Direkt valsspaltsreglering

Mätning av valsspalten där tjockleken skapas

Bandtjockleken skapas i valsspalten. Inte vid utgångsmätaren, inte vid HAGC-cylindern, inte i valshuset — i spalten mellan arbetsvalsarna. Ändå ser AGC i de flesta valsverk aldrig den faktiska spalten. Systemet arbetar med indirekta signaler: cylinderposition, valskraft, utgångstjocklek. Alla dessa är nedströms, fördröjda och filtrerade av valsverksställets mekaniska eftergivlighet. Vollmers direkta valsspaltsreglering (DRGC) ändrar detta. Två spaltsensorer, monterade direkt vid arbetsvalsarnas axeltappar på drivsidan (DS) och operatörssidan (OS), mäter den faktiska valsöppningen — i bittzonen, där banddimensionen bestäms. Den korta signalvägen ger AGC den snabbaste och renaste återkoppling som finns i något valsverk. Resultatet: snabbare tjockleksstabilisering, mindre huvud- och svansavvikelser, reducerad kil och en stabilare process under hastighets- och laständringar.

Problemet: Varför indirekta spaltsignaler inte räcker

Varje valsverk har någon form av spaltreglering. Frågan är hur nära den faktiska spalten mätningen tas och hur mycket som går förlorat på vägen till AGC-regulatorn.

Metod 1: HAGC-cylinderposition

Det vanligaste tillvägagångssättet. Positionen hos den hydrauliska cylindern mäts med en inbyggd lägesgivare. Antagandet är att cylinderpositionen är lika med valsspalten.

Vad som går förlorat: Cylindern är inte direkt ansluten till arbetsvalsen. Mellan cylindern och valsspalten finns stödvalslager, stödvalsaxeltappar, valshusposter, kilplattor, chockar och arbetsvalslager. Alla dessa har elasticitet. Under last sträcks valsverksstället. Huset deformeras, lagren komprimeras och chockarna böjer sig. Den faktiska valsspalten är cylinderpositionen minus alla dessa elastiska deformationer.

Resultatet är att cylinderpositionssignalen är en mekaniskt filtrerad version av den verkliga spalten. Snabba störningar, till exempel laststeg vid bandhuvud och svans, hastighetsändringar och valsexcentricitet, dämpas innan de når mätpunkten. AGC ser en jämn, fördröjd bild medan bandet redan är utanför tolerans.

Metod 2: Valskraft och gauge meter-ekvationen

Ett mer sofistikerat tillvägagångssätt. Gauge meter-ekvationen beräknar utgångstjockleken som:

h = S₀ + F / K

Där h är utgångstjockleken, S₀ är den obelastade valsspalten, F är valskraften och K är valsverksmodulen, alltså valsverksställets styvhet. Genom att mäta kraften och känna till valsverksmodulen kan regulatorn uppskatta utgångstjockleken utan att vänta på utgångsmätarens signal.

Vad som går förlorat: Valsverksmodulen K är inte konstant. Den beror på temperatur, smörjning, valsdiameter, lagertillstånd och lastfördelningen över valskroppen. Valsdiametern ändras dessutom med slitage och slipning. Varje fel i K översätts direkt till ett tjockleksfel. Under transienter, till exempel bandhuvud, svans och hastighetsändringar, avviker den faktiska styvheten från modellen och uppskattningen driver.

Metod 3: Utgångstjockleksmätare, feedback-AGC

Utgångsmätaren, till exempel kontaktmätare, laser eller röntgen, mäter den faktiska bandtjockleken efter att bandet lämnat valsspalten. Detta är den verkliga sanningen, men den kommer sent.

Vad som går förlorat: Transportfördröjning. Bandet måste färdas från valsspalten till mätaren innan felet detekteras. Vid höga valshastigheter kan denna fördröjning motsvara meter av band. AGC korrigerar felet, men bandet mellan valsspalten och mätaren är redan utanför mått. Det är därför huvudändans avvikelser kan sträcka sig 10-30 meter på ett verk utan feedforward eller direkt spaltreglering.

Den gemensamma begränsningen

Alla tre indirekta metoder delar samma grundläggande svaghet: de mäter konsekvenser av spalten, inte spalten själv. Signalen är alltid fördröjd, filtrerad eller modellerad. Snabba händelser, alltså de ögonblick då tjockleksreglering spelar störst roll, är också de ögonblick då indirekta signaler är minst exakta.

Lösningen: Mätning av spalten direkt vid arbetsvalsarnas axeltappar

DRGC flyttar mätpunkten till där tjockleken skapas. Två spaltsensorer monteras vid arbetsvalsarnas axeltappar — en på drivsidan (DS) och en på operatörssidan (OS). De mäter den faktiska öppningen mellan arbetsvalsarna vid axeltappslagersätena.

Varför arbetsvalsens axeltapp

Arbetsvalsens axeltapp är den närmaste tillgängliga mätpunkten till bittzonen. Det enda som finns mellan sensorn och bandet är arbetsvalsens kropp — som är en styv stålcylinder. Det finns inga stödvalslager, inga valshusselasticiteters, inga chockböjningar, inget kilplatsspel i mätvägen.

Resultatet är en signal som är:

Snabb — Förändringar i spalten syns i mätsignalen inom millisekunder, innan bandet har lämnat bittzonen och innan utgångsmätaren har registrerat någon förändring.

Ofiltrerad — Signalen påverkas minimalt av valsverksställets mekaniska eftergivlighet. Snabba händelser (laststeg, excentricitet, hastighetsändringar) fångas med full amplitud, inte dämpade av elastisk deformation.

Lokal — Med sensorer på både DS och OS mäter systemet spalten på varje sida av verket oberoende. Detta möjliggör direkt detektering och korrigering av kil — skillnaden i spalt mellan de två sidorna.

Hur DRGC integreras med AGC

DRGC ersätter inte utgångstjockleksmätaren eller HAGC. Den lägger till en tredje, snabbare signal till AGC-reglerloopen:

Utgångsmätare → ger den absoluta tjockleksreferensen (feedback). Långsam men exakt.

HAGC-cylinderposition → ger spaltuppskattningen från hydraulsystemet. Snabb men filtrerad.

DRGC-spaltsensorer → ger den direkta, ofiltrerade spaltmätningen från bittzonen. Snabbast och renast signal.

AGC-regulatorn använder alla tre signalerna. DRGC-signalen hanterar snabba transienter — huvud, svans, hastighetsändringar, laststeg. Utgångsmätarsignalen ger den absoluta referensen för stationär korrigering. HAGC-positionssignalen ger den hydrauliska loopslutningen. Tillsammans bildar de ett styrsystem som är både snabbt och exakt — snabbt från DRGC, exakt från utgångsmätaren.

Direkt vs. indirekt: Jämförelse av valsspaltsmätningsmetoder

Kriterium	DRGC, direkt	HAGC-cylinderposition, indirekt	Gauge meter-ekvation, indirekt	Utgångsmätare, indirekt
Mätpunkt	Arbetsvalsarnas axeltappar.	Hydraulisk cylinder.	Beräknad från kraft och styvhet.	Efter valsspalten, vid utgången.
Avstånd från bittzon	Minimalt, genom valskropp.	Genom stödvalsar, lager och hus.	Modellbaserad, ingen fysisk mätpunkt.	Meter nedströms.
Signalfördröjning	Millisekunder.	Millisekunder, men filtrerad.	Beror på modellnoggrannhet.	Transportfördröjning, beroende på valshastighet.
Mekanisk filtrering	Minimal.	Hög, på grund av ställelasticitet och lagerspel.	Modellberoende.	Ingen, eftersom den mäter faktisk tjocklek.
Fångst av snabba transienter	Full amplitud.	Dämpad.	Beror på modell.	Fördröjd.
Kildetektering	Ja, med oberoende mätning på drivsida och operatörssida.	Begränsad, via separata cylindrar.	Nej.	Endast med tvärprofilmätare.
Legeringsberoende	Nej.	Nej.	Ja, eftersom K varierar med material.	Beror på mätartyp.
Absolut noggrannhet	Relativ, eftersom metoden mäter spalt och inte färdig tjocklek.	Relativ, eftersom metoden mäter position.	Uppskattad, eftersom metoden bygger på modell.	Absolut, eftersom den mäter verklig tjocklek.
Bäst för	Snabb korrigering under transienter.	Hydraulisk loopslutning.	Förinställning och modellbaserad reglering.	Stationär referens.

Den centrala insikten: Ingen enskild metod räcker på egen hand. DRGC är snabbast men mäter spalten, inte tjockleken. Utgångsmätaren är mest exakt men långsammast. Det bästa AGC-systemet använder alla tillgängliga signaler — med DRGC för de snabba händelserna och utgångsmätaren som absolut referens.

Offertförfrågan

Vill du se vad direkt valsgapkontroll kan betyda i er linje? Kontakta oss för ett tekniskt samtal, en genomgång av applikationsdata och en anpassad integrationsplan. Datablad och måttsritningar finns att tillgå vid förfrågan.