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Dokumentenidentifikation DE19727821A1 21.01.1999
Titel Verfahren und Einrichtung zur Steuerung und Voreinstellung eines Walzgerüstes bzw. einer Walzstraße
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Broese, Einar, Dr.rer.nat., 91056 Erlangen, DE;
Gramckow, Otto, Dr., 91052 Erlangen, DE;
Braisch, Dieter, Dipl.-Ing., 90542 Eckental, DE
DE-Anmeldedatum 30.06.1997
DE-Aktenzeichen 19727821
Offenlegungstag 21.01.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.01.1999
IPC-Hauptklasse B21B 37/00
Zusammenfassung Verfahren zur Steuerung und/oder Voreinstellung eines Walzgerüstes bzw. einer Walzstraße zum Walzen eines Walzbandes, wobei die Steuerung und/oder Voreinstellung des Walzgerüstes in Abhängigkeit zumindest der Walzkraft erfolgt, die mittels eines, insbesondere analytischen, Walzkraftmodells (4) berechnet wird, wobei der mittels des, insbesondere analytischen, Walzkraftmodells (4) berechnete Wert (Fwbasic) der Walzkraft mittels eines Globalnetzes (3, 17) in Abhängigkeit von, insbesondere chemischen, Einflußgrößen (Uc) auf die Walzkraft korrigiert wird, die walzgerüst- bzw. walzstraßenunabhängig sind, wobei das Globalnetz (3, 17) zumindest ein neuronales Netz aufweist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Einrichtung zur Steuerung und Voreinstellung eines Walzgerüstes bzw. einer Walzstraße zum Walzen eines Walzbandes, wobei die Steuerung und/oder Voreinstellung des Walzgerüstes in Abhängigkeit zumindest der Walzkraft erfolgt, die mittels eines, insbesondere 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 Walzkraftmodell in Abhängigkeit von Einflußgrößen wie dem Formänderungswiderstand des Materials ermittelt werden.

Es hat sich gezeigt, daß die Qualitätsanforderungen, insbesondere 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 entsprechend Anspruch 1 bzw. eine Einrichtung entsprechend Anspruch 14 gelöst. Dabei wird der mittels eines insbesondere analytischen, 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 zumindest ein neuronales Netz aufweist. Auf diese Weise ist es möglich, die Prognose für die Walzkraft deutlich zu verbessern, was wiederum zu einer deutlichen Verbesserung des Walzergebnisses führt. Ferner ermöglicht die Verwendung walzgerüst- bzw. walzstraßenunabhängiger Einflußgrößen, insbesondere 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 Abhängigkeit 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 insbesondere walzgerüst- bzw. walzstraßenabhängige Einflußgrößen berücksichtigt.

Die neuronalen Netze bzw. das neuronale Netz des Korrekturnetzes werden bzw. wird in vorteilhafter Ausgestaltung online oder in bestimmten Zeitabständen an das aktuelle Prozeßgeschehen adaptiert. Es kann ferner vorgesehen werden, mehrere neuronale Netze als Korrekturnetz vorzusehen, die in unterschiedlichen Zeitzyklen entsprechend der DE 196 41 431 adaptiert und verknüpft werden.

Für ein neuronales Netz, dem u. a. verschiedene Legierungsanteile als Eingangsgrößen zugeführt werden, so daß dieses 15 oder mehr Eingangsgrößen hat, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, es als Multilayer Peceptron mit einer verdeckten Ebene, 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 Unteransprüchen. 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 Fwbasic 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. walzstraßenunabhängige Einflußgrößen Uc Eingangsgrößen des analytischen Walzmodells 4 sind. Anstelle des analytischen Walzmodells 4 kann auch ein hybrides Walzmodell verwendet werden, das zumindest ein analytisches Modell und zumindest ein neuronales Netz aufweist. Der Ausgang Fwbasic des analytischen Wälzmodells 4 wird mittels eines Korrekturblocks 1 in Abhängigkeit eines Korrekturwertes Kwglobal korrigiert. Ausgangsgröße des Korrekturblocks 1 ist ein korrigierter Wert Fwglobal für die Walzkraft. Der Korrekturwert Kwglobal wird mittels eines Globalnetzes in Abhängigkeit, insbesondere chemischer, Einflußgrößen Uc auf die Walzkraft korrigiert, die walzgerüst- bzw. walzstraßenunabhängig sind. Der korrigierte Wert Fwglobal wird mittels eines weiteren Korrekturblocks 2 in Abhängigkeit des Korrekturwerts Kwspecial korrigiert. Das Ergebnis dieser Korrektur ist ein weiter korrigierter Wert Fwspecial für die Walzkraft. Der Korrekturwert Kwspecial wird mittels eines Korrekturnetzes 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 Walzbandes, Kohlenstoffanteil im Walzband oder von Kohlenstoffäquivalenten im Walzband, der Nutz- und/oder der Schadstoffanteile im Walzband, Siliziumanteil im Walzband, Mangananteil im Walzband, Phosphoranteil im Walzband, Schwefelanteil im Walzband, Kobaltanteil im Walzband, Aluminiumanteil im Walzband, Chromanteil im Walzband, Molydananteil im Walzband, Nickelanteil im Walzband, Vanadiumanteil im Walzband, Kupferanteil im Walzband, Zinnanteil im Walzband, Calziumanteil im Walzband, Titananteil im Walzband, Boranteil im Walzband, Niobanteil 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 hinter dem Walzgerüst, Temperatur des Walzbandes, Zugspannung im Walzband vor dem Walzgerüst, Zugspannung im Walzband hinter dem Walzgerüst, Walzgeschwindigkeit und Arbeitswalzendurchmesser in Frage. Die Temperatur des Walzbands kann den Größen Uc, den Größen Up oder beiden zugeordnet werden. Die Korrekturblöcke 1 und 2 können Multiplikatoren oder Summationsstellen sein, wobei sich Multiplikatoren als besonders vorteilhaft erwiesen haben. Es kommen jedoch auch komplexere Verknüpfungen in Frage.

Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes neuronales Netz als Ausführung eines Globalnetzes bzw. eines Korrekturnetzes. Bei Ausführung des neuronalen Netzes als Globalnetz gehen in die Eingangsknoten 7, 8, 9, 10, 11, 12 des neuronalen Netzes Einflußgrößen auf die Walzkraft ein, die walzgerüst- bzw. walzstraßenunabhängig 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 Neuronen 14 auf. Der Ausgangsknoten 15 gibt einen Korrekturwert Kwglobal bzw. Kwspecial oder bei einer Konfiguration gemäß Fig. 3 einen korrigierten Wert Fwglobal bzw. Fwspecial für die Walzkraft aus.

Fig. 3 zeigt eine älternative Struktur zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei haben Up, Uc, Fwbasic, Fwglobal, Fwspecial sowie Bezugszeichen 4 die gleiche Bedeutung wie in Fig. 1. Bezugszeichen 17 bezeichnet ein Globalnetz, das einen korrigierten Wert für die Walzkraft Fwglobal in Abhängigkeit der Werte Uc und Fwbasic bildet. Der Wert Fwglobal wird durch ein Korrekturnetz 18 in Abhängigkeit des Wertes Fwglobal, Up und Uc verbessert. Ausgangswert des Korrekturnetzes 18 ist ein präziserer Wert Fwspecial 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 online Adaption, des Korrekturnetzes 5 und 18, überlegen ist.

Es hat sich bei manchen Anwendungen als vorteilhaft erwiesen, das erfindungsgemäße Verfahren auf einem verteilten Rechensystem zu implementieren. Dabei erfolgt die Steuerung und Voreinstellung der Walzstraße bzw. des Walzgerüstes auf derselben Hardware-Plattform wie die Berechnung der Walzkraft. Jedoch wird das rechenintensive Off-Line Training des Globalnetzes auf einer anderen Hardware implementiert.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Steuerung und/oder Voreinstellung eines Walzgerüstes bzw. einer Walzstraße zum Walzen eines Walzbandes, wobei die Steuerung und/oder Voreinstellung des Walzgerüstes in Abhängigkeit zumindest der Walzkraft erfolgt, die mittels eines, insbesondere analytischen, Walzkraftmodells (4) berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels des, insbesondere analytischen, Walzkraftmodells (4) berechnete Wert (Fwbasic) der Walzkraft mittels eines Globalnetzes (3, 17) in Abhängigkeit von, insbesondere chemischen, Einflußgrößen (Uc) auf die Walzkraft korrigiert wird, die walzgerüst- bzw. walzstraßenunabhängig sind, wobei das Globalnetz (3, 17) zumindest ein neuronales Netz aufweist.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels des, insbesondere analytischen, Walzkraftmodells (4) berechnete Wert (Fwbasic) der Walzkraft mittels eines Korrekturnetzes (5, 18) in Abhängigkeit von Einflußgrößen (Up, Uc) auf die Walzkraft korrigiert wird, wobei das Korrekturnetz (5, 18) zumindest ein neuronales Netz aufweist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels des, insbesondere analytischen, Walzkraftmodells (4) berechnete Wert (Fwbasic) der Walzkraft mittels des Globalnetzes (3, 17) in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur oder der Temperatur des Walzbandes korrigiert wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels des, insbesondere analytischen, Walzkraftmodells (4) berechnete Wert (Fwbasic) der Walzkraft mittels des Globalnetzes (3, 17) in Abhängigkeit vom Kohlenstoffanteil im Walzband oder von Kohlenstoffäquivalenten im Walzband korrigiert wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels des, insbesondere analytischen, Walzkraftmodells (4) berechnete Wert (Fwbasic) der Walzkraft mittels des Globalnetzes (3, 17) in Abhängigkeit der Nutz- und/oder der Schadstoffanteile im Walzband korrigiert wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels des, insbesondere analytischen, Walzkraftmodells (4) berechnete Wert (Fwbasic) der Walzkraft mittels des Globalnetzes (3, 17) in Abhängigkeit vom Siliziumanteil, vom Mangananteil, vom Phosphoranteil, vom Schwefelanteil, vom Kobaltanteil, vom Aluminiumanteil, vom Chromanteil, vom Molydänanteil, vom Nickelanteil, vom Vanadiumanteil, vom Kupferanteil, vom Zinnanteil, vom Calziumanteil, vom Titananteil, vom Boranteil, vom Neobanteil, vom Arsenanteil, vom Wolframanteil und vom Stickstoffanteil oder einer Kombination dieser Anteile korrigiert wird bzw. daß der mittels des, insbesondere analytischen, Walzkraftmodells (4) berechnete Wert (Fwbasic) der Walzkraft mittels des Globalnetzes (3, 17) in Abhängigkeit vom Eisenanteil im Walzband korrigiert wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrekturnetz (5, 18) on-line trainiert und adaptiert wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das die neuronalen Netze als Multilayer Peceptron mit einer verdeckten Ebene ausgebildet sind.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die verdeckte Ebene des neuronalen Netzes 50 bis 200, vorteilhafterweise 80 bis 120 Knoten aufweist.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels des, insbesondere analytischen, Walzkraftmodells (4) berechnete Wert (Fwbasic) der Walzkraft mittels des Korrekturnetzes (5, 18) in Abhängigkeit zumindest einer der Eingangsgrößen (Uc) des Globalnetzes (3, 17) korrigiert wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels des, insbesondere analytischen, Walzkraftmodells (4) berechnete Wert (Fwbasic) der Walzkraft mittels des Korrekturnetzes (5, 18) in Abhängigkeit aller Eingangsgrößen (Uc) des Globalnetzes (3, 17) korrigiert wird.
  12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels des, insbesondere analytischen, Walzkraftmodells (4) berechnete Wert (Fwbasic) 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, Temperatur des Walzbandes, Zugspannung im Walzband vor dem Walzgerüst, Zugspannung im Walzband hinter dem Walzgerüst, Walzgeschwindigkeit und Arbeitswalzendurchmesser korrigiert wird.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels des, insbesondere analytischen, Walzkraftmodells (4) berechnete Wert (Fwbasic) 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 Walzbandes, Zugspannung im Walzband vor dem Walzgerüst, Zugspannung im Walzband hinter dem Wälzgerüst, Walzgeschwindigkeit und Arbeitswalzendurchmesser korrigiert wird.
  14. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die neuronalen Netze mit der Backpropagation Methode trainiert werden.
  15. 15. Recheneinrichtung zur Steuerung und/oder Voreinstellung eines Walzgerüstes bzw. einer Walzstraße zum Walzen eines Walzbandes in Abhängigkeit zumindest der Walzkraft, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Recheneinrichtung die Walzkraft mittels eines, insbesondere analytischen, Walzkraftmodells (4) berechnend ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Recheneinrichtung ein Globalnetz (3, 17) implementiert ist, mittels dessen der mittels des, insbesondere analytischen, Walzkraftmodells (4) berechnete Wert (Fwbasic) der Walzkraft in Abhängigkeit von Einflußgrößen (Uc) auf die Walzkraft korrigiert wird, die walzgerüst- bzw. walzstraßenunabhängig sind, wobei das Globalnetz (3, 17) zumindest ein neuronales Netz aufweist.
  16. 16. Recheneinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Mehrrechnersystem ausgebildet ist.






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