DE19707980A1

DE19707980A1 - Verfahren und Einrichtung zum Beschichten eines Metallbandes

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Publication number: DE19707980A1
Application number: DE19707980A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dr Ing Tautz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-02-27
Filing date: 1997-02-27
Publication date: 1998-09-03
Anticipated expiration: 2017-02-28
Also published as: WO1998038354A2; US6235178B1; AT409143B; KR20000075791A; KR100527332B1; WO1998038354A3; DE19880200D2; DE19707980C2; ATA900498A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Einrichtung zum Beschichten eines Metallbandes mit einem Beschichtungsme tall, insbesondere zum Beschichten eines Stahlbandes mit Zink oder einer Zink-Nickel-Verbindung.

Eine Beschichtungsanlage weist üblicherweise eine oder mehre re Galvanisierungszellen auf, in denen sich ein Elektrolyt befindet, der die Metalle für die Beschichtung des Metallban des enthält. Das Metallband wird durch die Elektrolytflüssig keit hindurch geführt. Im Elektrolyten sind außerdem Anoden angeordnet. Durch einen elektrischen Strom zwischen den An oden und dem als Kathode wirkenden Metallband wird das Me tallband beschichtet. Dabei wird der Strom so geregelt, daß sich eine Schicht einer gewünschten Solldicke auf dem Metall band ablagert.

Bei der industriellen Beschichtung von Metallbändern gibt es jedoch zwei sich widersprechende Forderungen. Zum einen soll ein vorgegebener Beschichtungssollwert möglichst nicht über schritten werden, da eine zu dicke Beschichtung unnötig viel Material verbraucht und zu höheren Kosten führt. Um jedoch die gewünschten Eigenschaften des Metallbandes garantieren zu können, muß sichergestellt sein, daß an keiner Stelle des Bandes eine bestimmte Mindestbeschichtung unterschritten wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bzw. eine Ein richtung zur Beschichtung eines Metallbandes mit Beschich tungsmetall anzugeben, die es ermöglicht, einen vorgegebenen Beschichtungssollwert möglichst genau einzuhalten. Dabei soll insbesondere das Einhalten einer bestimmten Mindestbeschich tung garantiert werden, ohne daß es zu einer unnötig hohen Beschichtung des Metallbandes kommt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. eine Einrichtung gemäß Anspruch 15 gelöst. Dabei wird der Strom durch die galvanische Zelle in Abhängig keit der Eigenschaften der galvanischen Zelle mittels eines ein Prozeßmodell und einen Reglerteil aufweisenden Monitor reglers derart geregelt, daß sich eine Schicht einer ge wünschten Solldicke auf dem Metallband ablagert, wobei Zeit konstanten des Reglerteils bei Änderungen des Zustands der Beschichtungsanlage, insbesondere bei Einlauf eines neuen Me tallbandes oder bei Unterschreiten einer minimalen Soll schichtdicke, an den geänderten Zustand der Beschichtungsan lage angepaßt werden. Auf diese Weise ist es möglich, das Meßrauschen zu unterdrücken und große Reglerbewegungen, die dadurch verursacht werden können, daß das Prozeßmodell kein exaktes Abbild der Beschichtungsanlage ist, ausreichend ge glättet werden und gleichzeitig schnell auf externe Ereignis se, wie z. B. den Einlauf eines neuen Bandes oder das Auftre ten kritischer Zustände, wie z. B. das Unterschreiten eines minimalen Beschichtungswertes, zu reagieren.

Dazu wird in besonders vorteilhafter Weise der Strom mittels eines dynamischen Tiefpasses in Abhängigkeit des Beschich tungsmittelwertes, insbesondere in Abhängigkeit des Verhält nisses von Beschichtungsmittelwert und vom Prozeßmodell er mittelte Beschichtungswert geregelt, wobei die Zeitkonstante des dynamischen Tiefpasses zur Regelung in Abhängigkeit des Beschichtungsmittelwertes bei Einlauf eines neuen Metallban des in die Beschichtungsanlage verkleinert und anschließend vergrößert wird. Bei einem einfachen Tiefpaß wäre die einmal eingestellte Zeitkonstante von Anfang an wirksam. Demgegen über arbeitet der erfindungsgemäß eingesetzte dynamische Tiefpaß derart, daß er bei jedem Bandanfang zunächst einen direkten Durchgriff darstellt. Danach wird eine Zeitkonstante eingestellt, die langsam auf einen bestimmten, eine ausrei chende Glättung garantierenden Wert ansteigt. Dadurch wird erreicht, daß der Monitorregler am Bandanfang so schnell wie überhaupt möglich, also ohne irgendeine Glättung, den vorge gebenen Beschichtungssollwert einstellt. Mit Zunahme von Meß werten geht der dynamische Tiefpaß dann in eine Arbeitsweise über, die große Regelbewegungen, insbesondere verursacht durch Meßrauschen und Abweichungen zwischen Prozeßmodell und realen Prozeß, glättet.

In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der Strom mittels eines dynamischen Tiefpasses in Abhängig keit des minimalen Beschichtungswertes, insbesondere in Ab hängigkeit des Verhältnisses von minimalem Beschichtungswert und vom Prozeßmodell ermittelte Beschichtungswert geregelt, wobei die Zeitkonstante des dynamischen Tiefpasses bei Unter schreiten des minimalen Beschichtungswertes auf einen sehr kleinen Wert verkleinert und oberhalb des minimalen Beschich tungswertes auf einen großen, eine ausreichende Glättung ge währleistenden Wert eingestellt wird. Dabei ist es besonders vorteilhaft, bei Überschreiten des minimalen Beschichtungs wertes den Ausgang des dynamischen Tiefpasses zunächst eine bestimmte Wartezeit lang konstant zu halten, und ihn nach Ab lauf dieser Wartezeit in Abhängigkeit des minimalen Beschich tungswertes, insbesondere in Abhängigkeit des Verhältnisses vom minimalen Beschichtungswert und vom Prozeßmodell ermit telten Beschichtungswert zu regeln, wobei die Zeitkonstante des dynamischen Tiefpasses auf einen eine ausreichende Glät tung gewährleistenden Wert eingestellt wird.

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 Beschichtungsanlage,

Fig. 2 eine Beschichtungsregelung mit erfindungsgemäßer Monitorregelung,

Fig. 3 die Struktur eines erfindungsgemäßen Monitorreglers.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Beschichtungsanla ge, in der gewalzte Stahlbänder 2 mit Zink oder Zink-Nickel beschichtet werden können. In der Beschichtungsanlage sind mehrere, z. B. 10, Galvanisierungszellen 1 vorhanden, in denen sich ein Elektrolyt 12 befindet, der die Metalle für die Be schichtung enthält. Für die Beschichtung mit Zink (Zn-Mode) wird ein anderer Elektrolyt verwendet als für die Beschich tung mit Zink-Nickel (ZnNi-Mode) . Eine nicht gezeigte Elek trolytregelung sorgt dafür, daß die Zusammensetzung und die Parameter des jeweiligen Elektrolyten konstant bleiben, so daß stets eine gute Qualität der Galvanisierung sicherge stellt ist.

Das Stahlband 2, das beschichtet werden soll, wird durch Rol len 6, 7, 8, 9, 10 geführt und läuft mit einer bestimmten Ge schwindigkeit in Richtung des mit Bezugszeichen 13 bezeichne ten Pfeils durch die einzelnen Galvanisierungszellen 1. In jeder Zelle sind je 4 Anoden 4, 5 angebracht, 2 Anoden 5 für die Oberseite und 2 Anoden 4 für die Unterseite des Bandes 2. Die Stromrollen 8, 9 oberhalb der Zellen 1 übertragen den ne gativen Pol auf das Band, das auf diese Weise zur Kathode wird. Die Beschichtung des Bandes erfolgt elektrolytisch, in dem in die Anoden 4, 5 mit Hilfe von Gleichrichtern ein be stimmter Strom eingeprägt wird. Dieser Strom bewirkt, daß das im Elektrolyten enthaltene Zink bzw. Zink-Nickel sich auf der Bandoberfläche ablagert.

Für die Anoden der Oberseite und der Unterseite des Bandes 2 werden die Ströme getrennt eingestellt. Dadurch lassen sich die Dicken der Beschichtungen für die Oberseite und die Un terseite separat festlegen. Ein Band 2 kann also nicht nur mit gleichen Dicken auf beiden Seiten beschichtet werden, sondern es ist auch möglich, durch unterschiedlich einge stellte Ströme die Oberseite und die Unterseite unabhängig voneinander mit verschiedenen Dicken zu beschichten.

Ebenso besteht die Möglichkeit, nur eine Seite des Bandes zu beschichten. In diesem Falle wird der ersten Galvanisierungs zelle ein sogenannter Flash-Strom für die Seite zugeführt, die nicht beschichtet werden soll. So entsteht auf dieser Seite eine minimale Beschichtung, die so bemessen wird, daß sie in den übrigen Zellen gerade wieder durch die Säure des Elektrolyten abgebeizt wird. Auf diese Weise wird verhindert, daß die Säure des Elektrolyten aus der nicht beschichteten Seite des Bandes Eisen herauslöst.

Um die Beschichtungsanlage kontinuierlich betreiben zu kön nen, werden die einzelnen Bänder vor der Anlage aneinanderge schweißt. Die dadurch entstehenden Schweißnähte werden ver folgt, so daß jederzeit bekannt ist, in welchem Teil der An lage sich noch das alte Band befindet und wo bereits das neue Band anzutreffen ist. Hinter der Anlage werden die Bänder wieder getrennt. Jedes Band wird entweder auf ein Coil gewic kelt oder weiter unterteilt und auf mehrere Coils gewickelt.

Die Beschichtungsanlage soll auf die Oberseite und die Unter seite des Bandes jeweils eine Beschichtung mit einer genau festgelegten Dicke aufbringen. Diese Sollwerte sind möglichst genau einzuhalten. Insbesondere darf an keiner Stelle des Bandes eine bestimmte Mindestdicke unterschritten werden, da sonst die geforderten Eigenschaften des Bandes nicht garan tiert werden können. Andererseits ist eine zu große Dicke nicht erwünscht, weil sie unnötig Material verbraucht und zu höheren Kosten führt.

Für die Einhaltung dieser Vorgaben sorgt eine Beschichtungs regelung. Daher befindet sich in einem bestimmten Abstand hinter den Galvanisierungszellen 1 ein Beschichtungsmeßgerät 3, das die Dicken der Beschichtungen der Oberseite und der Unterseite des Bandes 1 erfaßt. Ausgehend von diesen Meßwer ten beeinflußt die Beschichtungsregelung die Beschichtung, indem sie für die Anoden 4, 5 der Galvanisierungszellen 1 die erforderlichen Ströme berechnet, die dann als Stellgrößen den entsprechenden Gleichrichtern zugeführt werden.

Die Beschichtungsregelung regelt die Beschichtung der Ober seite und der Unterseite des Bandes 1 getrennt. Außerdem muß sie, wenn sich eine Schweißnaht in der Anlage befindet, das alte und das neue Band separat regeln. Daher muß die Be schichtungsregelung insgesamt viermal vorhanden sein.

Die Beschichtungsregelung hat die Aufgabe, die Ströme für die Anoden 4, 5 der Galvanisierungszellen 1 fortlaufend so einzu stellen, daß stets die gewünschte Beschichtung des Bandes 1 erreicht wird, und zwar unabhängig davon, welche Betriebsbe dingungen gerade vorliegen. Die Menge an Zink bzw. Zink- Nickel, die aus dem Elektrolyten ausfällt und das Band 1 be schichtet, ist dem Produkt aus Strom und Zeit proportional. Die pro Zeit beschichtete Bandfläche ist das Produkt aus Bandbreite und Bandgeschwindigkeit. Will man also die Be schichtung, gemessen in g/m², berechnen, so müssen der Strom, die Bandbreite und die Bandgeschwindigkeit berücksich tigt werden.

Die Beschichtungsregelung hat die umgekehrte Aufgabe, nämlich für einen vorgegebenen Beschichtungssollwert den erforderli chen Strom zu berechnen. Dies geschieht durch folgende Glei chung:

wobei
I_total der Gesamtstrom [A]
G*_mean der Beschichtungssollwert [g/m²]
b_strip die Bandbreite [m]
v_strip die Bandgeschwindigkeit [m/min]
c_s das Ablagerungsäquivalent [g/Ah]
η_cells der Zellenwirkungsgrad
k_control der Stelleingriff der Regelung
ist.

Die wesentlichen Einflußgrößen der Stromberechnung sind also der Beschichtungssollwert, die Bandbreite und die Bandge schwindigkeit. Der Faktor 60 ergibt sich aus den verwendeten Einheiten durch die Umrechnung min/h. Das Ablagerungsäqui valent c_s beträgt für Zink 1,2193 g/Ah. Da die Säure des Elektrolyten in den Galvanisierungszellen einen Teil der Be schichtung wieder vom Band ablöst, ist die tatsächliche Be schichtung etwas geringer als die theoretisch berechnete. Dieser Effekt wird durch den Zellenwirkungsgrad η_cells berück sichtigt.

Die Beschichtungsregelung bestimmt diesen Zellenwirkungsgrad
η_cells und adaptiert ihn mit Hilfe der Größe k_control an die ak tuellen Betriebsbedingungen. Dabei dient k_control als Stellein griff, um den Strom und damit die Beschichtung so einzustel len, daß der vorgegebene Beschichtungssollwert erreicht wird. Wie dies prinzipiell geschieht, zeigt Fig. 2.

Die Stromberechnung 25, die mit den Größen G*_mean, b_strip, v_strip, η_cells und k_control versorgt wird, stellt am Eingang der Beschichtungsanlage über den Strom die Beschichtung ein. Am Ausgang erfaßt ein Beschichtungsmeßgerät 22 die tatsächliche Beschichtung und stellt die Meßwerte G_min und G_mean zur Verfü gung, wobei G_min die minimale Beschichtung und G_mean die mitt lere Beschichtung ist.

Zu diesen Meßwerten gehören die folgenden Sollwerte:
G*_min Mindestbeschichtung
G*_mean Beschichtungssollwert.

Ausgehend von diesen Meßwerten und Sollwerten regelt die Be schichtungsregelung die Beschichtung und berechnet dazu den Stelleingriff k_control.

Bei der Erstellung des Regelkonzepts der Beschichtungsrege lung hat sich herausgestellt, daß es zweckmäßig ist, eine Unterteilung in die folgenden 3 Komponenten vorzunehmen:

- Monitorregler 27
- Fuzzy-System 28
- Online-Training 29 des Fuzzy-Systems.

Der Monitorregler regelt die Beschichtung. Dazu wertet er die Meßwerte G_min und G_mean sowie die Sollwerte G*_min und G*_mean aus und berechnet daraus den Stelleingriff k_control. Dies erfolgt so, daß die Bedingungen

G_min ≧ G*_min und G_mean = G*_mean

möglichst gut eingehalten werden. Die erste Bedingung besagt, daß die Mindestbeschichtung nicht unterschritten werden darf. Die zweite Bedingung drückt aus, daß der vorgegebene Be schichtungssollwert einzuhalten ist.

Der Zellenwirkungsgrad η_cells hängt von den jeweiligen Be triebsbedingungen der Anlage ab. Die zu dessen Berechnung be rücksichtigten Größen sind hierbei:

- Stromdichte der Anoden
- pH-Wert des Elektrolyten
- Temperatur des Elektrolyten.

Diese 3 Größen werden als Eingangsgrößen eines Fuzzy-Systems 28 verwendet, das an seinem ersten Ausgang den Zellenwir kungsgrad η_Fuzzy bereitstellt. Auch die übergeordnete Automa tisierungsebene, die in Fig. 2 nicht dargestellt ist, berech net für jedes Band einen Zellenwirkungsgrad, der mit η_Level2 bezeichnet wird. Bei jedem Bandanfang wird die Differenz die ser beiden Zellenwirkungsgrade

η_memory = η_Level2 - η_Fuzzy

gespeichert und anschließend bei der Beschichtung des Bandes zum Zellenwirkungsgrad des Fuzzy-Systems addiert:

η_cells = η_memory + η_Fuzzy.

Auf diese Weise wird erreicht, daß jedes Band mit dem vom übergeordneten Automatisierungssystem vorgegebenen Zellenwir kungsgrad η_cells = η_Level2 startet und danach das Fuzzy-System 28 diesen Zellenwirkungsgrad η_cells ändern kann.

Das Fuzzy-System 28 wird zu Beginn mit einfachem verbal for mulierten Expertenwissen vorbesetzt.

Das Online-Training 29 sorgt beim Betrieb der Anlage für eine automatische Adaption des Fuzzy-Systems 28 an das tatsächli che Anlagenverhalten. Dazu wird dem Online-Training 29 die aktuelle Situation im vorliegenden Beispiel in Form der Größe i_Fuzzy des Fuzzy-Systems 28 zugeführt. Außerdem wird der aktu elle in der Stromberechnung verwendete Zellenwirkungsgrad be rücksichtigt. Dieser ist durch die Größen η_cells und k_control ge kennzeichnet, die dem Online-Training 29 ebenfalls zugeführt werden. Um das Beschichtungsverhalten der Anlage beurteilen zu können, werden dem Online-Training noch der Beschichtungs sollwert G*_mean und die gemessene Beschichtung G_mean zuge führt.

Aus all diesen Größen wird der tatsächliche Zellenwirkungs grad der Anlage berechnet. Dieser wird herangezogen, um das Fuzzy-System schrittweise zu adaptieren, so daß es das tat sächliche Anlagenverhalten immer besser repräsentiert. Da durch ist das Fuzzy-System in der Lage, stets einen optimalen Zellenwirkungsgrad zu bestimmen.

Der vorliegende Beschichtungsprozeß erstreckt sich von den Galvanisierungszellen bis zum Beschichtungsmeßgerät 22. In den Galvanisierungszellen wird das durchlaufende Band 20 be schichtet. Der Monitorregler 27 beeinflußt die Beschichtung durch Stelleingriffe, die in der Stromberechnung umgesetzt werden. Die Auswirkungen dieser Stelleingriffe werden jedoch erst registriert, wenn der betreffende Bandabschnitt bis zum Meßgerät transportiert worden ist. Je nach Anordnung des Meß gerätes und abhängig von der Bandgeschwindigkeit können sich relativ große Transportzeiten ergeben. Der verwendete Moni torregler 27 ist so ausgelegt, daß er auch bei großen Trans portzeiten eine gute Regeldynamik besitzt. Seine Struktur zeigt Fig. 3.

Das Band 30 läuft in Richtung des Pfeils 33 durch die Be schichtungsanlage. Das Beschichtungsmeßgerät 31 erfaßt die tatsächliche Beschichtung und stellt die Meßwerte G_min und G_mean bereit.

Der Monitorregler legt die Stelleingriffe k_control fest, die in der Stromberechnung verwendet werden. Parallel zur Beschich tungsanlage arbeitet ein Anlagenmodell 38. Dieses wird an seinem Eingang mit dem Quotienten

versorgt. Dieser Quotient ist auch in der Stromberechnung enthalten. Er ist ein Maß für die momentan aufgebrachte Be schichtung.

Das Anlagenmodell bildet das Verhalten der Beschichtungsanla ge nach. Es berechnet fortlaufend die in den Galvanisierungs zellen aufgebrachte Beschichtung des Bandes und verfolgt die se bis zum Beschichtungsmeßgerät. Am Ausgang des Anlagenmo dells wird dann die Beschichtung G_M ausgegeben.

Durch das Anlagenmodell 38 werden die beiden Beschichtungen G_mean und G_M synchronisiert, so daß sie in Beziehung zueinan der gesetzt werden können. Wenn der in der Stromberechnung verwendete Zellenwirkungsgrad korrekt ist, dann gilt G_mean = G_M. Ansonsten muß der Zellenwirkungsgrad mit

korrigiert werden. Dieser Wert k_mean könnte im Prinzip direkt als Stellgröße k_control ausgegeben werden. Es ist jedoch beson ders vorteilhaft, eine Glättung vorzunehmen, was durch den dynamischen Tiefpaß 39 geschieht. Dessen Ausgangsgröße k_LP1 ist die Stellgröße, die zur Regelung der mittleren Beschich tung G_mean notwendig ist, um G_mean = G*_mean zu erreichen.

Vom Beschichtungsmeßgerät kommt noch ein weiterer Meßwert, nämlich die minimale Beschichtung G_min. Mit diesem Meßwert wird genauso verfahren wie mit der mittleren Beschichtung G_mean. Es wird also der Wert

berechnet und in besonders vorteilhafter Weise mit dem dyna mischen Tiefpaß 40 geglättet. Dessen Ausgangsgröße k_LP2 wird noch mit G*_mean multipliziert und durch G*_min dividiert, damit der Meßwert G_min nicht mit dem Sollwert G*_mean, der in G_M ent halten ist, sondern mit G*_min verglichen wird:

Dieser Wert ist die Stellgröße, die zur Regelung der minima len Beschichtung G_min notwendig ist, um G_min = G*_min zu errei chen.

Das Minimum dieser Stellgröße und der oben genannten Stell größe k_LP1 ist die Stellgröße k_control, die der Monitorregler ausgibt:

Der Monitorregler regelt also sowohl die mittlere Beschich tung G_mean als auch die minimale Beschichtung G_min. Er enthält somit zwei Regelungen. Von den beiden Stellgrößen wird die kleinere ausgegeben, da diese zu einer höheren Beschichtung führt. Dadurch wird erreicht, daß der Monitorregler im Nor malfall die mittlere Beschichtung regelt, um G_mean = G*_mean zu erreichen. Wenn dabei jedoch die minimale Beschichtung unter halb der Mindestbeschichtung liegen würde, dann regelt der Monitorregler die minimale Beschichtung, um G_min = G*_min zu er reichen. Dabei wird allerdings G_mean < G*_mean. Das Anlagenmodell 38 bildet das Verhalten der Beschichtungs anlage nach. Es besteht aus den folgenden drei Teilmodellen:

- Beschichtungsmodell 35
- Transportmodell 36
- Mittelwertbildung 37.

Das Beschichtungsmodell berechnet die in den Galvanisierungs zellen aufgebrachte Beschichtung des Bandes.

Das Transportmodell verfolgt die Beschichtung des Bandes von den Galvanisierungszellen bis zum Beschichtungsmeßgerät.

Wie bereits ausgeführt, enthält der Monitorregler zwei Rege lungen, eine für die mittlere Beschichtung G_mean und eine zweite für die minimale Beschichtung G_min. Die Dynamik der er sten Regelung wird durch den dynamischen Tiefpaß 39 und die Dynamik der zweiten Regelung durch den dynamischen Tiefpaß 40 eingestellt. Diese beiden dynamischen Tiefpässe erfüllen fol gende Funktionen:

- Fehler und Rauschen der Meßwerte werden geglättet.
- Im allgemeinen stimmt das Verhalten des Anlagenmo dells nicht exakt mit dem Verhalten der Beschich tungsanlage überein. Insbesondere können sich leicht Ungenauigkeiten in der Transportzeit erge ben. Wenn sich dann die Beschichtung ändert, ändern sich die Größen G_mean und G_min einerseits und die Größe G_M andererseits nicht synchron. Dadurch tre ten Impulse in den Größen k_mean und k_min auf. Diese Impulse werden durch die Tiefpässe geglättet und damit verkleinert.
- Änderungen der Stellgröße k_control erfolgen geglät tet.

Der dynamische Tiefpaß 39 wird durch die Glättungszahl n_LP1 parametriert. Diese Glättungszahl entspricht einer Zeitkon stanten. Sie gibt an, über wieviel Meßwerte die Glättung sich erstreckt. Wenn z. B. das Beschichtungsmeßgerät jeweils nach 1 min neue Meßwerte liefert und n_LP1 = 3 ist, so arbeitet der Tiefpaß mit einer Zeitkonstanten von 3 min.

Bei einem einfachen Tiefpaß wäre die parametrierte Glättungs zahl n_LP1 von Anfang an jederzeit wirksam. Demgegenüber arbei tet der erfindungsgemäß eingesetzte dynamische Tiefpaß 39 so, daß er bei jedem Bandanfang zunächst einen direkten Durch griff zuläßt. Danach wird eine Glättungszahl verwendet, die langsam von 1 auf n_LP1 ansteigt. Dieser Anstieg wird durch ei nen weiteren Tiefpaß mit der Glättungszahl n_LP1 realisiert.

Das bedeutet, daß bei jedem Bandanfang, sobald die ersten Meßwerte eingetroffen sind, wegen des direkten Durchgriffs k_LP1 = k_mean ist. Dadurch wird erreicht, daß der Monitorregler am Bandanfang so schnell wie überhaupt möglich, also ohne ir gendeine Glättung, den vorgegebenen Beschichtungssollwert einstellt. Danach erhöht sich langsam die Glättungswirkung des Tiefpasses.

Der dynamische Tiefpaß 40 wird durch die folgenden Werte pa rametriert:
n_{LP2 down} Glättungszahl abwärts
n_{LP2 up} Glättungszahl aufwärts
n_{LP2 wait} Wartezahl nach einer Abwärtsbewegung, bis wieder eine Aufwärtsbewegung möglich ist.

Die Glättungszahl abwärts n_{LP2 down} wird verwendet, wenn die Ausgangsgröße k_LP2 des Tiefpasses kleiner wird. Dies ist z. B. dann gegeben, wenn die minimale Beschichtung G_min plötzlich die Mindestbeschichtung G*_min unterschreitet. Damit in diesem Falle k_LP2 und damit k_control schnell verkleinert wird, wodurch die Beschichtung sich erhöht, sollte die Glättungszahl ab wärts n_{LP2 down} relativ klein gewählt werden.

Die Glättungszahl aufwärts n_{LP2 up} wird verwendet, wenn die Ausgangsgröße k_LP2 des Tiefpasses größer wird. Diese Glät tungszahl kann so parametriert werden, daß eine ausreichende Glättung erreicht wird.

Damit bei einer Erhöhung des Meßwertes G_min nicht sofort wie der die Beschichtung verringert wird, sorgt die Wartezahl n_{LP2 wait} dafür, daß dies erst dann geschieht, nachdem weitere n_{LP2 wait} Meßwerte eingetroffen sind.

Eine wesentliche Eigenschaft des Monitorreglers ist, daß er ohne bleibende Regelabweichung arbeitet, was sich durch fol gende Überlegung nachvollziehen läßt. Es wird zunächst davon ausgegangen, daß

k_control = k₁

ist. Dann gibt das Anlagenmodell den Wert

aus. Wenn nun in der Anlage die Beschichtung

G_mean = k₂ . G*_mean

gemessen wird, so wird im Monitorregler der Wert

berechnet, der nach dem Einschwingen des dynamischen Tiefpas ses 1 als Stellgröße

k_control = k₁.k₂

ausgegeben wird. k_control wird also gegenüber dem ursprüngli chen Wert mit dem Faktor k₂ multipliziert. Dadurch verringern sich sowohl die Beschichtung in den Galvanisierungszellen der Anlage als auch die Eingangsgröße des Anlagenmodells um den Faktor k₂. Nach dem Transport des Bandes durch die Anlage er faßt das Beschichtungsmeßgerät diese Verringerung und stellt den Meßwert

G_mean = G*_mean

zur Verfügung. Gleichzeitig gibt auch das Anlagenmodell den verringerten Wert

aus. Damit wird weiterhin der Wert

berechnet und als Stellgröße

k_control = k₁ . k₂

ausgegeben. Der Monitorregler regelt also Abweichungen vom Sollwert ohne bleibende Regelabweichung aus. Er besitzt somit ein integrierendes Verhalten. Dabei verwendet er gewisserma ßen das Anlagenmodell als Speicher für die bisherigen Stell eingriffe, um davon ausgehend neue Stelleingriffe zu berech nen.

Des weiteren ist der erfindungsgemäße vorgestellte Monitor regler durch folgende Eigenschaften und Vorteile gegenüber konventionellen Reglern gekennzeichnet:

- Am Bandanfang werden Abweichungen vom Sollwert so schnell wie überhaupt möglich, also ohne irgendeine Glättung, ausgeregelt. Danach setzt langsam die Glättungswirkung der dynamischen Tiefpässe ein.
- Würde als Monitorregler ein einfacher I-Regler ver wendet werden, so könnte dieser wegen der Trans portzeit in der Beschichtungsanlage nur sehr lang sam eingestellt werden. Je größer die Transportzeit ist, desto langsamer müßte ein I-Regler eingestellt sein. Diesen Nachteil vermeidet der hier vorge stellte Monitorregler. Dessen Dynamik kann unabhän gig von der Transportzeit beliebig festgelegt wer den, also z. B. nach technologischen Aspekten.
- Durch das im Monitorregler enthaltene Anlagenmodell ergibt sich, daß die berechneten Werte k_mean und k_min nicht von der ausgegebenen Stellgröße k_control abhän gen, da k_control in gleicher Weise die Meßwerte G_mean und G_min und die Größe G_M beeinflußt und sich diese Einflüsse kompensieren. Damit ist die Stabilität der Monitorregelung sichergestellt. Dies gilt unab hängig davon, wie die Dynamik des Monitorreglers durch die dynamischen Tiefpässe 1 und 2 eingestellt ist.
- Änderungen des Sollwertes G*_mean werden unmittelbar ohne Zeitverzögerung umgesetzt, da sie direkt in die Stromberechnung eingehen. Parallel dazu liegen sie auch am Eingang des Anlagenmodells an. Dadurch beeinflussen sie gleichermaßen die Werte G_mean, G_min und G_M, so daß auch hier wieder die Werte k_mean und k_min nicht beeinflußt werden. Das bedeutet, daß bei Sollwertänderungen keinerlei Einschwingvorgänge auftreten. Dies gilt auch, wenn die Mindestbe schichtung G*_min geändert wird.

Claims

1. Verfahren zum Beschichten eines Metallbandes mit einem Be schichtungsmetall, insbesondere zum Beschichten eines Stahl bandes mit Zink oder einer Zink-Nickel-Verbindung, mittels zumindest einer stromdurchflossenen galvanischen Zelle, die einen Elektrolyten enthält, durch den das Metallband hin durchgeführt wird, wobei der Strom eine Ablagerung einer Schicht von Beschichtungsmetall auf dem Metallband bewirkt, und wobei der Strom mittels eines sogenannten, ein Prozeßmo dell und einen Reglerteil aufweisenden, Monitorreglers derart geregelt wird, daß sich eine Schicht einer gewünschten Soll dicke auf dem Metallband ablagert, dadurch gekennzeichnet, daß der Reglerteil bei Änderungen des Zustands der Beschich tungsanlage, inbesondere bei Einlauf eines neuen Metallbandes oder bei Unterschreiten einer minimalen Sollschichtdicke, an den geänderten Zustand der Beschichtungsanlage angepaßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Zeitkonstanten des Reglerteils bei Änderungen des Zu stands der Beschichtungsanlage an den geänderten Zustand der Beschichtungsanlage angepaßt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom mittels eines dynamischen Tiefpasses (39) in Abhängigkeit des Beschichtungsmittelwertes (G_mean), insbeson dere in Abhängigkeit des Verhältnisses von Beschichtungsmit telwert (G_mean) und vom Prozeßmodell ermittelten Beschich tungswert (G_M), geregelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante des dynamischen Tiefpasses (39) zur Re gelung in Abhängigkeit des Beschichtungsmittelwertes (G_mean) bei Einlauf eines neuen Metallbandes in die Beschichtungsan lage verkleinert und anschließend vergrößert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante des dynamischen Tiefpasses (39) zur Re gelung in Abhängigkeit des Beschichtungsmittelwertes (G_mean) bei Einlauf eines neuen Metallbandes in die Beschichtungsan lage zu Null gesetzt und anschließend, insbesondere stetig, vergrößert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Zeitkonstante des dynamischen Tiefpasses (39) zur Regelung in Abhängigkeit des Beschichtungsmittelwertes (G_mean) äquivalente, Glättungszahl n_LP1 bei Einlauf eines neuen Metallbandes in die Beschichtungsanlage zu Eins gesetzt und anschließend gemäß dem Zusammenhang
vergrößert wird, wobei C_K eine Konstante, L_strip die Länge des Metallbandes vom Eingang in die galvanische Zelle bis zum Be schichtungsmeßgerät, V_strip die Geschwindigkeit des Metallban des und Δt_M das Zeitintervall mit dem das Beschichtungsmeßge rät Meßwerte liefert, ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß C_K mindestens gleich Eins, vorteilhafterweise mindestens gleich Zwei, ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom mittels eines dynamischen Tiefpasses (40) in Abhängigkeit des minimalen Beschichtungswertes (G_min), insbe sondere in Abhängigkeit des Verhältnisses von minimalen Be schichtungswert (G_min) und vom Prozeßmodell ermittelten Be schichtungswert (G_M), geregelt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante des dynamischen Tiefpasses (40) zur Re gelung in Abhängigkeit des minimalen Beschichtungswertes (G_min) bei Unterschreiten des minimalen Beschichtungssollwer tes (G*_min), insbesondere auf einen sehr kleinen Wert, ver kleinert wird.

10 Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante des dynamischen Tiefpasses (40) zur Re gelung in Abhängigkeit des minimalen Beschichtungswertes (G_min) oberhalb des minimalen Beschichtungssollwertes (G*_min) auf einen großen, eine ausreichende Glättung gewährleistenden Wert eingestellt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des dynamischen Tiefpasses (40) zur Regelung in Abhängigkeit des minimalen Beschichtungswertes (G_min) nach Überschreiten des minimalen Beschichtungssollwertes (G*_min) eine bestimmte Wartezeit (n_{LP2, wait}) lang konstant gehalten wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom (i_total) in Abhängigkeit zumindest einer der Größen Beschichtungssollwert (G*_mean), Bandbreite (B_strip) , Bandgeschwindigkeit (V_strip), Ablagerungsäquivalent (C_s), Wir kungsgrad (n_cells) der galvanischen Zelle (1) oder Stellein griff (K_control) der Stromregelung erfolgt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom (i_total) in Abhängigkeit der Größen Beschich tungssollwert (G*_mean), Bandbreite (B_strip), Bandgeschwindigkeit (V_strip), Ablagerungsäquivalent (C_s), Wirkungsgrad (n_cells) der galvanischen Zelle (1) oder Stelleingriff (K_control) der Strom regelung erfolgt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung des Gesamtstroms (i_total) gemäß dem Zusam menhang
erfolgt, wobei
I_total der Gesamtstrom [A]
G*_mean der Beschichtungssollwert [g/m²]
b_strip die Bandbreite [m]
v_strip die Bandgeschwindigkeit [m/min]
c_s das Ablagerungsäquivalent [g/Ah]
η_cells der Wirkungsgrad der galvanischen Zelle
k_control der Stelleingriff der Stromregelung
ist.

15. Beschichtungsanlage zum Beschichten eines Metallbandes mit einem Beschichtungsmetall, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit zumindest einer Recheneinrichtung und zumindest einer strom durchflossenen galvanischen Zelle, die einen Elektrolyten enthält, durch den das Metallband durchgeführt wird, wobei der Strom eine Ablagerung einer Schicht von Beschichtungsme tall auf dem Metallband bewirkt, und wobei die Recheneinrich tung den Strom mittels eines sogenannten, ein Prozeßmodell und einen Reglerteil aufweisenden, Monitorreglers derart re gelt, daß sich eine Schicht einer gewünschten Solldicke auf dem Metallband ablagert, dadurch gekennzeichnet, daß der Reglerteil bei Änderungen des Zustands der Beschich tungsanlage, inbesondere bei Einlauf eines neuen Metallbandes oder bei Unterschreiten einer minimalen Sollschichtdicke, an den geänderten Zustand der Beschichtungsanlage angepaßt wird.