentrizitäts-Regelungsdaten-Berechnungseinheiten 24 und 34; und eine Walzenexzentrizitäts-Regelungsdaten-Ausgabeeinheit 40. Die Walzregelungsvorrichtung 100 weist darüber hinaus Speicherfunktionsblöcke, wie zum Beispiel Walzenexzentrizitäts-Lerntabellen 23 und 33, auf.
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Im Hinblick auf die beiden Walzenexzentrizitäts-Berechnungseinheiten 13 und 14 berechnet die Walzenexzentrizitäts-Berechnungseinheit 13 eine Walzenexzentrizität auf der Grundlage einer Walzkraftschwankung in einem Kraftmodus, und die Walzenexzentrizitäts-Berechnungseinheit 14 berechnet eine Walzenexzentrizität auf der Grundlage einer Dickenabweichung in einem Dickenmodus. Was die beiden Walzenexzentrizitäts-Lerneinheiten 22 und 32 anbelangt, übernimmt die Walzenexzentrizitäts-Lerneinheit 22 Walzenexzentrizitäten der oberen Stützwalze 2, und die Walzenexzentrizitäts-Lerneinheit 32 übernimmt Walzenexzentrizitäten der unteren Stützwalze 3. Hinsichtlich der vier Walzenexzentrizitäts-Übertragungseinheiten 20, 21, 30 und 31 überträgt die Walzenexzentrizitäts-Übertragungseinheit 20 eine Walzenexzentrizität auf der Grundlage einer Walzkraftschwankung der oberen Stützwalze 2, die Walzenexzentrizitäts-Übertragungseinheit 21 überträgt eine Walzenexzentrizität auf der Grundlage einer Dickenabweichung auf der Seite der oberen Stützwalze 2, die Walzenexzentrizitäts-Übertragungseinheit 30 überträgt eine Walzenexzentrizität auf der Grundlage einer Walzkraftschwankung der unteren Stützwalze 3, und die Walzenexzentrizitäts-Übertragungseinheit 31 überträgt eine Walzenexzentrizität auf der Grundlage einer Dickenabweichung aufseiten der unteren Stützwalze 3.
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Die Walzregelungsvorrichtung 100 mit dem obigen Aufbau besteht aus einer digitalen Regelschaltung mit einem Universalcomputer. In diesem Fall werden die Funktionen der vorgenannten Verarbeitungsfunktionsblöcke der Walzregelungsvorrichtung 100 durch eine Verarbeitungseinheit eines Computers durchgeführt, die vorbestimmte Programme ausführt, welche in einem Speicher, wie beispielsweise einem Hauptspeicher, abgelegt sind. Die Speicherfunktionsblöcke, wie zum Beispiel die Walzenexzentrizitäts-Lerntabellen 23 und 33, bestehen in einem Speicher im Computer.
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Nachfolgend werden nun die Funktionen der Verarbeitungsfunktionsblöcke der Walzregelungsvorrichtung 100 im Einzelnen beschrieben.
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< Walzenexzentrizitäts-Berechnungseinheiten 13 und 14>
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Die Kraftmodus-Walzenexzentrizitäts-Berechnungseinheit 13 berechnet eine Walzkraftschwankung ΔP auf der Grundlage einer von der Walzkrafterfassungseinheit 9 erfassten Walzkraft und berechnet dann auf der Grundlage der Walzkraftschwankung ΔP eine kraftbedingte Walzenexzentrizität ΔSREC(ΔP).
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Die Walzkraftschwankung ΔP wird berechnet, indem von der durch die Walzkrafterfassungseinheit 9 erfassten Walzkraft ein vorbestimmter Referenzwert subtrahiert wird. Bei dem vorbestimmten Referenzwert handelt es sich zum Beispiel um den Mittelwert der Walzkräfte, die von der Walzkrafterfassungseinheit 9 während einer Umdrehung der Stützwalze 2 oder Stützwalze 3 erfasst werden. Alternativ kann der vorbestimmte Referenzwert eine Walzkraft darstellen, die bei einem ganz bestimmten Drehwinkel erfasst wird, oder kann ein Walzkraftwert sein, der vorab als Referenzwert zweckentsprechend eingestellt wird.
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Die Kraftmodus-Walzenexzentrizitäts-Berechnungseinheit
13 berechnet die kraftbedingte Walzenexzentrizität ΔS
REC(ΔP) gemäß der folgenden Formel (1). In diesem Fall findet jedoch im Walzgerüst
150 kein Walzvorgang des zu walzenden Materials
1 statt, und die Arbeitswalzen
6 und
7 sind lediglich in Kontakt mit dem zu walzenden Material
1.
[Formel 1]
wobei M eine Federkonstante des Walzgerüsts (bzw. den Modul des Walzgerüsts) darstellt (N/m).
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Die Dickenmodus-Walzenexzentrizitäts-Berechnungseinheit
14 berechnet eine dickenbedingte Walzenexzentrizität ΔS
REC(Δh) auf der Grundlage einer Dickenabweichung Δh des zu walzenden Materials
1, die von der Dickenerfassungseinrichtung
10 am Walzgerüstausgang erfasst wird, gemäß der folgenden Formel (2).
[Formel 2]
worin M eine Federkonstante des Walzgerüsts (d.h. den Modul des Walzgerüsts) darstellt (N/m), und Q einen plastischen Koeffizienten eines zu walzenden Materials darstellt (N/m).
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Wenn die Dickenabweichung Δh am Walzgerüstausgang nicht durch Walzenexzentrizitäten sondern durch Unregelmäßigkeiten der Härte des zu walzenden Materials
1 oder durch andere äußere Störfaktoren verursacht wird, tritt die Walzkraftschwankung ΔP in Relation zur Dickenabweichung Δh am Walzgerüstausgang auf. In diesem Fall wird die Beziehung zwischen der Dickenabweichung Δh am Walzgerüstausgang und der Walzkraftschwankung ΔP durch die folgende Formel (3) ausgedrückt.
[Formel 3]
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Wenn in einem Walzvorgang die Walzkraftschwankung ΔP am zu walzenden Material
1 zutage tritt, berechnet die Kraftmodus-Walzenexzentrizitäts-Berechnungseinheit
13 eine kraftbedingte Walzenexzentrizität ΔS
REC2(ΔP) gemäß der folgenden Formel (4).
[Formel 4]
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Die Summe ΔS
REC(Δh, ΔP) der kraftbedingten Walzenexzentrizität ΔS
REC2(ΔP) und dickenbedingten Walzenexzentrizität ΔS
REC(Δh) kann gemäß folgender Formel (5) berechnet werden.
[Formel 5]
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Formel (5) bedeutet, dass die auf der Walzkraftschwankung ΔP beruhende, kraftbedingte Walzenexzentrizität ΔSREC2(ΔP) die auf der Dickenabweichung Δh beruhende, dickenbedingte Walzenexzentrizität ΔSREC(Δh) ausgleicht, wobei ein Wert von Null übrigbleibt. Mit anderen Worten, Formel (5) bedeutet, dass ausschließlich eine Walzenexzentrizität extrahiert werden kann, bei der die Wirkungen äußerer Störfaktoren mit Ausnahme der Walzenexzentrizitäten ausgeschlossen ist. Dies wird mit Bezugnahme auf Figur 2A bis 2C und 3A bis 3C eingehender beschrieben.
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2A zeigt eine beispielhafte Walzkraftschwankung ΔP und eine beispielhafte Dickenabweichung Δh, die auf Walzenexzentrizitäten zurückzuführen sind. 2B zeigt beispielhafte berechnete Walzenexzentrizitäten. 2C zeigt eine beispielhafte erfasste Walzenexzentrizität. Wie in 2A gezeigt ist, ist die Dickenschwankung Δh negativ, wenn die aufgrund von Walzenexzentrizitäten herrührende Walzkraftschwankung ΔP positiv ist. Wenn die Walzkraftschwankung ΔP negativ ist, ist die Dickenschwankung Δh positiv. Die Phase der Walzkraftschwankung ΔP ist entgegengesetzt zur Phase der Dickenabweichung Δh.
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Demgemäß entspricht, wie in 2B gezeigt ist, die Phase der gemäß Formel (4) berechneten, kraftbedingten Walzenexzentrizität ΔSRE6C2(ΔP) der Phase der gemäß Formel (2) berechneten, dickenbedingten Walzenexzentrizität ΔSREC(Δh). Wie in 2C gezeigt ist, entspricht die erfasste Walzenexzentrizität der Summe aus der Walzenexzentrizität ΔSREC2(ΔP) und Walzenexzentrizität ΔSREC(Δh).
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3A zeigt eine beispielhafte Walzkraftschwankung ΔP und eine beispielhafte Dickenabweichung Δh, die auf äußere Störfaktoren und nicht auf Walzenexzentrizitäten zurückzuführen sind. 3B zeigt beispielhafte berechnete Walzenexzentrizitäten. 3C zeigt beispielhafte erfasste Walzenexzentrizitäten. Im Falle von neben Walzenexzentrizitäten vorhandenen äußeren Störfaktoren wird die Walzkraftschwankung ΔP in erster Linie durch die Dickenabweichung Δh verursacht. Wie in 3A gezeigt ist, entspricht die Phase der Walzkraftschwankung ΔP der Phase der Dickenabweichung Δh.
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Dementsprechend ist, wie in 3B gezeigt, die Phase der gemäß Formel (4) berechneten, kraftbedingten Walzenexzentrizität ΔSREC2(ΔP) entgegengesetzt zur Phase der dickenbedingten Walzenexzentrizität ΔSREC(Δh). Wie in 3C gezeigt ist, liegt die erfasste Walzenexzentrizität, welche die Summe der Walzenexzentrizitäten ΔSREC2(ΔP) und ΔSREC(Δh) darstellt, bei Null.
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<Walzenexzentrizitäts-Übertragungseinheiten 20, 21, 30 und 31 >
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Die Walzkraftschwankung ΔP kann von der Walzkrafterfassungseinheit 9 am Walzort des Walzgerüsts 150 ohne Zeitverzögerung erfasst werden. Dagegen wird die Dickenabweichung Δh von der am Walzwerkausgang befindlichen Dickenerfassungseinrichtung 10, die von dem am Walzgerüst 150 befindlichen Walzort entfernt angeordnet ist, mit einer Zeitverzögerung erfasst. Vor Anwenden der obigen Formeln (2) und (4) sollte die Phasendifferenz zwischen der Phase der Walzkraftschwankung ΔP und der Phase der Dickenabweichung Δh auf der Grundlage der jeweiligen Drehwinkel der Stützwalzen 2 und 3 korrigiert werden.
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Bei dieser Ausführungsform umfasst die Kraftmodus-Walzenexzentrizitäts-Übertragungseinheit 20 eine erste Trackingdatentabelle (nicht gezeigt) zum Speichern der kraftbedingten Walzenexzentrizitäten ΔSREC2(ΔP) während einer Umdrehung der Stützwalze 2.
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Die Kraftmodus-Walzenexzentrizitäts-Übertragungseinheit 20 empfängt die Daten über einen Drehwinkel der Stützwalze 2 von der Stützwalzen-Rotationserfassungseinrichtung 11 und die Daten bezüglich der kraftbedingten Walzenexzentrizität ΔSREC2(ΔP) von der Walzenexzentrizitäts-Berechnungseinheit 13. Die Walzenexzentrizitäts-Übertragungseinheit 20 ordnet die berechnete kraftbedingte Walzenexzentrizität ΔSREC2(ΔP) dann dem erfassten Drehwinkel zu und speichert die Daten in der ersten Trackingdatentabelle ab. Auf diese Weise speichert die erste Trackingdatentabelle zum Beispiel 360 Werte der kraftbedingten Walzenexzentrizität ΔSREC2(ΔP), pro Grad des Drehwinkels der Stützwalze 2 während einer (über 360 Grad laufenden) Umdrehung der Stützwalze 2.
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Die Dickenmodus-Walzenexzentrizitäts-Übertragungseinheit 21 enthält eine zweite Trackingdatentabelle (nicht gezeigt) mit einem Aufbau, der dem Aufbau der ersten Trackingdatentabelle ähnlich ist. Die zweite Trackingdatentabelle speichert zum Beispiel 360 Werte der dickenbedingten Walzenexzentrizität ΔSREC(Δh), pro Grad des Drehwinkels der Stützwalze 2 während einer (über 360 Grad laufenden) Umdrehung der Stützwalze 2.
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Die Dickenmodus-Walzenexzentrizitäts-Übertragungseinheit 21 berechnet einen Drehwinkel der Stützwalze 2 während der Zeit, in der sich das zu walzende Material 1 vom Walzort des Walzgerüsts 150 bis zur Dickenerfassungseinrichtung 10 am Walzgerüstausgang bewegt. Der berechnete Drehwinkel wird als Phasendifferenz zwischen der Phase der kraftbedingten Walzenexzentrizität ΔSREC2(ΔP) und der Phase der dickenbedingten Walzenexzentrizität ΔSREC(Δh) betrachtet. Hinsichtlich der Daten während einer Umdrehung der Stützwalze 2 wird der berechnete Drehwinkel dazu verwendet, die Phase der dickenbedingten Walzenexzentrizität ΔSREC(Δh) an die Phase der kraftbedingten Walzenexzentrizität ΔSREC2(ΔP) anzugleichen, die am Walzort des Walzgerüsts 150 berechnet wird.
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Die Kraftmodus-Walzenexzentrizitäts-Übertragungseinheit 30 umfasst eine dritte Trackingdatentabelle (nicht gezeigt) zum Speichern der kraftbedingten Walzenexzentrizitäten ΔSREC2(ΔP) während einer Umdrehung der Stützwalze 3. Die Dickenmodus-Walzenexzentrizitäts-Übertragungseinheit 31 enthält eine vierte Trackingdatentabelle (nicht gezeigt) zum Speichern der dickenbedingten Walzenexzentrizitäten ΔSREC(Δh) während einer Umdrehung der Stützwalze 3.
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Was die Daten während einer Umdrehung der Stützwalze 3 anbelangt, wird die Phasendifferenz zwischen der Phase der kraftbedingten Walzenexzentrizität ΔSREC2(ΔP) in der dritten Trackingdatentabelle und der Phase der dickenbedingten Walzenexzentrizität ΔSREC(Δh) in der vierten Trackingdatentabelle auf dieselbe Weise wie vorstehend angegeben korrigiert.
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Dann werden die dickenbedingte Walzenexzentrizität ΔSREC(Δh) und die kraftbedingte Walzenexzentrizität ΔSREC2(ΔP) der Stützwalze 2 an die Walzenexzentrizitäts-Lerneinheit 22 übermittelt, und die dickenbedingte Walzenexzentrizität ΔSREC(Δh) und die kraftbedingte Walzenexzentrizität ΔSREC2(ΔP) der Stützwalze 3 werden an die Walzenexzentrizitäts-Lerneinheit 32 übermittelt.
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<Walzenexzentrizitäts-Lerneinheiten 22 und 32>
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4 zeigt im Einzelnen einen beispielhaften Aufbau der Walzenexzentrizitäts-Lerneinheit 22 zum Übernehmen einer Walzenexzentrizität der Stützwalze 2. Da die Walzenexzentrizitäts-Lerneinheit 32 für eine Walzenexzentrizität der Stützwalze 3 einen ähnlichen Aufbau hat, wird im Folgenden nur die Walzenexzentrizitäts-Lerneinheit 22 für eine Walzenexzentrizität der Stützwalze 2 beschrieben.
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Die Walzenexzentrizitäts-Lerneinheit 22 ist mit der Walzenexzentrizitäts-Lerntabelle 23 verbunden, die der Speicherung eines Walzenexzentrizitäts-Lernwerts dient, der von der Walzenexzentrizifäts-Lerneinheit 22 übernommen wurde. Die Walzenexzentrizitäts-Lerneinheit 22 berechnet einen aktuellen Walzenexzentrizitäts-Lernwert auf der Grundlage der Walzenexzentrizität ΔSREC2(ΔP) von der Walzenexzentrizitäts-Übertragungseinheit 20, der Walzenexzentrizität ΔSREC(Δh) von der Walzenexzentrizitäts-Übertragungseinheit 21 und dem vorherigen Walzenexzentrizitäts-Lernwert aus der Walzenexzentrizitäts-Lerntabelle 23.
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Wie in 4 gezeigt ist, berechnet eine Kraftmodus-Walzenexzentrizitäts-Lernwert-Berechnungseinheit 222 einen kraftbedingten Walzenexzentrizitäts-Lernwert durch Multiplizieren der kraftbedingten Walzenexzentrizität ΔSREC2(ΔP) mit einer Lernverstärkung G1P. Eine Dickenmodus-Walzenexzentrizitäts-Lernwert-Berechnungseinheit 223 berechnet einen Dickenmodus-Walzenexzentrizitäts-Lernwert durch Multiplizieren der dickenbedingten Walzenexzentrizität ΔSREC(Δh) mit einer Lernverstärkung G1h.
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Eine Walzenexzentrizitäts-Filtereinheit 221 berechnet den auf vorbestimmte Weise gewichteten, mittleren Verschiebungswert eines Walzenexzentrizitäts-Lernwerts, der in der Walzenexzentrizitäts-Lerntabelle 23 abgespeichert ist, sowie dessen vorherigen und nachfolgenden Walzenexzentrizitäts-Lernwert, die dem vorherigen bzw. nachfolgenden Drehwinkel zugeordnet sind. Eine Walzenexzentrizitäts-Lernwert-Berechnungseinheit 224 berechnet den letzten Walzenexzentrizitäts-Lernwert, indem der gewichtete mittlere Verschiebungswert, der von der Walzenexzentrizitäts-Filtereinheit 221 berechnet wird, mit einem vorbestimmten Lernkoeffizienten G2 multipliziert wird.
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Eine Walzenexzentrizitäts-Lerntabellenwert-Berechnungseinheit 225 berechnet den aktuellen Walzenexzentrizitäts-Lernwert, indem der durch die Walzenexzentrizitäts-Lernwert-Berechnungseinheit 222 berechnete kraftbedingte Walzenexzentrizitäts-Lernwert, der durch die Walzenexzentrizitäts-Lernwert-Berechnungseinheit 223 berechnete Dickenmodus-Walzenexzentrizitäts-Lernwert und der durch die Walzenexzentrizitäts-Lernwert-Berechnungseinheit 224 berechnete letzte Walzenexzentrizitäts-Lernwert aufaddiert werden. Die Walzenexzentrizitäts-Lerntabellenwert-Berechnungseinheit 225 aktualisiert dann die Walzenexzentrizitäts-Lerntabelle 23 mit dem aktuellen Walzenexzentrizitäts-Lernwert.
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Der Inhalt der Walzenexzentrizitäts-Lerntabelle 23 wird somit während einer Umdrehung der Stützwalze 2 bei jedem Drehwinkel mit einem aktuellen Walzenexzentrizitäts-Lernwert aktualisiert.
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Die Walzenexzentrizitäts-Lerneinheit
22 in
4 fungiert als digitaler Filter zum Extrahieren der Signale bei einer Frequenz, die dem 1- bis N-fachen der Drehfrequenz der Stützwalze
2 entspricht. In diesem Fall fungieren die Lernverstärkungen G
1P, G
1h und G
2 als die Parameter für den digitalen Filter zum Übernehmen der Walzenexzentrizitäten. Eine Regelverstärkung K
p für das Walzenexzentrizitäts-Regelungssystem mit diesem digitalen Filter wird durch folgende Formel (6) ausgedrückt.
[Formel 6]
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Wenn die Werte der Lernverstärkungen G1P, G1h und G2 geändert werden, ändern sich die Eigenschaften dieses digitalen Filters. Wenn zum Beispiel G1P = 0,1, G1h = 0,1 und G2= 0,9 ist, dann gilt Kp = 2, und der digitale Filter führt eine Proportionalregelung mit doppelter Verstärkung aus. Wenn G1P = 0,1, G1h = 0,1 und G2 = 0,99, dann gilt Kp = 20, und der digitale Filter führt eine Proportionalregelung mit einer zwanzigfachen Verstärkung aus. In diesem Fall belaufen sich die aufgrund von Walzenexzentrizitäten noch verbleibenden Dickenabweichungen auf 1/(Kp + 1) = 1/21, was in der Theorie bedeutet, dass die verbleibenden Dickenabweichungen kleiner als 5 % sind. Wenn G2 = 1,0 ist, führt der digitale Filter eine Integralregelung aus, und die auf Walzenexzentrizitäten zurückzuführenden Dickenabweichungen liegen theoretisch bei Null. Wenn G2 größer als 1,0 ist, tritt eine Divergenz auf.
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Da sich die Exzentrizitäten der Stützwalze 2 während eines Walzvorgangs verändern, sollte die Lernverstärkung G2 unter Anbetracht eines Vergessenskoeffizienten der Walzenexzentrizitäts-Lerntabelle 23 vorzugsweise in den Bereich von 0,9 bis 1,0 gesetzt werden.
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<Walzenexzentrizitäts-Regelungsdaten-Berechnungseinheiten 24 und 34 und Walzenexzentrizitäts-Regelungsdaten-Ausgabeeinheit 40>
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Die Walzenexzentrizitäts-Regelungsdaten-Berechnungseinheit 24 für die Stützwalze 2 liest den dem Drehwinkel zugeordneten Walzenexzentrizitäts-Lernwert kurz vor dem Walzort des Walzgerüsts 150 aus der Walzenexzentrizitäts-Lerntabelle 23 für die Stützwalze 2 aus, wobei eine Datenübertragungsverzögerung berücksichtigt wird. Die Walzenexzentrizitäts-Regelungsdaten-Berechnungseinheit 24 gibt dann den ausgelesenen Walzenexzentrizitäts-Lernwert als Walzenexzentrizität SRECTOP der Stützwalze 2 an die Walzenexzentrizitäts-Regelungsdaten-Ausgabeeinheit 40 aus.
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Auf dieselbe Weise liest die Walzenexzentrizitäts-Regelungsdaten-Berechnungseinheit 34 für die Stützwalze 3 den dem Drehwinkel zugeordneten Walzenexzentrizitäts-Lernwert kurz vor dem Walzort des Walzgerüsts 150 aus der Walzenexzentrizitäts-Lerntabelle 33 für die Stützwalze 3 aus, wobei eine Datenübertragungsverzögerung berücksichtigt wird. Die Walzenexzentrizitäts-Regelungsdaten-Berechnungseinheit 34 gibt dann den ausgelesenen Walzenexzentrizitäts-Lernwert als Walzenexzentrizität SRECBOT der Stützwalze 3 an die Walzenexzentrizitäts-Regelungsdaten-Ausgabeeinheit 40 aus.
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Die Walzenexzentrizitäts-Regelungsdaten-Ausgabeeinheit 40 addiert die Walzenexzentrizität SRECTOP der Stützwalze 2 und die Walzenexzentrizität SRECBOT der Stützwalze 3 und gibt den sich ergebenden Wert als Walzenexzentrizitäts-Regelungsreferenz SREC an die Walzspaltpositions-Regelungsvorrichtung 8 aus. Auf der Grundlage der Walzenexzentrizitäts-Regelungsreferenz SREC verändert die Walzspaltpositions-Regelungsvorrichtung 8 die Walzspaltposition, um die Auswirkungen der Walzenexzentrizitäten der Stützwalzen 2 und 3 zu beseitigen.
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Vorteilhafte Wirkungen dieser Ausführungsform>
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Wie vorstehend beschrieben ist, führen die Walzenexzentrizitäts-Lerneinheiten 22 und 32 gemäß dieser Ausführungsform nach dem Addieren der kraftbedingten Walzenexzentrizität ΔSREC2(ΔP) und der dickenbedingten Walzenexzentrizität ΔSREC(Δh) Lernprozesse pro Umdrehung der Stützwalzen 2 und 3 durch. Die Lernprozesse enthalten einen Filterungsprozess, und die Prozessergebnisse werden bei jeweiligen vorbestimmten Drehwinkeln (zum Beispiel ein Grad) der Stützwalzen 2 und 3 erhalten. Die Walzregelungsvorrichtung 100 dieser Ausführungsform kann Walzenexzentrizitäten extrahieren, die dem Mehrfachen (dem N-fachen) der Drehfrequenzen der Stützwalzen 2 und 3 entsprechen.
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Darüber hinaus kann die Walzregelungsvorrichtung 100 dieser Ausführungsform die Walzenexzentrizitäten SRECTOP und SRECBOT der Stützwalzen 2 und 3 unter Ausschluss der Einwirkungen von verschiedenen äußeren Störfaktoren extrahieren. Die Walzregelungsvorrichtung 100 kann somit die Walzenexzentrizitäts-Regelungsreferenz SREC auf der Grundlage der Walzenexzentrizitäten SRECTOP und SRECBOT an die Walzspaltpositions-Regelungsvorrichtung 8 übermitteln, um die Auswirkungen der Walzenexzentrizitäten aufzuheben. Dementsprechend lassen sich mit der Walzregelungsvorrichtung 100 dieser Ausführungsform auf Walzenexzentrizitäten zurückzuführende Dickenabweichungen in präziser Weise reduzieren.
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<Zweite Ausführungsform>
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5 zeigt einen beispielhaften Walzenexzentrizitäts-Regelungsaufbau einer Walzregelungsvorrichtung 100a gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einen beispielhaften Aufbau eines zu regelnden Walzgerüsts 150a. Im Gegensatz zur Walzregelungsvorrichtung 100 der ersten Ausführungsform, bei der die Auswirkungen einer automatischen Kalibrierregelung auf die Walzenexzentrizitätsregelung nicht berücksichtigt werden (siehe 1), enthält die Walzregelungsvorrichtung 100a der zweiten Ausführungsform ein Walzenexzentrizifäts-Regelungssystem, welches die Auswirkungen einer automatischen Kalibrierregelung berücksichtigt. Unter einer automatischen Kalibrierregelung ist hier eine Regelung zur Beibehaltung einer konstanten Dicke zu verstehen, die neben Walzenexzentrizitäten ansonsten durch äußere Störfaktoren verändert wird.
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Wie in 5 gezeigt ist, enthält die Walzregelungsvorrichtung 100a der zweiten Ausführungsform zusätzlich zu den Bauelementen der Walzregelungsvorrichtung 100 in 1 eine Dickenerfassungseinrichtung 15 am Walzgerüsteingang und einen automatischen Kalibrierregler 16. Die Dickenerfassungseinrichtung 15 am Walzgerüsteingang kann jedoch auch weggelassen werden.
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Der automatische Kalibrierregler 16 gibt eine Walzspaltpositionsreferenz ΔSAGC, die auf der Grundlage einer von der Dickenerfassungseinrichtung 15 am Walzgerüsteingang erfassten Walzgerüsteingang-Dickenabweichung ΔH und auf der Grundlage einer von der Dickenerfassungseinrichtung 10 am Walzgerüstausgang erfassten Walzgerüstausgang-Dickenabweichung Δh berechnet wird, an die Walzspaltpositions-Regelungsvorrichtung 8 aus, um die Dicke am Ausgang des Walzgerüsts 150a auf einen gewünschten Solldickenwert einzustellen. Die Walzspaltpositionsreferenz ΔSAGC, die nicht mit Walzenexzentrizitäten zusammenhängt, wirkt als äußerer Störfaktor für das Walzenexzentrizitäts-Regelungssystem der ersten Ausführungsform.
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Wenn die Dicke am Ausgang des Walzgerüsts
150a konstant ist, wird eine Walzkraftschwankung ΔP
AGC, die durch die Walzspaltpositionsreferenz ΔS
AGC vom automatischen Kalibrierregler
16 verursacht wird, durch folgende Formel (7) ausgedrückt.
[Formel 7]
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Die Auswirkungen der automatischen Kalibrierregelung lassen sich beseitigen, indem eine Kraftschwankung ΔP
REC, die für die Walzenexzentrizitätsregelung zu verwenden ist, mit der Walzkraftschwankung ΔP
AGC aufgrund der Walzspaltpositionsreferenz ΔS
AGC korrigiert wird. Die für die Walzenexzentrizitätsregelung zu verwendende Kraftschwankung ΔP
REC kann gemäß folgender Formel (8) berechnet werden.
[Formel 8]
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Bei dieser Ausführungsform kann die Walzenexzentrizitätsregelung wie in der ersten Ausführungsform ausgeführt werden, indem die Kraftschwankung ΔPREC für die Walzenexzentrizitätsregelung gemäß Formel (8) verwendet wird. Dementsprechend lassen sich mit dieser Ausführungsform vorteilhafte Wirkungen erzielen, die den vorteilhaften Wirkungen der ersten Ausführungsform ähnlich sind.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obige Ausführungsform und die modifizierte Ausführungsform beschränkt, sondern umfasst verschiedene andere modifizierte Ausführungsformen. So sind zum Beispiel die obige Ausführungsform sowie die modifizierte Ausführungsform im Einzelnen beschrieben, um die vorliegende Erfindung klar darzustellen, wobei sie nicht notwendigerweise alle vorstehend beschriebenen Bauelemente enthalten müssen. Einige Bauelemente einer Ausführungsform oder modifizierten Ausführungsform können mit bestimmten anderen Bauelementen einer anderen Ausführungsform oder modifizierten Ausführungsform ersetzt werden, und einige Bauelemente einer Ausführungsform oder modifizierten Ausführungsform können zu einer anderen Ausführungsform oder modifizierten Ausführungsform hinzukommen. An allen Ausführungsformen und modifizierten Ausführungsformen können bestimmte Bauelemente hinzugefügt, weggenommen oder ersetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2006272446 A [0005, 0006]
- WO 2009/136435 [0005, 0007]