DE19727821A1 - Verfahren und Einrichtung zur Steuerung und Voreinstellung eines Walzgerüstes bzw. einer Walzstraße - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zur Steuerung und Voreinstellung eines Walzgerüstes bzw. einer WalzstraßeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Einrichtung
zur Steuerung und Voreinstellung eines Walzgerüstes bzw. ei
ner Walzstraße zum Walzen eines Walzbandes, wobei die Steue
rung und/oder Voreinstellung des Walzgerüstes in Abhängigkeit
zumindest der Walzkraft erfolgt, die mittels eines, insbeson
dere analytischen, Walzkraftmodells berechnet wird.
Die Prozeßautomatisierung von Walzstraßen hat die Aufgabe,
die Einstellungen der Walzgerüste für das nächste zu walzende
Band zu berechnen. Dazu wird u. a. die zu erwartende Walzkraft
benötigt. Diese kann z. B. mit einem analytischen Walzkraftmo
dell in Abhängigkeit von Einflußgrößen wie dem Formänderungs
widerstand des Materials ermittelt werden.
Es hat sich gezeigt, daß die Qualitätsanforderungen, insbe
sondere für hoherwertige Stähle, häufig nicht eingehalten
werden können. Entsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, die
Qualität eines gewalzten Stahls, insbesondere durch Einhalten
von Dicken- oder Härtetoleranzen, zu erhöhen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren entspre
chend Anspruch 1 bzw. eine Einrichtung entsprechend Anspruch
14 gelöst. Dabei wird der mittels eines insbesondere analyti
schen, Walzkraftmodells berechnete Wert für die Walzkraft
mittels eines sogenannten Globalnetzes in Abhängigkeit von
Einflußgrößen auf die Walzkraft korrigiert, die walzgerüst-
bzw. walzstraßenunabhängig sind, wobei das Globalnetz zumin
dest ein neuronales Netz aufweist. Auf diese Weise ist es
möglich, die Prognose für die Walzkraft deutlich zu verbes
sern, was wiederum zu einer deutlichen Verbesserung des Wal
zergebnisses führt. Ferner ermöglicht die Verwendung walzge
rüst- bzw. walzstraßenunabhängiger Einflußgrößen, insbesonde
re chemischer Einflußgrößen, daß Erfahrungswissen, das beim
Betrieb anderer Walzstraßen gewonnen wurde, verwendet werden
kann.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der mittels
des insbesondere analytischen, Walzkraftmodells berechnete
Wert der Walzkraft mittels eines Korrekturnetzes in Abhängig
keit von Einflußgroßen auf die Walzkraft korrigiert, wobei
das Korrekturnetz zumindest ein neuronales Netz aufweist. Auf
diese Weise kann die Walzkraft noch präziser vorausberechnet
und das Walzergebnis verbessert werden. Dabei werden insbe
sondere walzgerüst- bzw. walzstraßenabhängige Einflußgrößen
berücksichtigt.
Die neuronalen Netze bzw. das neuronale Netz des Korrektur
netzes werden bzw. wird in vorteilhafter Ausgestaltung on
line oder in bestimmten Zeitabständen an das aktuelle Prozeß
geschehen adaptiert. Es kann ferner vorgesehen werden, mehre
re neuronale Netze als Korrekturnetz vorzusehen, die in un
terschiedlichen Zeitzyklen entsprechend der DE 196 41 431 ad
aptiert und verknüpft werden.
Für ein neuronales Netz, dem u. a. verschiedene Legierungsan
teile als Eingangsgrößen zugeführt werden, so daß dieses 15
oder mehr Eingangsgrößen hat, hat es sich als vorteilhaft er
wiesen, es als Multilayer Peceptron mit einer verdeckten Ebe
ne, die 50 bis 200, 80 bis 120 oder auch vorteilhafterweise
100 Knoten aufweist auszuführen.
Weitere Vorteile und erfinderische Einzelheiten ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen,
anhand der Zeichnungen und in Verbindung mit den Unteransprü
chen. Im einzelnen zeigen:
Fig. 1 eine beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens
Fig. 2 ein neuronales Netz zur erfindungsgemäßen Anwendung
Fig. 3 eine alternative Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens
Fig. 1 zeigt eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Dabei wird mittels eines analytischen Walzkraftmodells 4 ein
Wert Fw basic für die Walzkraft in Abhängigkeit, insbesondere
physikalischer, Einflußgrößen Up ermittelt, die walzgerüst-
bzw. walzstraßenabhängig sind. Es kann jedoch auch alternativ
vorgesehen werden, daß auch walzgerüst- bzw. walzstraßenunab
hängige Einflußgrößen Uc Eingangsgrößen des analytischen
Walzmodells 4 sind. Anstelle des analytischen Walzmodells 4
kann auch ein hybrides Walzmodell verwendet werden, das zu
mindest ein analytisches Modell und zumindest ein neuronales
Netz aufweist. Der Ausgang Fw basic des analytischen Wälzmodells
4 wird mittels eines Korrekturblocks 1 in Abhängigkeit eines
Korrekturwertes Kw global korrigiert. Ausgangsgröße des Korrek
turblocks 1 ist ein korrigierter Wert Fw global für die Walz
kraft. Der Korrekturwert Kw global wird mittels eines Globalnet
zes in Abhängigkeit, insbesondere chemischer, Einflußgrößen
Uc auf die Walzkraft korrigiert, die walzgerüst- bzw. walz
straßenunabhängig sind. Der korrigierte Wert Fw global wird mit
tels eines weiteren Korrekturblocks 2 in Abhängigkeit des
Korrekturwerts Kw special korrigiert. Das Ergebnis dieser Kor
rektur ist ein weiter korrigierter Wert Fw special für die Walz
kraft. Der Korrekturwert Kw special wird mittels eines Korrek
turnetzes 5 in Abhängigkeit der Größen Uc und Up gebildet.
Als Eingänge Uc in das Globalnetz 3 und das Korrekturnetz 5
kommen die Umgebungstemperatur oder der Temperatur des Walz
bandes, Kohlenstoffanteil im Walzband oder von Kohlenstoff
äquivalenten im Walzband, der Nutz- und/oder der Schadstoff
anteile im Walzband, Siliziumanteil im Walzband, Mangananteil
im Walzband, Phosphoranteil im Walzband, Schwefelanteil im
Walzband, Kobaltanteil im Walzband, Aluminiumanteil im Walz
band, Chromanteil im Walzband, Molydananteil im Walzband,
Nickelanteil im Walzband, Vanadiumanteil im Walzband, Kupfer
anteil im Walzband, Zinnanteil im Walzband, Calziumanteil im
Walzband, Titananteil im Walzband, Boranteil im Walzband, Ni
obanteil im Walzband, Arsenanteil im Walzband, Wolframanteil
im Walzband, Stickstoffanteil im Walzband und Eisenanteil im
Walzband in Frage. Dabei können in das Globalnetz 3 und das
Korrekturnetz 5 unterschiedliche Eingangsgrößen Uc eingehen.
Für die Eingangsgrößen Up kommen Breite des Walzbandes, Dicke
des Walzbandes vor dem Walzgerüst, Dicke des Walzbandes hin
ter dem Walzgerüst, Temperatur des Walzbandes, Zugspannung im
Walzband vor dem Walzgerüst, Zugspannung im Walzband hinter
dem Walzgerüst, Walzgeschwindigkeit und Arbeitswalzendurch
messer in Frage. Die Temperatur des Walzbands kann den Größen
Uc, den Größen Up oder beiden zugeordnet werden. Die Korrek
turblöcke 1 und 2 können Multiplikatoren oder Summationsstel
len sein, wobei sich Multiplikatoren als besonders vorteil
haft erwiesen haben. Es kommen jedoch auch komplexere Ver
knüpfungen in Frage.
Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes neuronales Netz als Ausfüh
rung eines Globalnetzes bzw. eines Korrekturnetzes. Bei Aus
führung des neuronalen Netzes als Globalnetz gehen in die
Eingangsknoten 7, 8, 9, 10, 11, 12 des neuronalen Netzes Einfluß
größen auf die Walzkraft ein, die walzgerüst- bzw. walzstra
ßenunabhängig sind. Bei Einsatz des neuronalen Netzes als
Korrekturnetz gehen in die Eingangsknoten 7, 8, 9, 10, 11, 12
walzgerüst- bzw. walzstraßenabhängige sowie walzgerüst- bzw.
walzstraßenunabhängige Einflußgrößen auf die Walzkraft ein.
Das neuronale Netz weist eine Ebene mit 100 verdeckten Neuro
nen 14 auf. Der Ausgangsknoten 15 gibt einen Korrekturwert
Kw global bzw. Kw special oder bei einer Konfiguration gemäß Fig. 3
einen korrigierten Wert Fw global bzw. Fw special für die Walzkraft
aus.
Fig. 3 zeigt eine älternative Struktur zur Ausführung des er
findungsgemäßen Verfahrens. Dabei haben Up, Uc, Fw basic, Fw global,
Fw special sowie Bezugszeichen 4 die gleiche Bedeutung wie in
Fig. 1. Bezugszeichen 17 bezeichnet ein Globalnetz, das einen
korrigierten Wert für die Walzkraft Fw global in Abhängigkeit
der Werte Uc und Fw basic bildet. Der Wert Fw global wird durch ein
Korrekturnetz 18 in Abhängigkeit des Wertes Fw global, Up und Uc
verbessert. Ausgangswert des Korrekturnetzes 18 ist ein prä
ziserer Wert Fw special für die Walzkraft.
Es hat sich gezeigt, daß die Konfiguration gemäß Fig. 1 der
Konfiguration gemäß Fig. 3 in bezug auf Rechenaufwand und
Trainingsaufwand bei der Adaption, insbesondere bei der on
line Adaption, des Korrekturnetzes 5 und 18, überlegen ist.
Es hat sich bei manchen Anwendungen als vorteilhaft erwiesen,
das erfindungsgemäße Verfahren auf einem verteilten Rechensy
stem zu implementieren. Dabei erfolgt die Steuerung und Vor
einstellung der Walzstraße bzw. des Walzgerüstes auf dersel
ben Hardware-Plattform wie die Berechnung der Walzkraft. Je
doch wird das rechenintensive Off-Line Training des Global
netzes auf einer anderen Hardware implementiert.
Claims (16)
1. Verfahren zur Steuerung und/oder Voreinstellung eines
Walzgerüstes bzw. einer Walzstraße zum Walzen eines Walzban
des, wobei die Steuerung und/oder Voreinstellung des Walzge
rüstes in Abhängigkeit zumindest der Walzkraft erfolgt, die
mittels eines, insbesondere analytischen, Walzkraftmodells
(4) berechnet wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mittels des, insbesondere analytischen, Walzkraftmo
dells (4) berechnete Wert (Fw basic) der Walzkraft mittels eines
Globalnetzes (3, 17) in Abhängigkeit von, insbesondere chemi
schen, Einflußgrößen (Uc) auf die Walzkraft korrigiert wird,
die walzgerüst- bzw. walzstraßenunabhängig sind, wobei das
Globalnetz (3, 17) zumindest ein neuronales Netz aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mittels des, insbesondere analytischen, Walzkraftmo
dells (4) berechnete Wert (Fw basic) der Walzkraft mittels eines
Korrekturnetzes (5, 18) in Abhängigkeit von Einflußgrößen
(Up, Uc) auf die Walzkraft korrigiert wird, wobei das Korrek
turnetz (5, 18) zumindest ein neuronales Netz aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mittels des, insbesondere analytischen, Walzkraftmo
dells (4) berechnete Wert (Fw basic) der Walzkraft mittels des
Globalnetzes (3, 17) in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur
oder der Temperatur des Walzbandes korrigiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mittels des, insbesondere analytischen, Walzkraftmo
dells (4) berechnete Wert (Fw basic) der Walzkraft mittels des
Globalnetzes (3, 17) in Abhängigkeit vom Kohlenstoffanteil im
Walzband oder von Kohlenstoffäquivalenten im Walzband korri
giert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mittels des, insbesondere analytischen, Walzkraftmo
dells (4) berechnete Wert (Fw basic) der Walzkraft mittels des
Globalnetzes (3, 17) in Abhängigkeit der Nutz- und/oder der
Schadstoffanteile im Walzband korrigiert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mittels des, insbesondere analytischen, Walzkraftmo
dells (4) berechnete Wert (Fw basic) der Walzkraft mittels des
Globalnetzes (3, 17) in Abhängigkeit vom Siliziumanteil, vom
Mangananteil, vom Phosphoranteil, vom Schwefelanteil, vom Ko
baltanteil, vom Aluminiumanteil, vom Chromanteil, vom Moly
dänanteil, vom Nickelanteil, vom Vanadiumanteil, vom Kupfer
anteil, vom Zinnanteil, vom Calziumanteil, vom Titananteil,
vom Boranteil, vom Neobanteil, vom Arsenanteil, vom Wolfram
anteil und vom Stickstoffanteil oder einer Kombination dieser
Anteile korrigiert wird bzw. daß der mittels des, insbesonde
re analytischen, Walzkraftmodells (4) berechnete Wert (Fw basic)
der Walzkraft mittels des Globalnetzes (3, 17) in Abhängigkeit
vom Eisenanteil im Walzband korrigiert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Korrekturnetz (5, 18) on-line trainiert und adaptiert
wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das die neuronalen Netze als Multilayer Peceptron mit ei
ner verdeckten Ebene ausgebildet sind.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die verdeckte Ebene des neuronalen Netzes 50 bis 200,
vorteilhafterweise 80 bis 120 Knoten aufweist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mittels des, insbesondere analytischen, Walzkraftmo
dells (4) berechnete Wert (Fw basic) der Walzkraft mittels des
Korrekturnetzes (5, 18) in Abhängigkeit zumindest einer der
Eingangsgrößen (Uc) des Globalnetzes (3, 17) korrigiert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mittels des, insbesondere analytischen, Walzkraftmo
dells (4) berechnete Wert (Fw basic) der Walzkraft mittels des
Korrekturnetzes (5, 18) in Abhängigkeit aller Eingangsgrößen
(Uc) des Globalnetzes (3, 17) korrigiert wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mittels des, insbesondere analytischen, Walzkraftmo
dells (4) berechnete Wert (Fw basic) der Walzkraft mittels des
Korrekturnetzes (5, 18) in Abhängigkeit zumindest einer der
Größen Breite des Walzbandes, Dicke des Walzbandes vor dem
Walzgerüst, Dicke des Walzbandes hinter dem Walzgerüst, Tem
peratur des Walzbandes, Zugspannung im Walzband vor dem Walz
gerüst, Zugspannung im Walzband hinter dem Walzgerüst, Walz
geschwindigkeit und Arbeitswalzendurchmesser korrigiert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mittels des, insbesondere analytischen, Walzkraftmo
dells (4) berechnete Wert (Fw basic) der Walzkraft mittels des
Korrekturnetzes (5, 18) in Abhängigkeit der Größen Breite des
Walzbandes, Dicke des Walzbandes vor dem Walzgerüst, Dicke
des Walzbandes hinter dem Walzgerüst, Temperatur des Walzban
des, Zugspannung im Walzband vor dem Walzgerüst, Zugspannung
im Walzband hinter dem Wälzgerüst, Walzgeschwindigkeit und
Arbeitswalzendurchmesser korrigiert wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die neuronalen Netze mit der Backpropagation Methode
trainiert werden.
15. Recheneinrichtung zur Steuerung und/oder Voreinstellung
eines Walzgerüstes bzw. einer Walzstraße zum Walzen eines
Walzbandes in Abhängigkeit zumindest der Walzkraft, insbeson
dere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche
1 bis 14, wobei die Recheneinrichtung die Walzkraft mittels
eines, insbesondere analytischen, Walzkraftmodells (4) be
rechnend ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf der Recheneinrichtung ein Globalnetz (3, 17) implemen
tiert ist, mittels dessen der mittels des, insbesondere ana
lytischen, Walzkraftmodells (4) berechnete Wert (Fw basic) der
Walzkraft in Abhängigkeit von Einflußgrößen (Uc) auf die
Walzkraft korrigiert wird, die walzgerüst- bzw. walzstra
ßenunabhängig sind, wobei das Globalnetz (3, 17) zumindest ein
neuronales Netz aufweist.
16. Recheneinrichtung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie als Mehrrechnersystem ausgebildet ist.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE1997127821 DE19727821A1 (de) | 1997-06-30 | 1997-06-30 | Verfahren und Einrichtung zur Steuerung und Voreinstellung eines Walzgerüstes bzw. einer Walzstraße |
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| DE19727821A1 true DE19727821A1 (de) | 1999-01-21 |
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| DE1997127821 Ceased DE19727821A1 (de) | 1997-06-30 | 1997-06-30 | Verfahren und Einrichtung zur Steuerung und Voreinstellung eines Walzgerüstes bzw. einer Walzstraße |
Country Status (1)
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|---|---|
| DE (1) | DE19727821A1 (de) |
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- 1997-06-30 DE DE1997127821 patent/DE19727821A1/de not_active Ceased
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