AT405770B - Verfahren zur regelung eines ''galvannealing''-prozesses - Google Patents
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Description
AT 405 770 B
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines "Galvannealing "-Prozesses, bei dem die metallurgische Zusammensetzung der ZnFe-Schicht, insbesondere der Eisengehalt der ZnFe-Schicht, des "galvannealing" Produktes, insbesondere eines Stahlbandes, erfaßt und zumindest eine Wirkungsgröße, insbesondere die erforderliche Heizleistung (Pact) für den "Galvannealing"-Ofen, in Abhängigkeit von dieser Zusammensetzung geregelt wird.
Der "Galvannealing"-Prozeß findet bei der Verzinkung eines Stahlbandes Anwendung, wobei das Band kontinuierlich im Durchlaufverfahren entweder elektrolytisch mit Zink oder nach dem Feuerverzinkungsverfahren in einem Zinkbad mit Zink beschichtet wird. Anschließend wird zur Bildung einer ZnFe-Schicht das Band einer Wärmebehandlung in einem Durchlaufofen und weiters einer on-line Kontrolle der ZnFe-Schicht unterzogen. Der "Galvannealing"-Vorgang wird in Abhängigkeit der on-line Kontrolle geregelt.
Da die Entfernung zwischen der on-line Kontrolle der ZnFe-Schicht bzw. der Messung des Eisengehaltes in der ZnFe-Schicht und dem Durchlaufofen mehrere Meter betragen kann, ist eine Vorausberechnung des Eisengehaltes in Abhängigkeit der momentanen Leistung des Ofens unbedingt erforderlich.
Dies erfolgte bisher unter Verwendung von statistisch physikalischen Modellen, wodurch die auftretenden Verzögerungen jedoch nicht kompensiert werden können.
Die EP 0 571 353 A2 zeigt ein Verfahren zum Verzinken eines Bandes, wobei ein Wert des Eisengehaltes der ZnFe-Schicht als Führungsgröße bestimmt wird, der Ist-Wert des Eisengehaltes der ZnFe-Schicht mit der Führungsgröße verglichen wird, und eine Regelabweichung durch eine Änderung der Heizleistung des Durchlaufofens ausgeglichen wird. Aus der EP 0 571 353 A2 ist nicht zu entnehmen, dass eine Voraussage über die metallurgische Zusammensetzung der ZnFe-Schicht getroffen wird und diese Voraussage auf die Prozeßregelung einwirkt.
Die JP 58-190747 A zeigt ein Verfahren zur Beurteilung des Grads der Legierung von verzinkten Stahlblechen mittels Röntgenstrahlung. Ein Verfahren zur Regelung eines Galvannealing-Prozesses wird nicht geoffenbart. Das gleiche trifft für die folgenden Veröffentlichungen zu: Die JP 4-42044 A zeigt ein Verfahren zur Messung der Eigenschaften von Metallschichten, die JP 6-115688 A betrifft eine Transportvorrichtung zur Beschichtung, in der JP 1-306547 A wird ein Regelungsverfahren zur Galvanisierung von Stahlband beschrieben, bei dem die Zinkpulver-Sprühposition bestimmt wird und in der JP 9-209105 A wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beschichtung von Stahlband mit Aluminium, wobei anschließend eine Galvanisierung erfolgt, geoffenbart. Keine der genannten Veröffentlichungen gibt einen Hinweis auf eine Vorausberechnung des Eisengehaltes.
Die JP 61-106790 A offenbart ein Herstellungsverfahren für elektrolytisch verzinkte Stahlbleche, bei dem der Wert der Eisen- und Zinkionen in jedem Elektrolytbehälter gemessen und zur Regelung des Herstellungsverfahrens verwendet wird. Bei der vorliegenden Erfindung wird im Gegensatz dazu die ZnFe-Schicht des "galvannealing"-Produktes einer Beurteilung unterzogen.
Die JP 6-25894 A zeigt ein Herstellungsverfahren für verzinktes Stahlblech, bei dem der Abstand der Ebenen der Alpha-Phase in der ZnFe-Schicht gemessen und zur Regelung verwendet wird, enthält jedoch keine Angaben darüber, wie die Regelung erfolgt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, durch ein spezielles Regelungsverfahren die Totzeiten, die sich aus der Entfernung zwischen Ofen und Messung und der Bandgeschwindigkeit ergeben, zu kompensieren.
Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß daß über einen Prädiktor, der ein neuronales Netzwerk beinhaltet, eine Voraussage über die metallurgische Zusammensetzung der ZnFe-Schicht des Produktes nach dem "Galvannealing"-Prozeß getroffen wird, und diese Voraussage auf die Prozeßregelung einwirkt. Durch den Einsatz eines Prädiktors, der ein neuronales Netzwerkes beinhaltet, werden die im Prozeß auftretenden Verzögerungen immer sofort im gesamten Regelkreis berücksichtigt, wobei z.B. bei einer Änderung der Bandgeschwindigkeit kaum Fehler in der verzinkten Oberfläche des Bandes auftreten.
Von Vorteil ist, daß das neuronale Netzwerk auf Basis eines Radial Basis Funktionsmodelles nach der multivariablen Interpolationstheorie betrieben wird. Diese Art neuronaler Netzwerke verhält sich im Gegensatz zu anderen Netzwerkstypen auch in untrainierten Bereichen vorhersehbar stabil.
Ein weiteres Verfahrensmerkmal liegt darin, daß der "Galvannealing" -Prozeß durch ein Modell nachgebildet wird, welches ebenfalls auf die Prozeßregelung, insbesondere die erforderliche Heizleistung für den "Galvannealing"-Ofen, einwirkt.
Weiters ist von Vorteil, daß dem Modell gemessene Temperaturen entlang des "Galvannealing"-Prozesses, die Bandgeschwindigkeit und der Sollwert des Eisengehaltes nach dem "Galvannealing"-Prozeß zugeführt werden. Dadurch wird dem Modell ermöglicht, die erforderliche Heizleistung on-line zu berechnen. 2
AT 405 770 B
Nach einer Ausgestaltung werden dem neuronalen Netzwerk gemessene Temperaturen entlang des "Galvannealing"-Prozesses, die Bandgeschwindigkeit, die erforderliche Heizleistung für den "Galvanealing"-Ofen und ein Fehler zwischen dem gemessenen und einem durch das neuronale Netzwerk vorausberechneten Eisengehalt nach der Galvanisierung zugeführt.
Von Vortei ist ebenfalls, daß der vorausberechnete Eisengehalt über eine Verzögerung geführt wird und der gemessene mit dem verzögerten vorausberechneten Eisengehalt und dem gemessenen Eisengehalt verglichen wird und das Ergebnis an den Eingang der Regelung gelangt. Damit wird die Auswirkung der prozeßbedingten Verzögerung (Totzeit) bis zur Messung des Fe-Gehaltes der ZnFe-Schicht vermindert und daher die Dynamik der Regelung wesentlich verbessert.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das neuronale Netzwerk die Architektur eines Mehrlagentyps aufweist, wobei drei Lagen, eine Eingangslage, eine nichtlineare versteckte Lage und eine lineare Ausgangslage vorgesehen sind, und daß jedes Neuron der versteckten Lage durch eine radiale Aktivierungsfunktion gebildet wird, und daß die Netzwerkausgangsdaten durch die gewichtete Summe der Ausgangseinheiten der versteckten Lage und der Eingangslage repräsentiert werden. Dadurch wird eine wesentlich bessere Prozeßnachbildung als mit den bisher üblichen statistischen Modellen erreicht.
Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist ein Regler vorgesehen, der aus einem vorgegebenen Eisengehalt in der "galvannealing" Oberfläche des Produktes und dem gemessenen Eisengehalt die erforderliche Leistung für den "Galvannealing"-Ofen vorgibt, und daß ein Prädiktor vorgesehen ist, der ein neuronales Netzwerk aufweist, welches aus der eingestellten Leistung, gemessenen Temperaturen entlang des "Galvannealing"-Prozesses, der Bandgeschwindigkeit und einem Fehler bzw. Korrekturwert, der Verzögerungen im "Galvannealing"-Prozeß berücksichtigt, den Eisengehalt vorausberechnet und diesen an den Eingang des Reglers liefert.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.
Die Fig. 1 zeigt als Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Regelung, in Fig. 2 ist schematisch die Struktur des neuronalen Netzwerkes dargestellt und in Fig. 3 ist die bei einer Regelabweichung auftretende Änderung bei zwei unterschiedlichen Prädiktoren ersichtlich.
In Fig. 1 bildet das Modell 2 den "Galvannealing"-Prozeß nach und berechnet die erforderliche Heizleistung Pact. Als Eingangsgröße wird dem Modell 2 der Sollwert für den Eisengehalt Fese,point, gemessene Temperaturen Tstrip_j, Tsf-t, T^-p«, T^r-C im Prozeß, wie Temperaturen Tstrip_( entlang des Bandes, die Temperatur Ts(-t in der Haltezone, die Zinkbadtemperatur T2n_pot und die Temperatur Tajr_c der Zuluft im Kühler, die Heizleistung Ts)_p in der Haltezone, die Zinkschichtdicke Thzn und die Bandgeschwindigkeit V zugeführt.
Einem Regler 1 für den Eisengehalt in der "galvannealing" Schicht des Stahlbandes wird ein entsprechender Sollwert Fese,p0int zugeführt. Dieser Regler 1 beeinflußt die durch das Modell 2 berechnete Heizleistung Pact für den "Galvannealing"-Ofen, welcher ein Teil der Regelstrecke 4 ist. Der Eisengehalt Fßmeas der ZnFe-Schicht des Stahlbandes nachdem "Galvannealing"-Prozeß wird gemessen und als Istwert dem Regler 1 zugeführt.
Der Prädiktor 7 weist ein neuronales Netzwedc 5 auf, dem gemessene Temperaturwerte Tstrip-j, Ts,_t, Tzn-poti Tair_e aus dem "Galvannealing"-Prozeß, wie Temperaturwerte Tslrjp_i entlang des Bandes, die Temperatur Ts,_, in der Haltezone, die Zinkbadtemperatur Tzn-po, und die Temperatur Tair_c der Zuluft im Kühler, die Heizleistung Ts,-P in der Haltezone· die Zinkschichtdicke Thzn, die Bandgeschwindigkeit V, die erforderliche elektrische Leistung Pac, und ein ermittelter Fehler em(Xj zugeführt werden. Der Fehler emod setzt sich zusammen aus der Differenz des gemessenen Eisengehaltes Femaas und den durch das neuronale Netzwerk 5 vorausberechneten und Uber die Verzögerungseinrichtung 6 geführten Eisengehalt Femod. Der vorausberechnete Eisengehalt Femod wird noch mit dem verzögerten vorausberechneten Eisengehalt und dem gemessenen Eisengehalt Fe*··· verglichen und die Differenz wird an den Eingang des Reglers 1 geführt. Ein Qualitätskontroller 3 beeinflußt aufgrund der in geeigneter Weise gemessenen Oberflächenbeschaffenheit der ZnFe-Schicht ebenfalls die erforderliche Heizleistung Pact.
Das neuronale Netzwerk in Fig. 2 hat die Architektur eines radialen-Basis-Funktion-Netzwerk-Modelles. Dieses Netzwerk 5 hat die Aufgabe die physikalischen und metallurgischen Zusammenhänge zwischen den, den Prozeß wesentlich beeinflussenden Wirkungegrößen und Parametern und dem Eisengehalt der ZnFe-Schicht nachzubilden. Dies erfolgt durch selbsttätiges Lernen. Die Werte x,(k)...xn(k) (Wirkungsgrößen und Prozeßparameter) werden der Eingangslage 10 zugeführt. Jeder Wert der Eingangslage 10 gelangt an jedem Wert in der verborgenen Lage 11. Die Werte der verborgenen Lage 11 werden in der Ausgangslage 12 mit den Eingangswerten xi (k)...x„(k) zusammengeführt und bilden so den Prädiktor-Wert y(k) des Eisengehaltes der ZnFe-Schicht. In dieser Netswerkstruktur bedeuten tf, a Gewichtungsfaktoren und Φ Gewichtungsfunktionen der Zelleneingänge. 3
Claims (8)
- AT 405 770 B Für die Kurven 20, 21, 22 in Fig. 3 gilt, daß zirka bei der Zeit t = 6500 eine Änderung der Qualität der ZnFe-Schicht des Stahlbandes auftritt. Bei der Kurve 20 ist als Prädiktor in der Regelung ein statistisches und ein physikalisches Modell vorgesehen. Die Kurve 21 hingegen ergibt sich durch die Regelung mit einem neuronalen Netzwerk. Als Referenz 22 zu den beiden Kurven 20, 21 ist der gemessene prozentuelle Eisengehalt in der ZnFe-Schicht eingezeichnet. Wie ersichtlich, weicht die Kurve 21 kaum vom tatsächlichen gemessenen prozentuellen Eisengehalt ab. Patentansprüche 1. Verfahren zur Regelung eines "Galvannealing "-Prozesses, bei dem die metallurgische Zusammensetzung der ZnFe-Schicht, insbesondere der Eisengehalt der ZnFe-Schicht, des "galvannealing” Produktes, insbesondere eines Stahlbandes, erfaßt und zumindest eine Wirkungsgröße, insbesondere die erforderliche Heizleistung (PacI) für den "Galvannealing"-Ofen, in Abhängigkeit von dieser Zusammensetzung geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß über einen Prädiktor (7), der ein neuronales Netzwerk (5) beinhaltet, eine Voraussage über die metallurgische Zusammensetzung der ZnFe-Schicht des Produktes nach dem "Galvannealing"-Prozeß getroffen wird, und diese Voraussage auf die Prozeßregelung (1) einwirkt.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das neuronale Netzwerk (5) auf Basis eines Radial Basis Funktionsmodelles nach der multivariablen Interpolationstheorie betrieben wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der "Galvannealing”-Prozeß durch ein Modell (2) nachgebildet wird, welches ebenfalls auf die Prozeßregelung (1), insbesondere die erforderliche Heizleistung (Pact) für den "Galvannealing"-Ofen, einwirkt.
- 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Modell (2) gemessene Temperaturen (Tstrip-i, Ts(.„ T2n_ ροι, Tair-c) entlang des "Galvannealing"-Prozesses, die Bandgeschwindigkeit (V) und der Sollwert des Eisengehaltes (Femtpo<nt) nach dem "Galvannealing"-Prozeß zugeführt werden.
- 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem neuronalen Netzwerk (5) gemessene Temperaturen (Tstrip_j, Ts)_,, T^.,*,,, Tair-C) entlang des "Galvannealing"-Prozesses, die Bandgeschwindigkeit (V), die erforderliche Heizleistung (Pact) für den "Galvannealing"-Ofen und ein Fehler (emt>d) zwischen dem gemessenen und einem durch das neuronale Netzwerk (5) vorausberechneten Eisengehalt (Femod) nach dem "Galvannealing"-Prozeß zugeführt werden.
- 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der vorausberechnete Eisengehalt (Femo<j) über eine Verzögerung (6) geführt wird und der vorausberechnete (Fem0d) mit dem verzögerten vorausberechneten Eisengehalt und dem gemessenen Eisengehalt (Femeas) verglichen wird und das Ergebnis an den Eingang der Regelung (1) gelangt.
- 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das neuronale Netzwerk (5) die Architektur eines Mehrlagentyps aufweist, wobei drei Lagen (10, 11, 12), eine Eingangslage (10), eine nichtlineare versteckte Lage (11) und eine lineare Ausgangslage (12) vorgesehen sind, und daß jedes Neuron der versteckten Lage (11) durch eine radiale Aktivierungsfunktion gebildet wird, und daß Netzwerkausgangsdaten y(k) durch die gewichtete Summe der Ausgangseinheiten der versteckten Lage (11) und der Eingangslage (10) repräsentiert werden.
- 8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regler (1) vorgesehen ist, der aus einem vorgegebenen Eisengehalt (Fesetpoint) in der "galvannealing" Oberfläche des Produktes und dem gemessenen Eisengehalt (Femeas) die erforderliche Leistung (Pael) für den "Galvannealing"-Ofen vorgibt, und daß ein Prädiktor (7) vorgesehen ist, der ein neuronales Netzwerk (5) aufweist, welches aus der eingestellten Leistung (Pact), gemessenen Temperaturen (Tstrip_i, Tsi-t, T2n—pot* Tair_c) entlang des "Galvannealing"-Prozesses, der Bandgeschwindigkeit (V) und einem Fehler (emocj) bzw. Korrekturwert, der Verzögerungen im "Galvannealing"-Prozeß berücksichtigt, den Eisengehalt (Femod) vorausberechnet und diesen an den Eingang des Reglers (1) liefert. 4 AT 405 770 B Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 5
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