DE102004060425B3

DE102004060425B3 - Verfahren zur Bandbeschichtung

Info

Publication number: DE102004060425B3
Application number: DE102004060425A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Stockmeyer; Andreas Wolff
Original assignee: BETR FORSCH INST ANGEW FORSCH; BFI VDEH Institut fuer Angewandte Forschung GmbH
Current assignee: BETR FORSCH INST ANGEW FORSCH; BFI VDEH Institut fuer Angewandte Forschung GmbH
Priority date: 2004-08-24
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2024-12-15
Also published as: ATE515584T1; WO2006021437A1; EP1794339A1; EP1794339B1

Abstract

Verfahren zur Bandbeschichtung, bei dem das Band vor oder nach einer Beschichtungseinrichtung zwischen zwei einander gegenüberliegend angeordneten Spulen einer Bandführungsvorrichtung durchgeführt wird, die einen Lagesensor für die Lagebestimmung des Bands zwischen den Spulen, Stromgeber für die Spulen und einen Schichtdickensensor zur Ermittlung der Schichtdicke der auf das Band aufgebrachten Schicht aufweist, mit folgenden Schritten: DOLLAR A - Festlegen eines Soll-Schichtdickenverlaufs, DOLLAR A - Ermittlung eines Ist-Schichtdickenverlaufs mittels des Schichtdickensensors, DOLLAR A - Ermittlung einer Schichtdicken-Regeldifferenz durch Vergleich des Ist-Schichtdickenverlaufs mit dem Soll-Schichtdickenverlauf, DOLLAR A - Ermittlung eines Positions-Sollwerts für die Bandposition zwischen den gegenüberliegenden Spulen mittels eines übergeordneten Schichtdicken-Reglers, dessen Eingangssignal die Schichtdicken-Regeldifferenz ist, DOLLAR A - Ermittlung eines Positions-Istwerts des Bands zwischen den gegenüberliegenden Spulen mittels des Lagesensors, DOLLAR A - Ermittlung einer Positions-Regeldifferenz durch Vergleich des Positions-Istwerts mit dem Positions-Sollwert, DOLLAR A - Beaufschlagen mindestens einer der Spulen mit einem Strom, wobei der Strom, ausgehend von dem Ausgangssignal eines Positionsreglers, dessen Eingangssignal die Positions-Regeldifferenz ist, eingestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bandbeschichtung.
Zur Verbesserung der korrosiven und optischen Bandeigenschaften werden dünne gleichmäßige Metallschichten, u.a. auch Zinkschichten mittels verschiedener Verfahren auf Metallbänder aufgebracht. So durchläuft beispielsweise bei der Bandverzinkung nach dem Schmelztauchverfahren das Band zunächst eine Zinkschmelze und wird anschließend nach oben abgezogen. Aufgrund ihrer Viskosität haftet die Schmelze oberhalb des Metallbandspiegels an dem Metallband und bildet damit um das Metallband eine frei anhaftende Zinkschicht. Diese Zinkschicht ist meist wesentlich dicker als benötigt – so kann sie zum Teil bis zum Zwanzigfachen der geforderten Schichtdicke betragen – und muss deshalb im Anschluss auf die jeweilige angestrebte Schichtdicke zurückgeführt werden.

Dazu ist es bekannt, das überschüssige Metall noch im flüssigen Zustand außerhalb des Bandes und oberhalb des Metallbadspiegels mit Hilfe pneumatischer Abstreifer zurückzuhalten, so dass sich die gewünschte Schichtdicke ergibt. So wird beispielsweise in einer Höhe von etwa 0,5 bis 1 m oberhalb des Zinkbads dicht am Band zu beiden Seiten eine Spaltdüse installiert, die sich über die gesamte Bandbreite erstreckt. Als Gas wird zum Beispiel Luft oder Stickstoff verwendet. Durch den hohen Auftreffimpuls des Gases auf die flüssige Schmelzenschicht wird Schmelze abgestreift und fließt am Band entlang zurück in das Bad.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in EP 1 312 692 A1 beschrieben. Dort wird ferner eine Maßnahme zur Stabilisierung des Bandes während des Beschichtungsprozesses beschrieben. Im Anschluss an die Beschichtungseinrichtung wird das Band zwischen zwei einander gegenüberliegend angeordneten Spulen einer Bandführungsvorrichtung durchgeführt. Lagesensoren bestimmen die Position des Bandes zwischen den Spulen, wobei auch Ban dunplanheiten erkannt werden. Mit einem Regler werden aus den Positions-Istwerten des Bandes zwischen des gegenüberliegenden Spulen Werte für die den Spulen zuzuführenden Ströme ermittelt, so dass das Band in die Solllage, nämlich die Mittenebene zwischen den Spulen bewegt wird.

Aus WO 02/14572 A1 ist ein zu EP 1 312 692 A1 ähnliches Verfahren bekannt. Auch hier wird das Band durch Eingriffe eines Reglers in einer Ebene zwischen den Spulen stabilisiert. WO 02/14572 A1 beschreibt eine weitere Magneteinrichtung zum Abstreifen des überschüssig aufgetragenen Beschichtungsmaterials.

WO 02/14192 A1 befasst sich ebenfalls mit der Bandstabilisierung in einer Ebene zwischen zwei einander gegenüberliegenden Spulen. Auch hier werden von der Position des Bandes abhängige Messwerte zur Bestimmung der Bandposition zwischen den Spulen aufgenommen. Diese Messwerte dienen als Eingangsgröße für einen Regler, dessen Ausgangssignale den Spulen zugeführt werden, um das Band in die gewünschte, fest vorgegebene Ebene zu bewegen.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bandbeschichtung vorzuschlagen, das eine präzisere Bandbeschichtung erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bandbeschichtung geht von dem Grundgedanken einer kaskadierten Regelung aus, bei der als Positions-Sollwert für die Bandposition nicht wie im beschriebenen Stand der Technik eine einmal festgelegte Lage des Bandes zwischen den Spulen vorgesehen wird, sondern der Positions-Sollwert durch einen Schichtdickenregler vorgegeben wird, der aus dem Vergleich eines festgelegten Soll- Schichtdickenverlaufs mit einem Ist-Schichtdickenverlauf die für eine optimale Beschichtung des Bandes einzustellende Lage des Bandes zwischen den Spulen vorgibt. Diese optimale Lage des Bandes zwischen den Spulen kann auch außerhalb der sonst angenommenen Mittenebene zwischen den Spulen liegen. Beispielsweise kann bei einer durch Verschmutzung verursachten Minderleistung einer von zwei einander gegenüberliegenden Abstreifdüsen trotzdem eine auf beiden Seiten des Bandes gleichmäßige Beschichtung erzielt werden, wenn das Band zwischen den den Abstreifdüsen nachgeordnet angeordneten Spulen außermittig, nämlich mehr zu der Düse mit Minderleistung geführt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, neben der auch mit den Vorrichtungen des Standes der Technik erreichten Dämpfungen der Bandschwingung nun auch eine für das Beschichtungsergebnis optimale Bandform und Bandlage einzustellen sowie eine Dämpfung der Torsionsschwingungen zu erreichen. Die optimale Bandlage und Bandform kann beispielsweise in der bewussten Erzeugung von Querbögen, Bandauslenkungen oder Bandschräglagen resultieren, wenn der ermittelte Ist-Schichtdickenverlauf beispielsweise nur partiell in Bandbreitenrichtung von dem Soll-Schichtdickenverlauf abweicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet somit erstmals eine Möglichkeit, durch Änderung der Bandlage bzw. Bandform zwischen den das Band führenden Spulen und damit durch eine Änderung der Bandform und/oder Bandlage in der Beschichtungseinrichtung auf Fehler der Beschichtungseinrichtung, beispielsweise asymmetrische Fehler wie verschmutzte Abstreifdüsen, unpräzise Düsenpositionierung etc. zu reagieren und trotz dieser Fehler der Bandbeschichtungseinrichtung ein optimales Beschichtungsergebnis zu erzielen.

Die nachfolgenden Erläuterungen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgen teilweise am Beispiel einer Zinkbeschichtungsanlage. Die Erfindung ist jedoch auf diese Anwendung nicht beschränkt, sondern findet auch bei anderen Bandbeschichtungsprozessen eines magnetischen Bandes Anwendung, bei dem ein Band vor oder nach einer Beschichtungseinrichtung durch eine Bandführungsvorrichtung durchgeführt wird.

Besonders bevorzugt wird als Bandbeschichtungseinrichtung ein Tauchbad eingesetzt. Beispielsweise kann das Tauchbad eine Umlenkrolle aufweisen, wie beispielsweise in EP 1 312 692 A1 beschrieben. Bei anderen Tauchbädern wird das Band beispielsweise vertikal von unten nach oben durch ein Bad geführt. Eine solche Anlage ist beispielsweise von der SMS Demag als "Continuous vertical galvanizing line" (CWGL) bekannt. Auch bei diesen Anlagen findet das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung. Die Beschichtungseinrichtung weist vorzugsweise nach dem Tauchbad eine Abstreifvorrichtung auf. Diese Abstreifvorrichtung kann pneumatische Abstreifer oder Abstreiferspulen aufweisen.

Die Bandführungsvorrichtung kann Umlenkungen des Bandes, beispielsweise mittels Umlenkrollen aufweisen. Besonders bevorzugt sind die beiden gegenüberliegend angeordneten Spulen unmittelbar vor oder nach der Beschichtungseinrichtung angeordnet, so dass durch Lage bzw. Formänderung des Bandes zwischen den gegenüberliegend angeordneten Spulen nahezu unmittelbar auch die Lage bzw. Form des Bandes in der Beschichtungseinrichtung und damit das Beschichtungsergebnis beeinflusst werden kann.

Der Lagesensor für die Bestimmung des Bandes zwischen den Spulen kann ein herkömmlicher Distanzmesser sein, der das Band kontaktiert oder kontaktlos arbeitet.

Der Sensor zur Ermittlung der Schichtdicke setzt vorzugsweise Röntgenstrahlung bzw. Gammastrahlung zur Ermittlung der Schichtdicke (Auflage) ein. Derartige Sensoren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Ebenso kann der Sensor die Schichtdicke durch Distanzmessung zwischen dem ortsfesten Sensor und dem in einer festgelegten Ebene geführten Band ermitteln.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Festlegung des Soll-Schichtdickenverlaufs vorzugsweise zu Beginn der Bearbeitung eines Bandes. Der Soll-Schichtdickenverlauf ist in der Regel die Festlegung einer Soll-Schichtdicke (Auflage), die homogen über die Bandbreite aufgetragen werden soll. Die Beschichtung des Bandes kann jedoch auch dazu verwendet werden, Bandunplanheiten auszugleichen. Liegen Informationen über die Bandform (Unplanheit) des zu bearbeitenden Bandes vor, so kann eine Beschichtung eingestellt werden, die an der betreffenden Stelle des Bandes im Verhältnis zur Bandoberfläche einen inhomogenen Auftrag bewirkt, so dass im Gesamtergebnis jedoch durch den Ausgleich der Bandunplanheit ein planbeschichtetes Band vorliegt. Ebenfalls kann es vorgesehen sein, den Soll-Schichtdickenverlauf über die Länge des Bandes bezüglich der aufzubringenden Schichtdicke zu variieren. Dies kann notwendig sein, um bei nachfolgenden Bearbeitungsprozessen, wie beispielsweise dem Handling des Bandes am Bandanfang und Bandende, eine größere Schichtdicke vorzusehen, um so das Handling zu vereinfachen.

Der übergeordnete Schichtdickenregler, der den Positions-Sollwert für die Bandposition zwischen den gegenüberliegenden Spulen aus dem Vergleich des Ist-Schichtdickenverlaufs mit dem Soll-Schichtdickenverlauf (Schichtdicken-Regeldifferenz) ermittelt, kann ein einfacher Regler, beispielsweise ein PID-Regler sein.

In der einfachsten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Band durch die Beaufschlagung einer Spule mit Strom und der dadurch resultierenden Magnetkraft auf das Band nur einfach in eine zur Bandlaufrichtung senkrechten Richtung ausgelenkt. Auf diese Weise kann ein neben der für die optimale Bandbeschichtung benötigten Soll-Ebene geführtes Band in die Soll-Ebene bewegt werden.

Besonders bevorzugt sind jedoch in Bandbreitenrichtung mehrere Spulen nebeneinander angeordnet. Diese Spulen können mit unterschiedlichen Strömen beaufschlagt werden, um so über die Bandbreite unterschiedliche Magnetkräfte auf das Band einwirken zu lassen. Hierdurch kann die Bandform beeinflusst werden, beispielsweise ein quergebogenes Band in ein planes Band zurückgebogen werden. Ebenfalls ist es möglich, dem Band eine Schräglage zu geben, so dass das Band nicht parallel zur Mittenebene zwischen den Spulen verläuft. Die in Bandbreitenrichtung nebeneinander angeordneten Magnete bieten die Möglichkeit, dem Band eine Vielzahl von Formen zu geben bzw. eine Vielzahl von Formen, wie beispielsweise Querbögen, Bandwellen, Randbögen etc., auszugleichen und das Band in eine plane Lage zu überführen.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist in der einfachsten Ausführungsform einen Schichtdickenregler, beispielsweise einen PID-Regler, auf, der den Positions-Sollwert für die Bandposition zwischen den gegenüberliegenden Spulen mittels einer Schichtdicken-Regeldifferenz ermittelt, die durch Vergleich des Ist-Schichtdickenverlaufs mit dem Soll-Schichtdickenverlauf ermittelt wurde. Verbesserte Regelungsergebnisse werden jedoch erreicht, wenn die Schichtdicken-Regeldifferenz anstelle durch Vergleich des Ist-Schichtdickenverlaufs mit dem Soll-Schichtdickenverlauf durch Vergleich einer Regelgröße mit dem Soll-Schichtdickenverlauf ermittelt wird und die Regelgröße durch Vergleich eines durch ein Modell ermittelten Modell-Schichtdickenverlaufs mit dem Ist-Schichtdickenverlauf ermittelt wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Schichtdickenregler ein Mehrgrößenregler mit einer Kaskaden-Regelung verwendet, die auf einem Internal Model Control (IMC)-Ansatz basiert. Die Auslegung von Reglern mit Internal Model Control ist beispielsweise bei D.E.Revera, CHE 461/598 und Manfred Morari; E. Zarfirou, "Robust process control", Prentice-Hall, Englewood Cliffs 1989 beschrieben.

Insbesondere bevorzugt weist der Schichtdickenregler eine Kaskadenregelung auf, die auf einem Internal Model Control (IMC)-Ansatz mit eingebettetem Model Protective Control (MPC) basiert. Die Verfahren für Model Protective Control sind beispielsweise im Zusammenhang mit dem Regelungsprogramm MATLAB bekannt und beispielsweise aus E. F. Camacho and C. Bordons, "Model Practice Control", Springer Verlag, 1998 und J.M Maciejowski, "Predictive Control with Contrants", Prentice Hall, 2002.

Insbesondere bevorzugt werden bei den Reglern Online-fähige Modelle eingesetzt. Die Regler weisen insbesondere bevorzugt eine dynamische Optimierung unter Einbezug von Stellgrößenbeschränkungen und vorhergesagtem Regelgrößenverlauf auf.

Um das Verfahren möglichst rasch in den gewünschten Sollzustand zu bringen, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, beim Initiieren des Verfahrens Stellgrößen zunächst nach Vorgaben eines Set-Up Models einzustellen. Stellgrößen sind insbesondere die Lagesteuerung von Umlenkrollen, die Druck- und Winkelansteuerung einer Abstreifdüse oder die auf die Bandlage und/oder Bandform einwirkenden Spulen. Insbesondere wird nach dem Initiieren des Verfahrens zur Adaption der Regelung auf einen Referenzwert des Schichtdickenverlaufs der Ist-Oberflächenverlauf zunächst nur mit Messwerten eines Referenzpunkts ermittelt.

Insbesondere bevorzugt ist eine Adaption der Online-Modelle und/oder des Set-Up Modells vorgesehen. Diese Adaption kann insbesondere innerhalb des gleichen Bands aber auch von Band zu Band erfolgen.

Der Erfindung liegt insbesondere der Gedanke zugrunde, bei dem Verfahren zur Berechnung des Schichtdickenprofil-Verlaufs (Ist-Schichtdickenverlauf) aus ermittelten Schichtdicken-Werten, ein schaltendes Kalman-Filter einzusetzen. Diese Vorgehensweise erlaubt es, eine Schätzung des Schichtdic kenverlaufs zu erstellen, sobald ein neuer Messwert vorliegt. Das schaltende Kalman-Filter kann ferner die Schätzung des Schichtdickenverlaufs basierend auf periodischen oder nichtperiodischen Messungen durchführen.

Als schaltendes Kalman-Filter wird im Rahmen dieser Erfindung insbesondere ein Filter verstanden, das in Abhängigkeit einer Schaltfunktion zwischen mehreren linearen dynamischen Systemen schaltet. Das schaltende Kalmanfilter findet eine stationäre Lösung für die Matrix-Riccatti-Gleichungen der einzelnen Systeme, wobei das Auffinden der stationären Lösung solange fortgesetzt wird, wie der neu hinzukommende Messwertvektor dem System angehört. Hierbei setzt sich Messwertvektor aus allen Abstandsmessungen über der Breite einer Oberfläche zusammen, die zu einem Zeitpunkt gemessen wurden. Fehlen einzelne Elemente des Messwertvektors oder kommen neu hinzu liegt ein anderes System vor und das Kalmanfilter schaltet. Die Lösung des bisherigen System wird als Anfangswerte für die Lösung der neuen Filterproblems herangezogen.

Die Schaltfunktion gibt an, welches System dem momentan vorliegenden Messzustand entspricht. Sie kann beispielweise angeben, dass ein System anzuwenden ist, das auf Ergebnissen an allen Messpunkten oder an einigen Messpunkten über Breite basiert.

Sie kann angeben, dass ein System zu verwenden ist, bei dem einzelne Messungen von spezifizierten Messpunkten nicht vorliegen. Besonders bevorzugt wird für jede Kombination von vorhandenen und nicht vorhandenen Messungen einer über die Breite des Bandes erfolgten Messreihe ein System angelegt, dessen Lösung vorangetrieben wird, wenn aufgrund der vorliegenden Messungen, beispielsweise der letzten Messreihe über die Breite des Bandes, dieses System zu verwenden ist. Die Schaltfunktion kann zudem ein Schalten zwischen einzelnen stückweise linearen Modellen für verschiedene Betriebsbedingungen bewirken, wenn für einzelne Betriebsbedingungsbereiche eigene Systeme angelegt werden.

Das schaltende Kalman-Filter ist auch global stabil, wenn zwischen verschiedenen Systemen umgeschaltet wird. Fehlende Messergebnisse führen nicht, wie bei der Verwendung eines einzigen Systems zur Instabilität des Systems. Außerdem können stückweise lineare Modelle für nicht-lineare Regelstrecken eingesetzt werden.

Eines der verwendeten Systeme kann das System sein, das eingesetzt wird, wenn nur Messwerte vom Messpunkt in der Mitte des Bandes vorliegen. Zur Erzeugung von Messwerten, auf deren Grundlage eine stationäre Lösung für dieses Systems generiert wird, kann eine bewegliche Messvorrichtung über der Mitte des Bandes gehalten werden und dort Messungen durchführen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit zur Ermittlung des Schichtdickenverlaufs an quer zur Bandlaufrichtung versetzt zueinander angeordneten Meßpunkten die Distanz zwischen dem Sensor und der Oberfläche des Bandes bzw. die Schichtdicke durch Röntgenstrahlen, ermittelt. Dabei können die Werte an regelmäßig oder unregelmäßig über die Bandbreite verteilten Messpunkten ermittelt werden. Nach Durchführung mindestens einer Messung werden die charakterisierenden Werte einer Schichtdickenverlaufsgleichung mittels des vorbeschriebenen schaltenden Kalman-Filters geschätzt.

Die Messung an quer zur Bandlaufrichtung versetzt zueinander angeordneten Messpunkten kann vorzugsweise durch Bewegen des Meßsensors erfolgen. Alternativ kann eine Vielzahl von quer zur Bandlaufrichtung versetzt zueinander angeordneten Messpunkten vorgesehen sein.

Das Ermitteln der an quer zur Bandlaufrichtung versetzt zueinander angeordneten Meßpunkten kann auch beinhalten, zunächst nur Messwerte an einer bestimmten Position zu ermitteln.

Als Schichtdickenverlaufsgleichung kann insbesondere ein Polynom verwendet werden. Als charakterisierende Werte einer Gleichung zur Berechnung des Schichtdickenverlaufs im Sinne der Erfindung werden die Werte, bzw. Konstanten verstanden, die eine Schichtdickenverlaufsgleichung allgemeiner Form (beispielsweise Polynomtyp) konkretisieren.

Das erfindungsgemäße Ermittlungsverfahren bietet den Vorteil, dass der Schichtdickenverlauf auch dann noch hinreichend präzise ermittelt werden kann, wenn einzelne Meßwerte der im Abstand zueinander angeordneten Messpunkte nicht vorliegen, beispielsweise wenn Schäden des Meßsensors bestehen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die charakterisierenden Werte der Schichtdickenverlaufsgleichung nach jeder Ermittlung eines Meßwerts berechnet. Dies ermöglicht eine genauere Stellgrößenregelung, da der Ist-Verlauf der Oberfläche in kürzeren Intervallen geschätzt wird, als wenn nur beim Erreichen der gegenüberliegenden Bandkante eine Bestimmung des Schichtdickenverlaufs erfolgt.

Um die ermittelte Schichtdickenverlaufsgleichung besser handhaben zu können, kann diese durch optimale orthogonale Funktionssysteme, wie ein Chebyschew-Polynom, ein Gramm-Polynom oder andere orthogonale Polynome in orthogonale Komponenten zerlegt werden. Diese Funktionssysteme können entweder fest gewählt werden oder anhand der Regelabweichung jeweils geeignet bestimmt werden.

Vorzugsweise wird zur Ermittlung der Regeldifferenz der Soll-Schichtdickenverlauf in orthogonale Komponenten zerlegt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird zur Ermittlung der Regelgröße der Modell-Schichtdickenverlauf und der Ist-Schichtdickenverlauf in orthogonale Komponenten zerlegt. Durch die Zerlegung in orthogonale Komponenten wird der Vergleich der einzelnen Schichtdickenverlaufs-Gleichungen mit geringem Aufwand möglich, so dass die Rechenzeit hierfür minimiert werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Mehrgrößenregler mit einem online-fähigen Modell und einer dynamischen Optimierung unter Einbeziehung von Stellgrößenbeschränkungen und vorhergesagtem Regelgrössenverlauf verwendet. Insbesondere kann zudem ein Verfahren zur Berücksichtigung der Randbedingungen und der gewichteten Aufweichung der Randbedingungen in Abhängigkeit von ihrer Wichtigkeit für den störungsfreien Betrieb des Verfahrens verwendet werden. Hierdurch kann die Feasibility des Optimierungsproblems gewahrt werden.

Vorzugsweise wird beim Initiieren des Verfahrens die Stellgröße zunächst nach den Vorgaben eines Set-up-Modells eingestellt. Dieses Set-up-Modell ist vorzugsweise linear oder nicht linear und weist vorzugsweise ein Experten-System zur Berechnung des Arbeitspunktes des Führungsverfahrens auf. Das Expertensystem beschreibt vorzugsweise die Abhängigkeit der Stellgrößen, der Bandlage und sonstiger Parameter voneinander.

Bevorzugt wird nach dem Initiieren des Verfahrens zur Adaption der Regelung auf einen Referenzwert des Schichtdickenverlaufs der Ist-Schichtdickenverlauf zunächst nur mit Meßwerten eines Referenzpunkts ermittelt. Diese Adaption der Regelung wird vorzugsweise an der mittleren Breitenposition durchgeführt.

Das Stellgrößenregelverfahren kann ferner eine Adaption einzelner oder aller online-Modelle und/oder des Set-up-Modells aufweisen. Diese Adaptionsverfahren sind vorzugsweise online-Adaptionsverfahren und sind robust gegenüber Modellunsicherheit und Störungen. Ferner kann ein Adaptionsverfahren zur Anpassung des schaltenden Kalman-Filters vorgesehen sein, das robust gegenüber Modellunsicherheit und Störungen sein kann und insbesondere den Schaltvorgang des Filters berücksichtigt. Als Regelung für den Regler, insbesondere für den Mehrgrößenregler, kann eine Kaskaden-Regelung verwendet werden. Diese kann auf einem IMC (Internal Model Control) – Ansatz mit eingebettetem MPC (Model Predictive Control) basieren. Vorzugsweise ist eine Prädiktion der Regelgröße vorgesehen, die in die dynamische Optimierung des Reglers einbezogen wird, und die über eine Totzeitkompensation hinausgeht.

Die Vorzüge des vorgenannten Verfahrens zur Ermittlung des Schichtdickenverlaufs und des erfindungsgemäßen Stellgrößenregelverfahrens werden insbesondere bei der Regelung der Stellgrößen eines Zinkbeschichtungssystems erzielt, sind aber nicht auf diese beschränkt.

Die Parameter des Set-up Modells können mittels eines Unscents-Kalmanfilters (vgl. auch Simon Haykin, Adaptive Filter Theory, Prentice Hall, Upper Saddle River, 2004) angepaßt werden, der im Gegensatz zum klassischen erweiterten Kalmanfilter ohne Ableitungen der Modellgleichung auskommt und sich durch eine verbesserte garantierte Konvergenz auszeichnet.

Die für verschiedene Prozesszustände bestimmten Parameterwerte können in mehrere adaptive Rasterkennlinienfelder eingetragen werden (vgl. auch Oliver Nelles, Alexander Fink, Tool zur Optimierung von Rasterkennfeldern, atp, Heft 5, Jahrgang 2000). Parameter für noch nicht bestimmte Prozesszustände können mittels Interpolation aus dem Kennlinienfeld bestimmt werden. Dabei werden die Stützstellen des Kennlinienfelds durch ein Optimierungsverfahren optimal bestimmt, so dass im Gegensatz zu den häufig verwendeten neuronalen Netzen auch bei geringer Datendichte kein "overfitting" des Kennfeldes stattfindet und die damit einhergehenden Fehlanpassungen vermieden werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren setzt insbesondere einen oder mehrere der nachfolgend aufgezählten Schritte ein:

– Lieferung einer Schätzung des Ist-Schichtdickenverlaufs durch ein Schichtdickenprofil-Rekonstruktionsfilter, das modellbasiert und mit Hilfe von aktuellen Stellgrößen und gemessenen Schichtdicken eine Schätzung des Schichtdickenprofils liefert, sobald ein neuer Messwert vorliegt. Hierzu werden schaltende Kalmanfilter, wie in Bröker, Zustandsschätzung in Autobahnverkehr mit Einzelfahrzeugen, at-Automatisierungstechnik 49 (2001) 11, beschrieben, basierend auf periodischen und nicht periodischen Messungen, verwendet. Die Messwerte dürfen dabei in beliebiger nichtperiodischer Folge anfallen. Das schaltende Kalmanfilter hat auch unter diesen Bedingungen die garantierte globale Stabilität und Konvergenz. Im Gegensatz zu den in Tyler, Morari, Estimation of Cross Directional Properties: Scanning Versus Stationary Sensors, A.I.Ch.E Journal 43, 846, 1997 genannten Verfahren konvergiert das in Bröker, Zustandsschätzung in Autobahnverkehr mit Einzelfahrzeugen, at-Automatisierungstechnik 49 (2001) 11 beschriebene auch für stückweise lineare (affine lineare) Modelle, wobei zwischen den Modellen zu beliebigen Zeitpunkten umgeschaltet werden darf;
– Zerlegung der Schichtdickenprofile in orthogonale Komponenten durch optimale orthogonale Funktionensysteme, wie Chebyshew-Polynom, Gram-Polynom oder andere orthogonale Polynome, die entweder fest gewählt werden oder anhand der Regelabweichungen jeweils geeignet bestimmt werden;
– Einsatz eines expliziten, linearen, oder einem affinen linearen oder nichtlinearen online-fähigen Schichtdicken-Querprofil-Modell, das alle wesentlichen am Beschichtungsprozess beteiligten Größen/Stellglieder (Düsenabstand zum Band über die Breite des Bandes, Düsendruck und -winkel, Geschwindigkeit des Bandes) berücksichtigt;
– Verwendung eines Identifikationsverfahrens für affine lineare Modelle, das aus einem klassischem Identifikations- und einen Cluste rungsverfahren zur Bestimmung des Gültigkeitsbereiches der affinen linearen Modelle besteht;
– Verwendung eines linearen oder nichtlinearen Setup-Modell mit Expertensystem zur Berechung des Arbeitspunktes des Beschichtungssystems,
– Verwendung eines Expertensystems, das die Abhängigkeit der Stellgrößen, der Schichtdicke und sonstiger Qualitätsparameter voneinander beschreibt.
– Einsatz eines Optimierungsverfahrens, das den Arbeitspunkt des Beschichtungssystems mittels des Setup-Modells berechnet, unter Berücksichtung der einzuhaltenden Randbedingungen (Zinkdicke, Zinkschichtoberflächenqualität, Zinkverbrauch, usw.),
– Einsatz eines Mehrgrößenreglers, bestehend aus einer dynamischen Optimierung unter Berücksichtigung von Stellgrößenbeschränkungen für die Regelung des Zinkschichtdickenprofils,
– Einsatz einer Mehrgrößenregelung, die die Stelleingriffe der Bandführung und der Düsenregelung koordiniert, so dass eine optimale Zinkschichtdicke eingehalten wird. Hierzu werden die gemessenen Abweichungen des Zinkschichtdickeprofils vom Sollprofil in Komponeneten zerlegt, die durch • Formfehler des Bandes, z.B. Querbogen, • Bandschwingungen • Änderung des mittleren Abstandes zwischen Düse und Band, • Schräglage des Bandes im Düsenspalt • Druckänderungen der Düse und/oder • sektorielle Änderung des Abstands zwischen Düse und Band und sektorielle Änderung des Düsendrucks jeweils über der Band-breite • Bandgeschwindigkeit hervorgerufen werden. Formfehler und Bandschwingungen können durch die Bandführung kompensiert werden. Die Auswirkung der Änderung des mittleren Abstandes des Bandes zur Düse auf die Zinkschichtdicke kann wahlweise von der Bandfühung, durch Verfahren der Düsen oder durch Änderung des Drucks in den Düsen kompensiert werden. Welche der Möglichkeiten gewählt wird, hängt von den zur Verfügung stehenden Stellbereichen, und den Stellgeschwindigkeiten • der Bandführung und • der Düsen ab.

Eine Mehrgrößenregelung mit einer Zerlegung der Abweichung des Zinkschichtdickenprofils von dem Sollprofil in sich zeitlich schnelle und zeitlich langsam ändernde Komponenten kann verwendet werden, wobei schnell Störungen durch die Bandführung kompensiert werden und langsame Störungen durch die Bandführung und/oder die überlagerte Zinkschichtdickenregelung ausgeglichen werden.

Vorteilhafterweise wird eine Prädiktion der Regelgröße (Dickenprofil) durchgeführt, die in die dynamische Optimierung einbezogen wird, und die über eine Totzeitkompensation hinausgeht.

Weitere Vorteile werden durch den Einsatz eines Online-Adaptionsverfahren zur Anpassung der Online-Modelle erreicht, das robust gegenüber Modellunsicherheit und Störungen ist (vgl. beispielsweise Landau, Lozano, Saad, Adaptive Control, Springer Verlag, 1998).

Das Adaptionsverfahren zur Anpassung des Setup-Modells, ist vorzugsweise robust gegenüber Modellstrukturfehlern und Störungen.

Ferner kann ein Adaptionsverfahren zur Anpassung des schaltenden Kalmanfilters verwendet werden, das robust gegenüber Modellstrukturfehlern und Störungen ist und den Schaltvorgang des Filters berücksichtigt.

Die Adaptionsverfahren können Änderungen während der Bearbeitung eines Bandes berücksichtigen, aber auch Änderungen, die sich bei der Bearbeitung mehrerer Bänder, vorzugsweise des gleichen Typs, ergeben ("von Band zu Band"), berücksichtigen.

Zu einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt eine Umschaltung zwischen traversierender Messung und konstanter Messung an einer festen Breitenposition des Bandes, um die Adaption für die Mittenregelung zu beschleunigen, da die Dicke in Bandmitte ein Hauptqualitätsmerkmal ist.

Die Kaskaden-Regelung, basierend auf einem IMC (Internal Model Control)-Ansatz mit eingebettetem MPC (Model Predictive Control) kann zur Regelung der Heiß- und/oder der Kaltzinkschichtdicke eingesetzt werden, mit einer Umschaltungsmöglichkeit zwischen den Modi: ausschließliche Regelung der Kaltzinkschichtdicke, ausschließliche Regelung der Heißzinkschichtdicke, gleichzeitige Regelung der Kalt- und der Heißzinkschichtdicke.

In einer Datenbank können Prozessvariablen Startwerte für die Adaptation des dynamischen Online Modells zugeordnet werden.

Ein Modul kann die Stelleingriffe der Bandführung und der Zinkschichtdickeregelung koordinieren, so dass eine optimale Zinkschichtdicke eingehalten wird. Das Modul wird insbesondere verwendet

– um Schwingungen des Bandes zwischen den Düsen zu unterdrücken und/oder
– um Formfehler des Bandes (z.B. Querbogen) auszugleichen und/oder
– um das Band geeignet im Düsenspalt zu positionieren so das eine homogenere Zinkschicht auf den Stahlband entsteht

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise ein Gesamtmodell des Feuerverzinkungsprozesses eingesetzt, bestehend aus:

– Bandschwingungsmodell,
– Modell der Bandform,
– Modell der Bandposition,
– Schichtdickenmodell, das das eingesetzte Abstreifverfahren, zum Beispiel Luftanströmung entgegen der Bandlaufrichtung (Luftmesser) oder Zinkstrahl entgegen der Bandlaufrichtung gegen oberhalb des Bandes oder magnetischer Abstreifer oder magnetischhydrodynamischer Abstreifer oberhalb oder im Zinkbad, abbildet,
– Modell des magnetischen Aktuators,
– Modell des Bandpositionsmesssystems

und einem Modell, das die Koppelungen der Teilmodelle untereinander beschreibt.

Das Schwingungsmodell beschreibt vorzugsweise die Schwingungen eines sich in Bandlängsachse bewegenden Bandes, das als fest eingespannt (zum Beispiel zwischen Rollen im Bad und einer oberen Umlenkrolle) oder als sich bewegend angesetzt wird. Zum Beispiel kann für die feste Einspannung ausgehend von einem FEM-Ansatz ein vereinfachtes Modell mit konzentrierten Parametern abgeleitet werden, das in die Schwingungsregelung integriert wird.

Die kritischen Bandformen werden durch Planheitsfehler und Querbögen des Bandes verursacht, wobei Planheitsfehler durch vorgelagerte Walzprozesse verursacht werden und Querbögen durch das Biegen des Bandes um die Bandrollen verursacht wird. Die Kombination dieser beiden Effekte bestimmt die Form des Bandes und hat auch über dadurch bewirkte Änderungen des Schwingungsverhaltens des Bandes starken Einfluss auf die Wirkung des Abstreifverfahrens. Das einzusetzende Modell der Bandform berücksichtigt deshalb vorzugsweise diese Einflüsse.

Die mittlere Position des Bandes zwischen den Abstreifdüsen wird durch die Rollen im Zinkbad und die Bandform beeinflusst. In Abhängigkeit von der Position dieser Rollen und der Bandform wird die mittlere Bandposition bestimmt. Dieser Zusammenhang wird zum Beispiel durch ein einfaches Biegemodell unter Berücksichtigung der Bandform und/oder durch Schwingungsmodelle umschrieben. Dieser Zusammenhang hat ebenfalls über Auswirkungen auf das Schwingungsverhalten des Bandes starken Einfluss auf die Wirkung des Abstreifverfahrens.

Das magnetische Stellglied bestehend aus n paarweise sich gegenüberliegend angeordneten Spulen, die über die Bandbreite und für jede Bandseite getrennt angesteuert werden können. Das Modell beschreibt vorzugsweise die Kraftwirkung der Spulen auf das Band und das Übertragungsverhalten, der über die Bandbreite an M Stellen gemessenen Bandposition und Form.

Ein Zinkschichtdickenmodell kann die sich auf dem Band bildende Zinkschicht über der Bandbreite und Länge und damit auch über der Zeit beschreiben. Die Zinkauflage hängt von der Bandgeschwindigkeit, -temperatur, -position, -form, -schwingung des Bandes an der Stelle des Abstreifvorgangs (Düsenspalt bei Luftmessern) und dem Düsendruck bei Luftmessern oder an der Stelle des Abstreifvorgangs und anderen Größen ab. Das Modell kann wahlweise physikalisch modelliert werden, wobei die Parameter laufend dem Prozess nachgeführt werden und zum Beispiel in Tabellen abgelegt werden, oder durch Radial Based Funktionsnetze modelliert werden, die ebenfalls laufend dem Prozess nachgeführt werden.

Um eine gleichmäßigere Zinkauflage über der Bandbreite und Länge zu erzielen, wird bevorzugt eine koordinierte Schichtdicken-, Bandschwingungs-, Bandform-, und -positionsregelung eingesetzt.

Der koordinierte Regler berücksichtigt und koordiniert die Wechselwirkungen der unterlagerten Regelungen, insbesondere einer Vibrations-, einer Bandform- und einer Bandpositionsregelung, untereinander um eine optimale Schichtdicke über die Bandbreite und Länge zu erhalten. Dazu werden anhand von Modellen das zukünftige Verhalten der unterlagerten Regelkreise vorhergesagt und mittels modellprädiktiver Regelansätzen die entsprechenden Sollwerte für unterlagerte Regelungen bestimmt. Der koordinierte Regler entscheidet dabei zwischen Beschichtungsdickenfehler zum Beispiel verursacht durch Fehlpositionierung der Abstreifdüsen oder falschem Düsendruck, Bandposition, kritischen Bandformen und Bandschwingungen. Und er steuert die unterlagerten Regler entsprechend an.

Eine Schwingungsregelung dämpft zusammen mit dem elektromagnetischen Stellglied die Schwingungen des Bandes. Hierbei handelt es sich im Gegen satz zu der Bandpositions- und Bandformregelung um hochfrequente Vorgänge. Die Magnetpaare des elektromagnetischen Stellglieds sind über der Bandbreite vorzugsweise paarweise angeordnet, und werden vorzugsweise als einzelne Stellglieder eingesetzt. Jedes elektromagnete Paar ist vorzugsweise mit einem Sensor zur Abstandsmessung und einem Regler ausgestattet, so dass in Abhängigkeit von den auftretenden Schwingungsformen eine über der Bandbreite variierende Kraft auf das Band ausgeübt wird. Die einzelnen Regler werden vorzugsweise über den koordinierten Reglern angesteuert, so dass entweder das Band sich an dieser Stelle nicht bewegt oder die Gesamtschwingungsenergie des Bandes verringert wird. Der koordinierte Regler berücksichtigt vorzugsweise die Koppelungen zwischen den einzelnen untergeordneten Regelkreisen.

Ein Bandform- und Bandpositionsregler dämpft die langsamen Bandbewegungen des Bandes, indem die mittlere Kraft, die über die Bandbreite auf das Band einwirkt, verändert wird. Dabei kann jedes Magnetpaar mittels eines Reglers angesteuert werden. Diese einzelnen Regler werden dann vorzugsweise mittels eines überlagerten Reglers koordiniert, der die Wechselwirkungen der Regler untereinander berücksichtigt. Um zwischen Bandschwingung und Bandform und Position unterscheiden zu können, wird vorzugsweise ein adaptiver Filter verwendet.

Ein unterlagerter Schichtdickenregler regelt vorzugsweise die Abstreifdüse oder ein anderes Abstreifverfahren unter Hinzunahme der gemessenen Schichtdicke im heißen und im kalten Zustand. Dabei kann auf einen modellprädikativen Regleransatz zurückgegriffen werden, der eingebettet in ein Internal Model Konzept ist, um Totzeiten zu kompensieren. Zusätzlich kann das Schichtdickenprofil während des Scan Vorgangs des Sensors mittels eines Profilschätzers geschätzt werden. Dadurch kann während des Scannens die Schichtdicke geregelt werden. Die Sollwerte erhält der Regler vom koordinierten Schichtdickenregler.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Lage mindestens einer Spule veränderbar. Dies ermöglicht es, zu Anfang des Beschichtungsprozesses, bei dem noch ungedämpfte Bandschwingungen vorherrschen können, die Spule/die Spulen in deutlichem Abstand zu dem Band zu halten und so einen Kontakt mit dem Band zu vermeiden. Sobald die Regelung der Bandführung jedoch die Schwingungen gedämpft hat, kann die Spule von einem Anfangsabstand ausgehend näher an das Band bewegt werden. Dies bringt insbesondere den Vorteil einer Stromersparnis, da zur Erzeugung der gleichen Absolutkraft bei geringerer der Distanz der Spule zu dem Band ein geringerer Strom notwendig ist. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, die Lage der Spule in Abhängigkeit der Schwingung und/oder der Lage des Bandes einzustellen, beispielsweise bei zunehmender Schwingung die Spule vom Band zu entfernen.

Insbesondere bevorzugt ermittelt ein Spulenstromanalysator den Abstand des Bandes zur Spule aufgrund des Spulenstroms. Der bei anliegender, gleicher Spannung durch die Spule strömende Strom ist abhängig von der Distanz des Bandes zur Spule. Dies ermöglicht es, durch Analyse des durch die Spule fließenden Stroms und Kenntnis der anliegenden Spannung die Position des Bandes zu ermitteln. Auf diese Weise kann auf unmittelbar distanzmessende Sensoren, beispielsweise optische oder das Band berührende Distanzsensoren verzichtet werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel zeigenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen
1 eine einer Beschichtungseinrichtung nachgeschaltete Bandführungsvorrichtung in einer schematischen Darstellung
2 die Gesamtstruktur der koordinierten Auflage-Vibrations-Positions- und Formregelung,
3 die Regelungsstruktur der koordinierten Bandform- und Positionsregelung und
4 die Regelungsstruktur der koordinierten Vibrationsregelung.
Die 1 zeigt eine als Tauchbad ausgeführte Beschichtungseinrichtung 1 und eine der Beschichtungseinrichtung 1 nachgeordnete Bandführungsvorrichtung 2. Die Beschichtungseinrichtung 1 weist eine Umlenkrolle 10 in einem Tauchbehälter 11 sowie der Umlenkrolle 10 in Bandlaufrichtung nachgeschaltete Führungsrollen 12 und 13 auf. Ferner sind Abstreifdüsen 14 und 15 dem Tauchbad 11 nachgeordnet angeordnet.
Die Bandführungsvorrichtung 2 weist eine Bandführungseinrichtung 20, eine der Bandführungseinrichtung 20 nachgeschaltete erste Schichtdickenmessung 21, eine nachgeschaltete Kühlzone 22, Umlenkrollen 23, 24 und eine zweite Schichtdickenmesseinrichtung 25 auf.
Das Regelungssystem der Bandführungsvorrichtung weist einen übergeordneten Schichtdicken-Regler und einen untergeordneten Positions-Regler 30 auf. Der Schichtdicken-Regler weist eine erste auf einem Internal Model Control-Ansatz basierende Regelung 50 auf, in die eine dynamische Modell-Prädiktive-Regelung (MPC) eingebettet ist. Der erste Regler 50 hat als eine seiner Eingangsgrößen eine von den Messwerten der ersten Schichtdickenmesseinrichtung 21 abhängigen Signal. Ferner weist der übergeordnete Schichtdicken-Regler einen zweiten auf einem Internal Model Control-Ansatz basierenden Regler 60, in den ebenfalls ein MPC eingebettet sein kann, auf, dessen eine Eingangsgröße auf den Messwerten der zweiten Schichtdickenmesseinrichtung 25 basiert.
Dem äußeren (zweiten) Regler 60 des Schichtdicken-Reglers wird als Eingangsgröße ein festgelegter Soll-Schichtdickenverlauf 70 zugeführt. Das Ausgangssignal des zweiten Reglers 60 wird dem inneren Regler (ersten) 50 zugeführt. Die Ausgangssignale des Reglers 50 werden zum einen dem Positions-Regler 30 und zum anderen einer nicht näher dargestellten Regelung der Abstreiferdüse zugeführt. Ferner werden die Ausgangsgrößen des ersten Reglers 50 Modellen 51 der Abstreifdüse und der Wegstrecke der ersten Schichtdickenmesseinrichtung 21 zugeführt. Die Resultate der Modelle werden einem Totzeitglied 52 zugeführt. Die Messergebnisse der ersten Schichtdickenmesseinrichtung 21 werden zur Bildung einer Regelgröße für den ersten Regler 50 mit den durch die Modelle 51 ermittelten, zeitverzögerten Werten verglichen. Ferner werden die Ergebnisse der ersten Schichtdickenmesseinrichtung einem weiteren Modell 61 zugeführt, das die Wegstrecke von der ersten Schichtdickenmesseinrichtung durch die Kühlzone 22 und über die Umlenkrollen 23, 24 zur zweiten Schichtdickenmesseinrichtung 25 beschreibt. Die Ergebnisse der Modelle 61 werden ebenfalls in einem Totzeitglied 62 zeitverzögert. Die zeitverzögerten Ergebnisse der Modelle 61 werden mit dem tatsächlichen Ist-Schichtdickenverlauf der zweiten Schichtdickenmesseinrichtung 25 zur Bildung einer dem zweiten Regler 60 zuzuführenden Regelungsgröße verglichen.
Der Regelung der Bandführungsvorrichtung ist eine Modelladaption und eine Stellgrößen-Vorgabe sowie eine Feed Forward-Control 80 übergeordnet.
Das Band 3 wird in dem Tauchbad 11 beschichtet. Aufgrund ihrer Viskosität haftet die in dem Tauchbad 11 vorhandene Schmelze oberhalb des Metallbadspiegels an dem Metallband an und bildet damit um das Metallband eine frei anhaftende Zinkschicht. Diese Zinkschicht ist wesentlich dicker als benötigt. Deshalb streifen die oberhalb des Metallbandspiegels angeordneten pneumatischen Abstreifer 14, 15 das überschüssige Zink ab, welches am Band entlang zurück in das Bad fließt. Nach Durchlaufen der Spaltdüsen wird das Band durch die Bandführungseinrichtung 20 hindurch geführt. An der ersten Schichtdickenmesseinrichtung 21 wird die Schichtdicke des Bandes im heißen Zustand gemessen. Danach durchläuft das Band die Kühlzone 22 und wird mittels Umlenkrollen 23 und 24 zur zweiten Schichtdickenmessein richtung 25 geführt, wo die Schichtdicke des Bandes im kalten Zustand gemessen wird.
Um den vorgegebenen Soll-Schichtdickenverlauf 70 zu erreichen, müssen die pneumatischen Abstreifer 14, 15 bezüglich ihrer Anstellung in der Relation zum Band und bezüglich ihres Abstreifdrucks eingestellt werden. Ebenso wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren das Band mittels der Bandführungseinrichtung so positioniert, dass es die für den Auftrag beste Position erhält, wobei diese Position auch eine Schräglage oder eine Auslenkung aus der Mittenposition zwischen den Spulen der Bandführungseinrichtung 20 sein kann. Um die für die Einstellung der Bandposition in der Bandführungseinrichtung zuständigen Positionsregler 30 und den Regelungen der Abstreifdüsen zuzuführenden Signale zu ermitteln, wird der Ist-Schichtdickenverlauf sowohl im heißen als auch im kalten Zustand an der ersten Schichtdickenmesseinrichtung 21 bzw. der zweiten Schichtdickenmesseinrichtung 25 gemessen. Die Messergebnisse werden mit Modellberechnungen verglichen, die – durch ein Totzeitglied verzögert, um die Bandlaufzeit zwischen den Eingriffspunkten zu kompensieren, – berechnen welche Ergebnisse sich aufgrund der von dem ersten Regler 50 und dem zweiten Regler 60 vorgegebenen Werte einstellen sollten. Die sich aus dem Vergleich ergebenden Regelgrößen werden der auf einem Internal Model Control (IMC)-Ansatz basierenden Regelung des ersten, die Schichtdickenregelung im heißen Zustand abbildenden Reglers 50 und dem zweiten, für die Abbildung des Schichtdickenverlaufs im kalten Zustand zuständigen Reglers 60 zugeführt.
2 zeigt die Gesamtstruktur der koordinierten Auflage-, Vibrations-, Positions- und Formregelung. Die Lage des Bandes 3 zwischen den Spulen der Bandführungseinrichtung 20 wird durch eine in den ersten Regler 50 und dem zweiten Regler 60 vorgenommene Vibrationsregelung und Auflageregelung sowie eine durch die Positionsregeleinrichtung 30 durchgeführte Lage- und Positionsregelung eingestellt. Die Vibrationsregelung, Auflage(Schichtdicken)-Regelung und Lage- und Posititonsregelung werden da bei koordiniert, so dass für alle Regelungen das im Verhältnis bestmögliche Ergebnis erzielt wird.
3 zeigt die koordinierte Form und Positionsregelung. Zu erkennen ist, dass die auf einer gemeinsamen Bandseite liegenden, so genannten A-Spulen 124, 125, etc. der Bandführungseinrichtung 20 und die auf einer gemeinsamen, gegenüberliegenden B-Seite liegenden, so genannten B-Spulen 126, 127, etc. Positionsregeleinrichtungen 30 aufweisen. Diese Positionsregeleinrichtungen 30 sind untereinander koordiniert, um Einflüsse der einen Positionsregelung auf die danebenliegenden Regelungen zu minimieren bzw. für die Regelung das bestmögliche Ergebnis zu erreichen. Gleiches gilt für die in 4 dargestellte koordinierte Vibrationsregelung, bei der die Regelungseingriffe mit den Spulen 124, 125, 126, 127, etc. koordiniert werden, um eine möglichst optimale Dämpfung von Vibrationen zu erreichen.

Claims

Verfahren zur Bandbeschichtung, bei dem das Band vor oder nach einer Beschichtungseinrichtung zwischen zwei einander gegenüberliegend angeordneten Spulen einer Bandführungsvorrichtung durchgeführt wird, die einen Lagesensor für die Lagebestimmung des Bands zwischen den Spulen, Stromgeber für die Spulen und einen Schichtdickensensor zur Ermittlung der Schichtdicke der auf das Band aufgebrachten Schicht aufweist, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Festlegen eines Soll-Schichtdickenverlaufs, – Ermittlung eines Ist-Schichtdickenverlaufs mittels des Schichtdickensensors, – Ermittlung einer Schichtdicken-Regeldifferenz durch Vergleich des Ist-Schichtdickenverlaufs mit dem Soll-Schichtdickenverlauf, – Ermittlung eines Positions-Sollwert für die Bandposition zwischen den gegenüberliegenden Spulen mittels eines übergeordneten Schichtdicken-Reglers, dessen Eingangssignal die Schichtdicken-Regeldifferenz ist, – Ermittlung einer Positions-Istwert des Bands zwischen den gegenüberliegenden Spulen mittels des Lagesensors, – Ermittlung einer Positions-Regeldifferenz durch Vergleich des Positions-Istwert mit dem Positions-Sollwert, – Beaufschlagen mindestens einer der Spulen mit einem Strom, wobei der Strom ausgehend von dem Ausgangssignal eines Positionsreglers, dessen Eingangssignal die Positions-Regeldifferenz ist, eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicken-Regeldifferenz anstelle durch Vergleich des Ist-Schichtdickenverlaufs mit dem Soll-Schichtdickenverlauf durch Vergleich einer Regelgröße mit dem Soll-Schichtdickenverlauf ermittelt wird und die Regelgröße durch Vergleich eines durch ein Modell ermittelten Modell-Schichtdickenverlaufs mit dem Ist-Schichtdicken-verlauf ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Mehrgrößenreglers als Schichtdickenregler mit einer Kaskaden-Regelung, die auf einem Internal Model Control (IMC)-Ansatz basiert.
Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Schichtdickenregler mit einer Kaskaden-Regelung, die auf einem Internal Model Control (IMC)-Ansatz mit eingebettetem Model Predictive Control (MPC) basiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch die Verwendung mindestens eines online-fähigen Modells.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch eine dynamische Optimierung unter Einbeziehung von Stellgrößenbeschränkungen und vorhergesagtem Regelgrößenverlauf.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Initiieren des Verfahrens Stellgrößen zunächst nach den Vorgaben eines Set-up Modells eingestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Initiieren des Verfahrens zur Adaption der Regelung auf einen Referenzwert des Schichtdickenverlaufs der Ist-Oberflächenverlauf zunächst nur mit Messwerten eines Referenzpunkts ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Adaption der online-Modelle und/oder des Set-up Modells.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Schichtdickenverlaufs des durch die Vorrichtung bewegten Bandes Schichtdickenmessungen, die quer zur Bandlaufrichtung versetzt zueinander erfolgen, mit folgenden Schritten vorgenommen werden: – Ermitteln eines Schichtdicken-Wertes an mindestens einem Messpunkt, – Berechnen der charakterisierenden Werte einer Schichtdickenverlaufsgleichung aus dem/den ermittelten Schichtdicken-Werten) mittels eines schaltenden Kalmanfilters.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Schichtdicken-Wert an regelmäßig über die Bandbreite verteilten Meßpunkten ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach jeder Ermittlung eines Schichtdicken-Werts die charakterisierenden Werte einer Schichtdickenverlaufsgleichung berechnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei in Bandbreitenrichtung nebeneinander, auf einer Seite des Bands angeordnete Spulen mit Strom beaufschlagt werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der den nebeneinander angeordneten Spulen zugeführte Strom unterschiedlich ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage mindestens einer Spule verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule von einem Anfangsabstand ausgehend näher an das Band bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der Spule in Abhängigkeit der Schwingung und/oder der Lage des Bands eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spulenstromanalysator den Abstand des Bands zu Spule aufgrund des Spulenstroms ermittelt.