EP1794339B1 - Verfahren zur bandbeschichtung - Google Patents

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EP1794339B1
EP1794339B1 EP05781753A EP05781753A EP1794339B1 EP 1794339 B1 EP1794339 B1 EP 1794339B1 EP 05781753 A EP05781753 A EP 05781753A EP 05781753 A EP05781753 A EP 05781753A EP 1794339 B1 EP1794339 B1 EP 1794339B1
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EP
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strip
coating thickness
layer thickness
coils
control
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Rudolf Stockmeyer
Andreas Wolff
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BFI VDEH Institut fuer Angewandte Forschung GmbH
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    • B65H2557/2644—Calculating means; Controlling methods with key characteristics based on closed loop control characterised by PID control

Definitions

  • the invention relates to a method for coil coating.
  • thin uniform metal layers i.a. also applied zinc layers by means of various methods on metal strips.
  • the strip first passes through a molten zinc melt and is subsequently drawn off at the top. Due to its viscosity, the melt adheres to the metal strip above the metal strip level and thus forms a freely adhering zinc layer around the metal strip.
  • This zinc layer is usually much thicker than needed - so it may be up to twenty times the required layer thickness sometimes - and must therefore be returned to the respective desired layer thickness.
  • a split nozzle is installed on both sides, which extends over the entire bandwidth.
  • the gas for example, air or nitrogen is used. Due to the high impact impulse of the gas on the liquid melt layer melt is stripped and flows along the tape back into the bath.
  • Such a method is for example in EP 1 312 692 A1 described.
  • a measure for stabilizing the strip during the coating process is for example in EP 1 312 692 A1 described.
  • the band is arranged between two opposite one another Coils a tape guide device performed.
  • Position sensors determine the position of the tape between the bobbins, whereby tape unevenness is also detected.
  • values for the currents to be supplied to the coils are determined from the positional actual values of the band between the opposite coils, so that the band is moved into the desired position, namely the center plane between the coils.
  • WO 02/14572 A1 is one too EP 1 312 692 A1 similar method known. Again, the band is stabilized by interventions of a regulator in a plane between the coils. WO 02/14572 A1 describes another magnetic device for stripping the excess applied coating material.
  • WO 02/14192 A1 also deals with band stabilization in a plane between two opposing coils. Here too, measured values dependent on the position of the band are recorded for determining the band position between the coils. These measurements serve as input to a controller whose output signals are fed to the coils to move the tape to the desired fixed plane.
  • JP-A-2003105515 and WO-A-2004/003249 disclose strip coating method with position control. Measurements of the contact weight flow into the position control.
  • the invention has for its object to propose a method for coating the strip, which allows a more precise coil coating.
  • the strip coating method according to the invention is based on the basic idea of a cascaded control in which a fixed position of the strip between the coils is not provided as position setpoint for the strip position, as in the described prior art, but the position setpoint by a layer thickness controller from the comparison of a predetermined target layer thickness profile with an actual layer thickness profile that for optimum coating the band to be set position of the tape between the coils pretends.
  • This optimum position of the band between the coils can also lie outside the otherwise assumed center plane between the coils.
  • the method according to the invention makes it possible, in addition to the damping of the band oscillation also achieved with the devices of the prior art, to set an optimum band shape and band position for the coating result and to achieve a damping of the torsional vibrations.
  • the optimal band position and band shape can result, for example, in the deliberate generation of transverse arcs, band deflections or band slants if the determined actual layer thickness profile deviates, for example, only partially in the band width direction from the desired layer thickness profile.
  • the method according to the invention thus offers for the first time a possibility of imprecise nozzle positioning by changing the strip position or strip shape between the coils guiding the strip and thus by changing the strip shape and / or band position in the coating device to errors in the coating device, for example asymmetrical errors such as soiled wiping nozzles etc. to respond and despite these errors of the coil coating device to achieve an optimal coating result.
  • a dip bath is used as the coil coating device.
  • the dip may have a deflection roller, such as in EP 1 312 692 A1 described.
  • the band is guided vertically from bottom to top through a bath.
  • Such a system is known, for example, from SMS Demag as "Continuous vertical galvanizing line" (CWGL).
  • CWGL Continuous vertical galvanizing line
  • the inventive method is used.
  • the coating device preferably has a stripping device after the immersion bath. This stripping device may have pneumatic scrapers or Abstreiferspulen.
  • the tape guiding device may have deflections of the tape, for example by means of deflection rollers.
  • the two oppositely arranged coils are arranged immediately before or after the coating device, so that the position or shape of the strip in the coating device and thus the coating result can be influenced by position or change in shape of the strip between the oppositely disposed coils almost immediately ,
  • the position sensor for determining the band between the coils may be a conventional distance meter that contacts the tape or operates without contact.
  • the sensor for determining the layer thickness preferably uses X-radiation or gamma radiation for determining the layer thickness (support). Such sensors are known in the art. Likewise, the sensor can determine the layer thickness by distance measurement between the stationary sensor and the guided in a fixed plane band.
  • the determination of the desired layer thickness profile preferably takes place at the beginning of the processing of a strip.
  • the desired layer thickness profile is usually the definition of a desired layer thickness (overlay), which are applied homogeneously over the bandwidth should.
  • the coating of the tape can also be used to compensate for tape unevenness. If information about the strip shape (unevenness) of the strip to be processed before, so a coating can be set, which causes an inhomogeneous order at the relevant point of the tape relative to the strip surface, so that the overall result, however, by balancing the Bandunplanheit a planbezeletes band is present. It can also be provided to vary the desired layer thickness profile over the length of the strip with respect to the layer thickness to be applied. This may be necessary to provide a greater layer thickness in subsequent processing processes, such as the handling of the tape at the beginning and end of the tape, so as to simplify handling.
  • the superordinated layer thickness controller which determines the position setpoint value for the strip position between the opposing coils from the comparison of the actual layer thickness profile with the desired layer thickness profile (layer thickness control difference), can be a simple controller, for example a PID controller.
  • the band is simply deflected by the application of a current to a coil and the resulting magnetic force to the band in a direction perpendicular to the direction of travel of the band. In this way, a guided next to the required for the optimal coating coil target level band can be moved to the desired plane.
  • a plurality of coils are particularly preferably arranged next to each other. These coils can be acted upon by different currents, so as to act on the bandwidth different magnetic forces on the tape.
  • the band shape can be influenced, for example, a cross-bowed band are bent back into a plane band. It is also possible to give the band an inclined position, so that the band is not parallel to the center plane between the coils.
  • the magnets arranged side by side in the bandwidth direction offer the possibility of forming a variety of shapes to give or a variety of shapes, such as transverse bows, tape shafts, edge bends, etc., compensate and convert the tape in a flat position.
  • the method according to the invention has a layer thickness controller, for example a PID controller, which determines the position setpoint for the strip position between the opposing coils by means of a layer thickness control difference obtained by comparing the actual layer thickness profile with the desired layer thickness profile was determined.
  • a layer thickness control difference obtained by comparing the actual layer thickness profile with the desired layer thickness profile was determined.
  • the layer thickness controller used is a multi-variable controller with a cascade control based on an Internal Model Control (IMC) approach.
  • IMC Internal Model Control
  • the design of controllers with internal model control is included, for example DERevera, CHE 461/598 and Manfred Morari ; E. Zarfirou, Robust Process Control, Prentice Hall, Englewood Cliffs 1989 described.
  • the layer thickness controller has a cascade control based on an Internal Model Control (IMC) approach with embedded Model Protective Control (MPC).
  • IMC Internal Model Control
  • MPC Model Protective Control
  • the methods for Model Protective Control are known, for example, in connection with the control program MATLAB, eg: EF Camacho and C. Bordons, "Model Practice Control", Springer Verlag, 1998 and JM Maciejowski, Predictive Control with Contrants, Prentice Hall, 2002 ,
  • controllers In particular, online-enabled models are used in the controllers.
  • the controllers preferably have a dynamic optimization with the inclusion of manipulated variable restrictions and predicted control variable course.
  • Manipulated variables are, in particular, the position control of deflecting rollers, the pressure and angle control of a scraping nozzle or the coils acting on the band layer and / or band form.
  • the actual surface profile is initially determined only with measured values of a reference point.
  • an adaptation of the online models and / or the set-up model is provided.
  • This adaptation can take place in particular within the same band but also from band to band.
  • the invention is based in particular on the idea of using a switching Kalman filter in the method for calculating the layer thickness profile profile (actual layer thickness profile) from determined layer thickness values. This procedure makes it possible to create an estimate of the layer thickness profile as soon as a new measured value is available.
  • the switching Kalman filter may also perform the estimation of the layer thickness profile based on periodic or non-periodic measurements.
  • the switching Kalman filter is understood in particular to be a filter which switches between a plurality of linear dynamic systems as a function of a switching function.
  • the switching Kalman filter finds a stationary solution for the matrix Riccatti equations of the individual systems, wherein the finding of the stationary solution is continued as long as the newly added Meßwertvektor belongs to the system.
  • the measured value vector is composed of all distance measurements over the width of a surface, which were measured at one time. If individual elements of the measured value vector are missing or newly added, another system is present and the Kalman filter switches.
  • the solution of the previous system is used as initial values for the solution of the new filter problem.
  • the switching function indicates which system corresponds to the current measuring state. For example, it may specify that a system based on results at all measurement points or at some measurement points across width is to be used.
  • a system is to be used in which individual measurements of specified measurement points are not present.
  • a system is applied whose solution is advanced when, on the basis of the present measurements, for example the last series of measurements across the width of the band, this system is to be used .
  • the switching function may also cause switching between individual piecewise linear models for different operating conditions when dedicated systems are created for individual operating condition ranges.
  • the switching Kalman filter is also globally stable when switching between different systems. Missing readings do not result, as with the use of a single system instability system.
  • piecewise linear models can be used for non-linear controlled systems.
  • One of the systems used may be the system used when there are only readings from the mid-band measurement point.
  • a movable measuring device can be held over the center of the strip and carry out measurements there.
  • the distance between the sensor and the surface of the strip or the layer thickness by X-rays is thus determined to determine the layer thickness profile at transversely to the strip running direction offset measuring points.
  • the values can be determined at regularly or irregularly distributed measuring points over the bandwidth.
  • the characterizing values of a layer thickness progression equation are estimated by means of the above-described switching Kalman filter.
  • the measurement at transversely to the strip running direction offset measuring points can preferably be done by moving the measuring sensor.
  • a plurality of transversely to the strip running direction offset from each other arranged measuring points can be provided.
  • the determination of the transversely offset to the strip running direction measuring points may also include first to determine only measured values at a specific position.
  • a polynomial can be used as the layer thickness equation.
  • the values or constants are understood that substantiate a layer thickness characteristic equation of a general form (for example polynomial type).
  • the determination method according to the invention offers the advantage that the course of the layer thickness can still be determined with sufficient accuracy even if individual measured values of the measuring points arranged at a distance from one another are not present, for example if the measuring sensor is damaged.
  • the characterizing values of the layer thickness profile equation are calculated after each determination of a measured value. This allows a more accurate manipulated variable control, since the actual profile of the surface is estimated at shorter intervals than if a determination of the layer thickness profile takes place only when reaching the opposite band edge.
  • orthogonal function systems such as a Chebyschew polynomial, a gram polynomial or other orthogonal polynomials be decomposed into orthogonal components.
  • These functional systems can either be permanently selected or determined suitably on the basis of the control deviation.
  • the target layer thickness profile is preferably decomposed into orthogonal components.
  • the model layer thickness profile and the actual layer thickness profile are decomposed into orthogonal components in order to determine the controlled variable.
  • a multi-variable controller with an online-enabled model and a dynamic optimization, including manipulated variable limitations and predicted control variable course is used.
  • a method for taking into account the boundary conditions and the weighted softening of the boundary conditions depending on their importance for the trouble-free operation of the method can also be used. As a result, the feasibility of the optimization problem can be maintained.
  • the manipulated variable is first set according to the specifications of a set-up model.
  • This set-up model is preferably linear or non-linear and preferably has an expert system for calculating the operating point of the guidance method.
  • the expert system preferably describes the dependence of the manipulated variables, the band position and other parameters from each other.
  • the actual layer thickness profile is initially determined only with measured values of a reference point.
  • This adaptation of the control is preferably carried out at the middle width position.
  • the manipulated variable control method may further comprise an adaptation of individual or all of the online models and / or the set-up model.
  • These adaptation methods are preferably online adaptation methods and are robust against model uncertainty and interference.
  • an adaptation method for adapting the switching Kalman filter can be provided, which can be robust against model uncertainty and interference and in particular takes into account the switching process of the filter.
  • a cascade control can be used as a control for the controller, in particular for the multi-variable controller. This can be based on an Internal Model Control (IMC) approach with embedded Model Predictive Control (MPC).
  • IMC Internal Model Control
  • MPC embedded Model Predictive Control
  • a prediction of the controlled variable is provided, which is included in the dynamic optimization of the controller, and which goes beyond dead time compensation.
  • the parameters of the set-up model can be determined by means of an uncensored Kalman filter (cf. Simon Haykin, Adaptive Filter Theory, Prentice Hall, Upper Saddle River, 2004 ), which, in contrast to the classical extended Kalman filter, does not require derivations of the model equation and is characterized by an improved guaranteed convergence.
  • an uncensored Kalman filter cf. Simon Haykin, Adaptive Filter Theory, Prentice Hall, Upper Saddle River, 2004 .
  • the parameter values determined for different process states can be entered in several adaptive grid characteristic fields (cf. Oliver Nelles, Alexander Fink, Optimization Tool for Raster Areas, atp, Issue 5, Year 2000 ). Parameters for not yet determined process states can be determined by means of interpolation from the characteristic field. In this case, the nodes of the characteristic field are optimally determined by an optimization method, so that in contrast to the frequently used neural networks even with low data density no "overfitting" of the map takes place and the associated mismatches are avoided.
  • a multi-variable control with a decomposition of the deviation of the zinc layer thickness profile of the target profile in time fast and slowly changing components can be used, with fast disturbances are compensated by the tape guide and slow disturbances are compensated by the tape guide and / or the superimposed zinc layer thickness control.
  • a prediction of the controlled variable (thickness profile) is performed, which is included in the dynamic optimization, and which goes beyond a dead time compensation.
  • the adaptation method for adapting the setup model is preferably robust against model structure errors and disturbances.
  • an adaptation method for adapting the switching Kalman filter can be used which is robust against model structure errors and disturbances and takes into account the switching process of the filter.
  • the adaptation methods can take into account changes during the processing of a band, but also take into account changes which occur when processing several bands, preferably of the same type ("from band to band").
  • switching between traversing measurement and constant measurement occurs at a fixed width position of the tape to speed up the adaptation for center control, since the thickness in the center of the tape is a major quality feature.
  • the cascade control based on an IMC (Internal Model Control) approach with embedded MPC (Model Predictive Control) can be used to control the hot and / or the cold zinc layer thickness, with a switchover between the modes: exclusive control of the cold zinc layer thickness, exclusive regulation of hot zinc layer thickness, simultaneous control of cold and hot zinc layer thickness.
  • IMC Internal Model Control
  • embedded MPC Model Predictive Control
  • variables can be assigned start values for the adaptation of the dynamic online model.
  • the vibration model preferably describes the oscillations of a belt moving in the longitudinal direction of the belt, which is assumed to be firmly clamped (for example between rollers in the bath and an upper deflection roller) or is considered to be moving.
  • a simplified model with lumped parameters can be derived, which is integrated into the vibration control.
  • the critical tape shapes are caused by flatness defects and transverse bends of the tape, wherein flatness defects are caused by upstream rolling processes and transverse bends are caused by the bending of the tape around the tape rolls.
  • the combination of these two effects determines the shape of the band and also has on it caused changes in the vibration behavior of the band strong influence on the action of the stripping process. Therefore, the model of the band form to be used preferably takes these influences into account.
  • the mean position of the band between the wiping nozzles is affected by the rollers in the zinc bath and the band form. Depending on the position of these rollers and the band shape, the average band position is determined. This relationship is described, for example, by a simple bending model taking into account the band shape and / or by vibration models. This relationship also has a strong influence on the effect of the stripping process via effects on the vibration behavior of the strip.
  • the magnetic actuator consisting of n pairs of oppositely arranged coils, which can be controlled separately over the bandwidth and for each band side.
  • the model preferably describes the force effect of the coils on the belt and the transmission behavior, the band position and shape measured over the bandwidth at M positions.
  • a zinc layer thickness model can describe the layer of zinc that forms on the strip over the bandwidth and length, and thus also over time.
  • the zinc coating depends on the belt speed, temperature, position, shape, vibration of the belt at the point of stripping (nozzle gap on air knives) and nozzle pressure on air knives or at the point of stripping and other sizes.
  • the model can be physically modeled, with the parameters being continually tracked to the process and stored, for example, in tables, or modeled by Radial Based Functional Networks, which are also continually tracking the process.
  • the coordinated controller takes into account and coordinates the interactions of the subordinate controls, in particular a vibration, a band form and a band position control, with each other to obtain an optimal layer thickness over the bandwidth and length.
  • the future behavior of the subordinate control loops is predicted on the basis of models, and the corresponding setpoint values for subordinate control are determined by means of model predictive control approaches.
  • the coordinated controller decides between coating thickness errors caused, for example, by mispositioning of the wiper nozzles or incorrect nozzle pressure, tape position, critical tape shapes and tape vibrations. And he controls the lower-level controller accordingly.
  • a vibration control damps together with the electromagnetic actuator, the vibrations of the band. This is in contrast to the tape position and band shape control to high-frequency operations.
  • the magnet pairs of the electromagnetic actuator are preferably arranged in pairs over the bandwidth, and are preferably used as individual actuators.
  • Each pair of electromagnets is preferably equipped with a distance measuring sensor and a regulator, so that a band-varying force is exerted on the belt, depending on the vibration modes that occur.
  • the individual controllers are preferably controlled via the coordinated controllers, so that either the band does not move at this point or the total vibration energy of the band is reduced.
  • the coordinated controller preferably takes into account the couplings between the individual subordinate control loops.
  • a band form and band position controller dampens the tape's slow band movements by changing the average force that acts on the band across the band.
  • each magnet pair can be controlled by means of a regulator.
  • These individual regulators are then preferably coordinated by means of a superimposed regulator, which takes into account the interactions of the regulators with one another.
  • an adaptive filter is preferably used.
  • a subbed layer thickness controller preferably controls the wiping or other stripping method with the addition of the measured layer thickness in the hot and in the cold state. It is possible to fall back on a model predictive controller approach, which is embedded in an internal model concept to compensate for dead times.
  • the film thickness profile can be estimated during the scanning process of the sensor by means of a profile estimator. This allows the layer thickness to be controlled during scanning. The controller receives the setpoints from the coordinated layer thickness controller.
  • the position of at least one coil can be changed. This makes it possible, at the beginning of the coating process, in which still undamped band vibrations can prevail, to keep the coil / coils at a considerable distance from the band and thus to avoid contact with the band. However, once the control of the tape guide has damped the vibrations, the spool can be moved closer to the tape from a starting distance. This brings in particular the advantage of a power savings, since to produce the same absolute force at a smaller distance of the coil to the band, a lower power is necessary. According to the invention, it may be provided to adjust the position of the coil as a function of the oscillation and / or the position of the strip, for example to remove the coil from the strip as the oscillation increases.
  • a coil current analyzer determines the distance of the strip to the coil due to the coil current.
  • the current flowing through the coil when the voltage applied is the same depends on the distance of the strip to the coil. This makes it possible to determine the position of the tape by analyzing the current flowing through the coil and knowing the applied voltage. In this way it is possible to dispense with directly distance-measuring sensors, for example optical or band-contacting distance sensors.
  • the Fig. 1 shows a designed as a dipping bath coating device 1 and a coating device 1 downstream tape guide device 2.
  • the coating device 1 has a guide roller 10 in a dip tank 11 and the guide roller 10 in the strip running direction downstream guide rollers 12 and 13. Furthermore, wiping nozzles 14 and 15 are arranged downstream of the immersion bath 11.
  • the tape guide device 2 has a tape guide device 20, a first layer thickness measurement 21 connected downstream of the tape guide device 20, a downstream cooling zone 22, deflection rollers 23, 24 and a second layer thickness measuring device 25.
  • the control system of the tape guiding device has a superordinate layer thickness controller and a subordinate position controller 30.
  • the layer thickness controller has a first internal model control based control 50 in which a dynamic model predictive control (MPC) is embedded.
  • the first controller 50 has as one of its input variables a signal dependent on the measured values of the first layer thickness measuring device 21.
  • the superordinate layer thickness controller has a second controller 60 based on an internal model control approach, in which an MPC can likewise be embedded. of which an input variable is based on the measured values of the second layer thickness measuring device 25.
  • the outer (second) controller 60 of the layer thickness controller is supplied as input a predetermined desired layer thickness profile 70.
  • the output signal of the second regulator 60 is supplied to the inner (first) regulator 50.
  • the output signals of the controller 50 are supplied to the position controller 30 and the other a control of the wiper nozzle, not shown. Further, the outputs of the first regulator 50 are fed to the scraper nozzle 51 and the path of the first layer thickness measuring device 21.
  • the results of the models are fed to a deadtime element 52.
  • the measurement results of the first layer thickness measuring device 21 are compared with the time-delayed values determined by the models 51 to form a controlled variable for the first controller 50.
  • the results of the first layer thickness measuring device are fed to a further model 61, which describes the distance from the first layer thickness measuring device through the cooling zone 22 and over the deflection rollers 23, 24 to the second layer thickness measuring device 25.
  • the results of the models 61 are also time delayed in a deadtime 62.
  • the time-delayed results of the models 61 are compared with the actual actual layer thickness profile of the second layer thickness measuring device 25 to form a control variable to be supplied to the second controller 60.
  • the regulation of the tape guiding device is a model adaptation and a manipulated variable specification and a feed forward control 80 parent.
  • the band 3 is coated in the immersion bath 11. Due to their viscosity, the melt present in the immersion bath 11 adheres to the metal strip above the metal bath level and thus forms a freely adhering zinc layer around the metal strip. This zinc layer is much thicker than needed. Therefore, the pneumatic scrapers 14, 15 arranged above the metal band mirror strip off the excess zinc flowing along the band back into the bath. After passing through the gap nozzles, the tape is passed through the tape guide device 20. At the first Schichtdickenmeß liked 21, the layer thickness of the tape is measured in the hot state. Thereafter, the belt passes through the cooling zone 22 and is guided by means of deflection rollers 23 and 24 to the second Schichtdickenmeß liked 25, where the layer thickness of the tape is measured in the cold state.
  • the pneumatic scrapers 14, 15 In order to achieve the predetermined target layer thickness profile 70, the pneumatic scrapers 14, 15 must be adjusted with respect to their position in relation to the strip and with respect to their stripping pressure. Also, according to the method of the invention, the tape is positioned by means of the tape guiding means so as to obtain the best position for the job, which position may also be an inclined position or a deflection from the center position between the reels of the tape guiding means 20. In order to determine the signals to be supplied for setting the tape position in the tape guide device 30 and the regulations of the wiping nozzles, the actual layer thickness profile is measured both in the hot and in the cold state at the first Schichtdickenmeß achieved 21 and the second Schichtdickenmeß perceived 25.
  • the measurement results are compared with model calculations which are delayed by a deadtime timer to compensate for the tape travel time between the engagement points, and which results should be adjusted based on the values set by the first controller 50 and the second controller 60.
  • the control variables resulting from the comparison are supplied to the control of the first controller 50, which maps the layer thickness control in the hot state, on the basis of an internal model control (IMC) approach and to the second controller 60 responsible for imaging the layer thickness profile in the cold state.
  • IMC internal model control
  • Fig. 2 shows the overall structure of the coordinated support, vibration, position and shape control.
  • the position of the belt 3 between the spools of the belt guiding device 20 is adjusted by a vibration control and support control carried out in the first regulator 50 and the second regulator 60 as well as a position and position control performed by the position control device 30.
  • the vibration control, overlay (layer thickness) control and position and Posititonsregelung be coordinated so that the best possible result is achieved for all regulations.
  • Fig. 3 shows the coordinated shape and position control. It can be seen that the so-called A-coils 124, 125, etc. of the tape guiding device 20 lying on a common hinge side and the so-called B-coils 126, 127 lying on a common, opposite B-side have position-regulating devices 30. These position control devices 30 are coordinated with each other in order to minimize the influence of one position control on the adjacent controls or to achieve the best possible result for the control. The same applies to the in Fig. 4 shown coordinated vibration control, in which the control operations are coordinated with the coils 124, 125, 126, 127 in order to achieve the best possible damping of vibrations.

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 Bandunplanheiten 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 Sollage, 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.
  • JP-A-2003105515 und WO-A-2004/003249 offenbaren Verfahren zur Bandbeschichtung mit einer Positionsregelung. Messungen des Auflage-gewichts fließen in die Positionsregelung ein.
  • 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, z.B.: 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 Schichtdickenverlaufs 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 Adap-tionsverfahren 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 Gröβen/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 Clusterungsverfahren 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 Komponenten 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 Bandführung, 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 Gegensatz 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
    • Fig. 1
    eine einer Beschichtungseinrichtung nachgeschaltete Bandführungs- vorrichtung in einer schematischen Darstellung
    Fig.2
    die Gesamtstruktur der koordinierten Auflage-Vibrations-Positions- und Formregelung,
    Fig. 3
    die Regelungsstruktur der koordinierten Bandform- und Positionsre- gelung und
    Fig. 4
    die Regelungsstruktur der koordinierten Vibrationsregelung.
  • Die Fig. 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 (ersten) Regler 50 zugeführt. Die Ausgangssignale des Reglers 50 werden zum einen dem Positions-Regeler 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 Schichtdickenmeßeinrichtung 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.
  • Fig. 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 dabei koordiniert, so daß für alle Regelungen das im Verhältnis bestmögliche Ergebnis erzielt wird.
  • Fig. 3 zeigt die koordinierte Form und Positionsregelung. Zu erkennen ist, daß die auf einer gemeinsamen Bandseite liegenden, sogenannten A-Spulen 124, 125 etc. der Bandführungseinrichtung 20 und die auf einer gemeinsamen, gegenüberliegenden B-Seite liegenden, sogenannten B-Spulen 126, 127. 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 Fig. 4 dargestellte koordinierte Vibrationsregelung, bei der die Regelungseingriffe mit den Spulen 124, 125, 126, 127 koordiniert werden, um eine möglichst optimale Dämpfung von Vibrationen zu erreichen.

Claims (18)

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch die Verwendung mindestens eines Online-fähigen Modells.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch eine dynamische Optimierung unter Einbeziehung von Stellgrößenbeschränkungen und vorhergesagtem Regelgrößenverlauf.
  7. 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.
  8. 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.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Adaption der Online-Modelle und/oder des Set-up Modells.
  10. 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-Wert(en) mittels eines schaltenden Kalmanfilters.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Schichtdicken-Wert an regelmäßig über die Bandbreite verteilten Meßpunkten ermittelt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß nach jeder Ermittlung eines Schichtdicken-Werts die charakterisierenden Werte einer Schichtdickenverlaufsgleichung berechnet werden.
  13. 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.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der den nebeneinander angeordneten Spulen zugeführte Strom unterschiedlich ist.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage mindestens einer Spule verändert wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule von einem Anfangsabstand ausgehend näher an das Band bewegt wird.
  17. 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.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spulenstromanalysator den Abstand des Bands zu Spule aufgrund des Spulenstroms ermittelt.
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