WO1998038355A2

WO1998038355A2 - Verfahren und einrichtung zum beschichten eines metallbandes

Info

Publication number: WO1998038355A2
Application number: PCT/DE1998/000464
Authority: WO
Inventors: Wilfried Tautz; Joachim GÖPEL; Eckhard Wilke
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 1997-02-27
Filing date: 1998-02-17
Publication date: 1998-09-03
Also published as: KR20000075792A; WO1998038355A3; DE19707981A1; DE19880201D2

Abstract

Verfahren zum Beschichten eines Metallbandes mit einem Beschichtungsmetall, insbesondere zum Beschichten eines Stahlbandes mit Zink oder einer Zink-Nickel-Verbindung, mittels zumindest einer stromdurchflossenen galvanischen Zelle, die einen Elektrolyten enthält, durch den das Metallband hindurchgeführt wird, wobei der Strom eine Ablagerung einer Schicht von Beschichtungsmetall auf dem Metallband bewirkt, und wobei der Strom u.a. in Abhängigkeit der Eigenschaften der galvanischen Zelle derart eingestellt wird, daß sich eine Schicht einer gewünschten Solldicke auf dem Metallband ablagert.

Description

Beschreibung

Verfahren und Einrichtung zum Beschichten eines Metallbandes

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

Eine Beschichtungsanlage weist üblicherweise eine oder mehrere Galvanisierungszellen auf, in denen sich ein Elektrolyt befindet, der die Metalle für die Beschichtung des Metallbandes enthält. Das Metallband wird durch die Elektrolytflüssigkeit hindurch geführt. Im Elektrolyten sind außerdem Anoden angeordnet. Durch einen elektrischen Strom zwischen den Anoden und dem als Kathode wirkenden Metallband wird das Metallband beschichtet. Dabei wird der Strom so eingestellt, daß sich eine Schicht einer gewünschten Solldicke auf dem Metallband ablagert.

Bei der industriellen Beschichtung von Metallbändern gibt es jedoch zwei sich widersprechende Forderungen. Zum einen soll ein vorgegebener Beschichtungssollwert möglichst nicht überschritten werden, da eine zu dicke Beschichtung unnnötig viel Material verbraucht und zu höheren Kosten führt. Um jedoch die gewünschten Eigenschaften des Metallbandes garantieren zu können, muß sichergestellt sein, daß an keiner Steile des Bandes eine bestimmte Mindestbeschichtung unterschritten wird. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bzw. eine Einrichtung zur Beschichtung eines Metallbandes mit Beschichtungsmetall 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 Abhängigkeit der Eigenschaften der galvanischen Zelle derart eingestellt, daß sich eine Schicht einer gewünschten Solldicke auf dem Metallband ablagert, wobei die Eigenschaften der galvani- sehen Zelle mittels eines Fuzzy-Systems ermittelt werden.

Durch Kenntnis der Eigenschaften, insbesondere durch Kenntnis des Wirkungsgrades der galvanischen Zelle, ist es möglich, einen vorgegebenen Beschichtungssollwert möglichst genau einzuhalten. Dabei hat sich ein Fuzzy-System als besonders ge- eignet erwiesen, die schwer zu ermittelnden und zeitlich schwankenden Eigenschaften, insbesondere den Wirkungsgrad einer galvanischen Zelle, zu ermittein. Auf diese Weise können bei garantierter Mindestbeschichtung möglichst geringe Schichtdicken, d.h. Schichtdicken, die möglichst genau dem Beschichtungssollwert entsprechen, erreicht werden. Da bei der Metallbeschichtung im industriellen Maßstab das Beschich- tungsmaterial ein nicht unerhebliche Kosten verursachender Faktor ist, führt das erfindungsgemäße Verfahren zu einem mer.kbar effektiveren Betrieb einer Beschichtungsanlage. Eine Beschichtung in noch engeren Toleranzgrenzen, d.h. weitere Materialersparnis läßt sich dadurch erreichen, daß in vorteilhaf er Ausgestaltung der Erfindung das Fuzzy-System, insbesondere durch Online-Training, an die Eigenschaften bzw. den Wirkungsgrad der galvanischen Zelle adaptiert wird. Damit wird es möglich, auf zeitliche Schwankungen, insbesondere des Wirkungsgrades der galvanischen Zelle, zu reagieren. Als besonders vorteilhaft hat sich jedoch das Online-Training des Fuzzy-Systems als Reaktion auf externe Ereignisse, wie z.3. die Verwendung eines neuen Metallbandes, eines neuen Be- schichtungsmaterials oder einer anderen Sollschichtdicke, erwiesen .

Weitere Vorteile und erfinderische Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, anhand der Zeichnungen und in Verbindung mit den Unteransprüchen. Im einzelnen zeigen:

FIG 1 eine Beschichtungsanlage FIG 2 eine erfindungsgemäße Beschichtungsregelung mit Fuzzy-System

FIG 3 die Struktur eines Monitorreglers

FIG 4 die Struktur eines erfindungsgemäßen Fuzzy-Systems

FIG 5 eine Kennlinie FIG 6 Membership Functions für die Stromdichte

FIG 7 Membership Functions für den pH-Wert

FIG 8 Membership Functions für die Temperatur

FIG 9 Fuzzy-Regeln

FIG 10 Fuzzy-Regeln FIG 11 Struktur des Online-Trainings des Fuzzy-Systems. FIG 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Beschichtungsanlage, 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 Beschichtung enthält. Für die Beschichtung mit Zink (Zn-Mode) wird ein anderer Elektrolyt verwendet als für die Beschichtung mit Zink-Nickel (ZnNi-Mode). Eine nicht gezeigte Elektrolytregelung sorgt dafür, daß die Zusammensetzung und die Parameter des jeweiligen Elektrolyten konstant bleiben, so daß stets eine gute Qualität der Galvanisierung sichergestellt ist.

Das Stahlband 2, das beschichtet werden soll, wird durch Rol- len 6,7,8,9,10 geführt und läuft mit einer bestimmten Geschwindigkeit in Richtung des mit Bezugszeichen 13 bezeichneten 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 negativen Pol auf das Band, das auf diese Weise zur Kathode wird. Die Beschichtung des Bandes erfolgt elektrolytisch, indem in die Anoden 4, 5 mit Hilfe von Gleichrichtern ein bestimmter 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 eingestellte 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 können, werden die einzelnen Bänder vor der Anlage aneinanderge- schweißt. Die dadurch entstehenden Schweißnähte werden verfolgt, so daß jederzeit bekannt ist, in welchem Teil der An- läge 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 gewik- kelt oder weiter unterteilt und auf mehrere Coils gewickelt.

Die Beschichtungsanlage soll auf die Oberseite und die Unterseite 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 Eigenschaf en 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 Beschichtungsregelung. 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 Oberseite 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 Beschichtungsregelung insgesamt viermal vorhanden sein.

Die Beschichtungsregelung hat die Aufgabe, die Ströme für die Anoden 4, 5 der Galvanisierungszellen 1 fortlaufend so einzustellen, 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 beschichtet, 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 / m , berechnen, so müssen der Strom, die Bandbreite und die Bandgeschwindigkeit berücksichtigt werden.

Die Beschichtungsregelung hat die umgekehrte Aufgabe, nämlich für einen vorgegebenen Beschichtungssollwert den erforderlichen Strom zu berechnen. Dies geschieht durch folgende Gleichung:

total

^• η cells control

wobei

total der Gesamtstrom [A]

G * m der Beschichtungssollwert [g/m²] ° strip die Bandbreite [m] strip die Bandgeschwindigkeit [m/min] das Ablagerungsäquivalent [g/Ah] der Zellenwirkungsgrad k control der Stelleingriff der Regelung

ist.

Die wesentlichen Einflußgrößen der Stromberechnung sind also der Beschichtungssollwert, die Bandbreite und die Bandgeschwindigkeit. Der Faktor 60 ergibt sich aus den verwendeten Einheiten durch die Umrechnung min / h. Das Ablagerungsäquivalent c_s beträgt für Zink 1,2193 g / Ah. Da die Säure des Elektrolyten in den Galvanisierungszellen einen Teil der Beschichtung wieder vom Band ablöst, ist die tatsächliche Be-

ERSATZBLAΓT (REGEL 26) Schichtung etwas geringer als die theoretisch berechnete. Dieser Effekt wird durch den Zellenwirkungsgrad η_ceιι_s berücksichtigt. ^"

Die Beschichtungsregelung bestimmt diesen Zellenwirkungsgrad Ηceiis und adaptiert ihn mit Hilfe der Größe k_controi an die aktuellen Betriebsbedingungen. Dabei dient k_controi als Stelleingriff, um den Strom und damit die Beschichtung so einzustellen, 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_stri_P, η_ceιis und k_controι 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 Verfügung, wobei G_min die minimale Beschichtung und G_mean die mittlere Beschichtung ist.

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

Ausgehend von diesen Meßwerten und Sollwerten regelt die Be- schichtungsregelung die Beschichtung und berechnet dazu den Stelleingriff k_controi •

Bei der Erstellung des Regelkonzepts der Beschichtungsregelung hat sich herausgestellt, daß es zweckmäßig ist, eine

ERSATZBUTT (REGEL26) 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_controi • Dies erfolgt so, daß die Bedingungen G min > G* mm u ^■---n-.-.d*--- 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 Beschichtungssollwert einzuhalten ist.

Der Zellenwirkungsgrad η_Ceiι_Ξ hängt von den jeweiligen Betriebsbedingungen der Anlage ab. Die zu dessen Berechnung berücksichtigten 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 Zellenwirkungsgrad η_Fuzzy bereitstellt. Auch die übergeordnete Automa- tisierungsebene, die in FIG 2 nicht dargestellt ist, berechnet für jedes Band einen Zellenwirkungsgrad, der mit ηevei₂ bezeichnet wird. Bei jedem Bandanfang wird die Differenz dieser beiden Zellenwirkungsgrade

Imemory lLevel2 iFuzzy

ERSÄTZBLATT (REGEL 26) gespeichert und anschließend bei der Beschichtung des Bandes zum Zellenwirkungsgrad des Fuzzy-Systems addiert:

Icells ^— memoi Fuz-_y

Auf diese Weise wird erreicht, daß jedes Band mit dem vom übergeordneten Automatisierungssystem vorgegebenen Zellenwirkungsgrad η_Ceiι_s = ηι-evei2 startet und danach das Fuzzy-System 28 diesen Zellenwirkungsgrad η_Ceiis 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 tatsächliche Anlagenverhalten. Dazu wird dem Online-Training 29 die aktuelle Situation im vorliegenden Beispiel in Form der Größe ΪFuzzy des Fuzzy-Systems 28 zugeführt. Außerdem wird der aktuelle in der Stromberechnung verwendete Zellenwirkungsgrad berücksichtigt. Dieser ist durch die Größen η_Ceiis und k_control gekennzeichnet, die dem Online-Training 29 ebenfalls zugeführt werden. Um das Beschichtungsverhalten der Anlage beurteilen zu- können, werden dem Online-Training noch der Beschichtungssollwert G*_mean und die gemessenen Beschichtung G_mear- zugeführt .

Aus all diesen Größen wird der tatsächliche Zellenwirkungsgrad der Anlage berechnet. Dieser wird herangezogen, um das Fuzzy-System schrittweise zu adaptieren, so daß es das tatsächliche Anlagenverhalten immer besser repräsentiert. Dadurch ist das Fuzzy-System in der Lage, stets einen optimalen Zellenwirkungsgrad zu bestimmen. In Behandlungslinien kommt es häufig zu dem Problem, daß die technologisch relevanten Größen, die im Behandlungsprozeß beeinflußt werden, nicht an dieser Stelle, sondern bedingt durch die Anordnung des Meßgerätes erst in einer größeren Entfernung gemessen werden. Um diese technologischen Größen zu regeln, werden sogenannte Monitorregler eingesetzt. Dabei ist das Problem die relativ große Totzeit vom Stelleingriff im Behandlungsprozeß bis zu dessen Auswirkung im Meßgerät. Der vorliegende Beschichtungsprozeß erstreckt sich von den Galvanisierungszellen bis zum Beschichtungsmeßgerät 22. In den Galvanisierungszellen wird das durchlaufende Band 20 beschichtet. 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 Meßgerätes und abhängig von der Bandgeschwindigkeit können sich relativ große Transportzeiten ergeben. Diese sind charakteristisch für Monitorregelungen. Der verwendete Monitorregler 27 ist so ausgelegt, daß er auch bei großen Transportzeiten eine gute Regeldynamik besitzt. Seine Struktur zeigt FIG 3.

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

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

!<* control versorgt. Dieser Quotient ist auch in der Stromberechnung enthalten. Er ist ein Maß für die momentan aufgebrachte Beschichtung.

Das Anlagenmodell bildet das Verhalten der Beschichtungsanlage nach. Es berechnet fortlaufend die in den Galvanisierungs- Zeilen aufgebrachte Beschichtung des Bandes und verfolgt diese bis zum Beschichtungsmeßgerät. Am Ausgang des Anlagenmodells 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 zueinander gesetzt werden können. Wenn der in der Stromberechnung verwendete Zellenwirkungsgrad korrekt ist, dann gilt G_mean = G_M. Ansonsten muß der Zellenwirkungsgrad mit k- mean mean _--,

^GM korrigiert werden. Dieser Wert k_mean könnte im Prinzip direkt als Stellgröße k_controi ausgegeben werden. Es ist jedoch besonders vorteilhaft, eine sogenannte dynamische Glättung vorzunehmen, was durch den dynamischen Tiefpaß 39 geschieht. Dessen Ausgangsgröße k_LPι ist die Stellgröße, die zur Regelung der mittleren Beschichtung 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 G„_;„ k__;_

^JM berechnet und in besonders vorteilhafter Weise mit dem dynamischen Tiefpaß 40 geglättet. Dessen Ausgangsgröße k_LP2 wird noch mit G*_mean multipliziert und durch G*m_±n 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 minimalen Beschichtung G^n notwendig ist, um G_min = G*_min zu erreichen.

Das Minimum dieser Stellgröße und der oben genannten Stellgröße k_LP1 ist die Stellgröße k_controi, die der Monitorregler ausgibt : f G*

L - mean

" control ^{— mln} "^LPl > ^ft"LP2 . * min Der Monitorregler regelt also sowohl die mittlere Beschichtung Gmean 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 unterhalb der Mindestbeschichtung liegen würde, dann regelt der Monitorregler die minimale Beschichtung, um G_min = G*_min zu erreichen. Dabei wird allerdings G_mean > G*_mean.

Das Anlagenmodell 38 bildet das Verhalten der Beschichtungsanlage 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. Es enthält einen Beschichtungsspeicher, der dem Band zugeordnet ist, das sich in den Galvanisierungszellen befindet. Dieses Band wird gedanklich in gleich große Segmente unterteilt. Die Anzahl der Segmente sei nC . Dann besteht auch der Beschichtungsspeicher aus nC Speicherzellen. Damit ist jede Speicherzelle genau einem Bandsegment zugeordnet.

Für jede Speicherzelle x_c ist ein Beschichtungseinfluß w_c zu parametrieren, wobei für die Summe

gelten muß. Diese Beschichtungseinflüsse geben an, an welchen Stellen in den Galvanisierungszellen die Beschichtung erfolgt. Für die Speicherzellen bzw. Bandsegmente, die sich gegenüber einer Anode befinden, sollten Beschichtungseinflüsse w_c ,. > 0 parametriert werden, während die übrigen Werte w_c i = 0 gesetzt werden.

Immer wenn das Band wieder um 1 Bandsegment weitertransportiert worden ist, arbeitet das Beschichtungsmodell. Das bedeutet, daß für jedes Bandsegment eine neue Beschichtung be- rechnet und in der entsprechenden Speicherzelle des Beschich- tungsspeichers abgelegt wird. Für das 1. Bandsegment ergibt sich dabei die neue Beschichtung, indem w_c -_ mit der Eingangsgröße EINGANG multipliziert wird. Für die anderen Bandsegmen- te ergibt sich die neue Beschichtung aus der bereits vorhandenen, die sich in der Speicherzelle davor befindet, indem die mit w_{c t} multiplizierte Eingangsgröße hinzuaddiert wird. Um noch benötigte Inhalte der Speicherzellen nicht zu überschreiben, werden die Berechnungen in umgekehrter Reihenfol- ge , beginnend mit dem letzten Bandsegment, durchgeführt: ^xc i = ^xc _ι-ι ⁺ c i ' EINGANG i = nC, nC-1, ... , 2 ^xc i ^{= w}c l " EINGANG So erhöht sich im Beschichtungsmodell Schritt für Schritt die Beschichtung in gleicher Weise wie auf dem Band, das durch die Galvanisierungszellen läuft. Der Inhalt der letzten Speicherzelle ist dann die insgesamt aufgebrachte Beschichtung, die als Ausgangsgröße ausgegeben wird.

Das Transportmodell verfolgt die Beschichtung des Bandes von den Galvanisierungszellen bis zum Beschichtungsmeßgerät. Es enthält einen Transportspeicher, der dem Band zugeordnet ist, das sich zwischen den Galvanisierungszellen und dem Beschichtungsmeßgerät befindet. Dieses Band wird wieder gedanklich in gleich große Segmente unterteilt. Die Anzahl der Segmente sei nT. Dann besteht der Transportspeicher aus nT + 1 Speicherzellen.

Die Zahl der Speicherzellen ist um 1 größer als die Zahl der Bandsegmente, damit das Transportmodell auch mit nT = 0 ar- beiten kann. In diesem Falle stellt das Transportmodell einen direkten Durchgriff dar, was z.B. notwendig wäre, wenn das Beschichtungsmeßgerät unmittelbar hinter den Galvanisierungszellen angebracht wäre.

Der Transportspeicher hat die Funktion eines FIFO-Speichers. Er ist als Ringspeicher ausgelegt. Immer wenn das Band wieder um 1 Bandsegment weitertransportiert worden ist, arbeitet das Transportmodell. Das bedeutet, daß zunächst der am Eingang anliegende Wert in der obersten Speicherzelle abgelegt wird. Anschließend dreht sich der ringförmige Transportspeicher in Pfeilrichtung um 1 Speicherzelle weiter. Dann wird der Wert aus der obersten Speicherzelle am Ausgang ausgegeben. Die Laufzeit durch das Transportmodell ändert sich mit der Bandgeschwindigkeit und ist immer identisch mit der Laufzeit des Bandes durch die Anlage. Damit ist die Ausgangsgröße des Transportmodells stets diejenige Beschichtung, die gerade im Beschichtungsmeßgerät erfaßt wird. Das Beschichtungsmeßgerät führt jeweils über eine bestimmte Zeit eine Mittelung durch und berechnet die mittlere Beschichtung G_mean . In gleicher Weise arbeitet die Mittelwertbildung. Sie gibt den berechneten Mittelwert G_M am Ausgang des Anlagenmodells aus.

Wie bereits ausgeführt, enthält der Monitorregler zwei Regelungen, eine für die mittlere Beschichtung G_mean und eine zweite für die minimale Beschichtung G_mιn. Die Dynamik der ersten Regelung wird durch den dynamischen Tiefpaß 39 und die Dynamik der zweiten Regelung durch den dynamischen Tiefpaß 40 eingestellt. Diese beiden dynamischen Tiefpässe erfüllen folgende Funktionen: - Fehler und Rauschen der Meßwerte werden geglättet. - Im allgemeinen stimmt das Verhalten des Anlagenmodells nicht exakt mit dem Verhalten der Beschichtungsanlage 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_mιn einerseits und die Größe G_M andererseits nicht synchron. Dadurch treten Impulse in den Größen k_mean und k_mιn auf. Diese Impulse werden durch die Tiefpässe geglättet und damit verkleinert.

- Änderungen der Stellgröße k_controi erfolgen geglättet .

Der dynamische Tiefpaß 39 wird durch die Glättungszahl n_LP1 parametriert. Diese Glättungszahl entspricht einer Zeitkonstanten. Sie gibt an, über wieviel Meßwerte die Glättung sich erstreckt. Wenn z.B. das Beschichtungsmeßgerät jeweils nach 1 min neue Meßwerte liefert und n_P1 = 3 ist, so arbeitet der Tiefpaß mit einer Zeitkonstanten von 3 min.

Bei einem einfachen Tiefpaß wäre die parametrierte Glättungszahl n_Pι von Anfang an jederzeit wirksam. Demgegenüber arbeitet der hier eingesetzte dynamische Tiefpaß 39 so, daß er bei jedem Bandanfang zunächst einen direkten Durchgriff zuläßt. Danach wird eine Glättungszahl verwendet, die langsam von 1 auf n_LPι ansteigt. Dieser Anstieg wird durch einen 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_Lpι = k_mean ist. Dadurch wird erreicht, daß der Monitorregler am Bandanfang so schnell wie überhaupt möglich, also ohne irgendeine Glättung, den vorgegebenen Beschichtungssollwert einstellt. Danach erhöht sich langsam die Glättungswirkung des Tiefpasses.

Der dynamische Tiefpaß 40 wird durch die folgenden Werte parametriert: ⁿ _LP2dow Glättungszahl abwärts ⁿ _LP2uP Glättungszahl aufwärts ⁿ _LP2wai_t Wartezahl nach einer Abwärtsbewegung, bis wieder eine Aufwärtsbewegung möglich ist .

Die Glättungszahl abwärts n_{LP2 d}ow_n wird verwendet, wenn die

Ausgangsgröße k_P2 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_P2 und damit k_controι schnell verkleinert wird, wodurch die Beschichtung sich erhöht, sollte die Glättungszahl abwärts n_{P2 d}ow_n 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 wieder die Beschichtung verringert wird, sorgt die Wartezahl

ERSATZBUTT(REGEL26) ⁿ _{LP2 wa}i dafür, daß dies erst dann geschieht, nachdem weitere ^Π _{LP2 a}i_t Meßwerte eingetroffen sind.

Eine wesentliche Eigenschaft des Monitorreglers ist, daß er ohne bleibende Regelabweichung arbeitet, was sich durch folgende Überlegung nachvollziehen läßt. Es wird zunächst davon ausgegangen, daß \c - k

^Λcontrol ~ ist. Dann gibt das Anlagenmodell den Wert

^GM =-7 — ^k> aus . Wenn nun in der Anlage die Beschichtung mean = 2 ■ G *mean gemessen wird, so wird im Monitorregler der Wert

G„... k,-k,

berechnet, der nach dem Einschwingen des dynamischen Tiefpasses als Stellgröße k ^Λcontrol -^{_ Λ}kl - ^Λk2 ausgegeben wird. k_control wird also gegenüber dem ursprünglichen 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 erfaßt das Beschichtungsmeßgerät diese Verringerung und stellt den Meßwert Gmean = G*mean zur Verfügung. Gleichzeitig gibt auch das Anlagenmodell den verringerten Wert G * mean k- • k₂ aus. Damit wird weiterhin der Wert

berechnet und als Stellgröße k_control = k, • k₂ ausgegeben. Der Monitorregler regelt also Abweichungen vom Sollwert ohne bleibende Regelabweichung aus. Er besitzt somit ein integrierendes Verhalten. Dabei verwendet er gewissermaßen das Anlagenmodell als Speicher für die bisherigen Stell- eingriffe, um davon ausgehend neue Stelleingriffe zu berechnen.

Des weiteren ist der hier vorgestellte Monitorregler 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 verwendet werden, so könnte dieser wegen der Transportzeit in der Beschichtungsanlage nur sehr langsam eingestellt werden. Je größer die Transportzeit ist, desto langsamer müßte ein I-Regler eingestellt sein. Diesen Nachteil vermeidet der hier vorgestellte Monitorregler. Dessen Dynamik kann unabhän-

ERSATZBUH(REGEL26) gig von der Transportzeit beliebig festgelegt werden, also z.B. nach technologischen Aspekten.

- Durch das im Monitorregler enthaltene Anlagenmodell ergibt sich, daß die berechneten Werte k_mean und k^_n nicht von der ausgegebenen Stellgröße k_cont_roi abhängen, da k_Controi in gleicher Weise die Meßwerte G_mean und G_mi_n 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^_n und G_M, so daß auch hier wieder die Werte k_mean und kπ-ά_n nicht beeinflußt werden. Das bedeutet, daß bei Sollwertänderungen keinerlei Einschwingvorgänge auftreten. Dies gilt auch, wenn die Mindestbe- schichtung G*_min geändert wird.

Das Fuzzy-System hat die Aufgabe, während das Band in den Galvanisierungszellen beschichtet wird, fortlaufend den Zel- lenwirkungsgrad zu bestimmen. Dieser wird unmittelbar in der Stromberechnung verwendet. Dadurch wirken sich Änderungen des Zellenwirkungsgrades sofort auf die Beschichtung aus, und es muß nicht erst gewartet werden, bis das Beschichtungsmeßgerät eine Abweichung vom Sollwert feststellt, die dann vom Moni-

ERSATZBUTT(REGEL26) torregier ausgeregelt werden müßte. Wenn das Fuzzy-System korrekt arbeitet und die Stromversorgung mit dem Zellenwirkungsgrad- versorgt , der tatsächlich in der Anlage vorhanden ist, dann stimmt die auf das Band aufgebrachte Beschichtur.g mit dem Beschichtungssollwert überein, und der Monitorregler muß nicht eingreifen. Das Fuzzy-System stellt also eine Versteuerung dar und entlastet auf diese Weise den Monitorreg- ler .

Beim Betrieb der Anlage sorgt das Online-Training dafür, daß das Fuzzy-System automatisch an das tatsächliche Anlagenverhalten adaptiert wird. Das Fuzzy-System muß also online modifiziert werden können. Damit dies auf einfache Weise möglich ist, wird es aus 2 Komponenten aufgebaut, wie es in FIG 4 ge- zeigt ist.

Das Fuzzy-System besteht in vorteilhafter Ausgestaltung, wie sie in FIG 4 gezeigt ist, aus dem Fuzzy-Kern 50 und einer nachgeschalteten Kennlinie 51, wie sie FIG 5 zeigt. Der Fuz- zy-Kern 50 in FIG 4 beinhaltet die Fuzzifizierung, die Infe- renz (Abarbeitung der Regeln) und die Defuzzifizierung, er ist also das eigentliche Fuzzy-Element . An seinem Ausgang steht allerdings nicht der Zellenwirkungsgrad zur Verfügung, sondern der Fuzzy- Index i_Fu-_zy.

Dieser Fuzzy- Index i_Fuz2y liegt im Bereich 1 ... 6, muß aber nicht unbedingt ganzzahlig sein. Er wird als Eingangsgröße auf die Kennlinie 51 gegeben, und am Ausgang ergibt sich dann der zu bestimmende Zellenwirkungsgrad η_Fuzzy. Die Kennlinie wird durch die Werte η_x ... η_s parametriert. Der Fuzzy- Index i_Fuzzy stellt also gewissermaßen den Index dar, um aus dem Bereich r\_λ ... η₆ den Zellenwirkungsgrad η_?uzzy zu bestimmen.

Der beschriebene Aufbau aus zwei Komponenten hat den besonderen Vorteil, daß das Fuzzy-System modifiziert werden kann, indem lediglich die Kennlinie geändert wird. Dabei wird in den eigentlichen Fuzzy-Kern nicht eingegriffen. Das Online- Training nutzt diesen Vorteil. Es adaptiert das Fuzzy-System, indem es die Parameter r\_x ... η₆ der Kennlinie verändert.

Die Größen Stromdichte 52 der Anoden, pH-Wert 53 des Elektrolyten, Temperatur 54 des Elektrolyten werden als Eingangsgrößen des Fuzzy-Systems verwendet. Ihr Einfluß auf den Zellenwirkungsgrad läßt sich durch verbal formuliertes Expertenwis- sen z.B. wie folgt beschreiben:

- Eine höhere Stromdichte führt zu einem höheren Zellenwirkungsgrad .

- Ein höherer pH-Wert führt zu einem höheren Zellen- Wirkungsgrad.

- Eine höhere Temperatur führt zu einem geringeren Zellenwirkungsgrad .

- Bei der Beschichtung mit Zink (Zn-Mode) liegt der Zellenwirkungsgrad etwa im Bereich 0,93 ... 0,98. - Bei der Beschichtung mit Zink-Nickel (ZnNi-Mode) liegt der Zellenwirkungsgrad etwa im Bereich 0, 78 ... 0,91.

Eine höhere Temperatur hat zur Folge, daß die Säure des Elektrolyten in den Galvanisierungszellen einen größeren Teil der bereits aufgebrachten Beschichtung wieder vom Band ablöst. Das führt zu einem geringeren Zellenwirkungsgrad. Im Vergleich zu den beiden anderen Eingangsgrößen hat aber die Temperatur den geringsten Einfluß. Hinzu kommt noch, daß die Temperatur meistens im Normalbereich liegt und sich nur sehr wenig ändert, da sie geregelt und gut konstant gehalten wird. Lediglich beim Anfahren der Anlage können etwas niedrigere Temperaturen auftreten.

Die Stromdichte 52 und der pH-Wert 53 beeinflussen den Zellenwirkungsgrad stärker als die Temperatur 54. Daher werden der Stromdichte und dem pH-Wert jeweils drei und der Temperatur nur zwei Membership-Funktionen zugeordnet. Wie die Mem- bership-Funktionen beispielsweise aussehen können und welche linguistischen Werte beispielsweise verwendet werden können, zeigen FIG 6 bis FIG 8. Dabei zeigt FIG 6 die Membershipfunk- tionen der Stromdichte I, FIG 7 die Membershipfunktionen des pH-Wertes W_pH und FIG 8 die Membershipfunktion der Temperatur T. Die dreieckförmigen Membership-Funktionen werden parame- triert, indem ihre Fußpunkte folgendermaßen festgelegt werden:

Ji untere Bereichsgrenze der Stromdichte J₂ mittlerer Fußpunkt der Stromdichte J₃ obere Bereichsgrenze der Stromdichte pH-i untere Bereichsgrenze des pH-Wertes pH₂ mittlerer Fußpunkt des pH-Wertes pH₃ obere Bereichsgrenze des pH-Wertes Ti untere Bereichsgrenze der Temperatur T₂ obere Bereichsgrenze der Temperatur

ERSATZBUTT(REGEL26) Bei dieser Parametrierung werden die Bereichsgrenzen jeder Eingangsgröße als äußere Fußpunkte verwendet. Folglich überdecken die^" Membership-Funktionen gerade eben den relevanten Bereich der betreffenden Eingangsgröße. Dadurch wird er- reicht, daß das Fuzzy-System optimal an die Eingangsgrößen angepaßt ist, so daß es auf alle Änderungen der Eingangsgrößen bestmöglich reagieren kann.

Die ersten drei Aussagen des angegebenen Expertenwissens be- schreiben den Einfluß der Eingangsgrößen auf den Zellenwirkungsgrad. Davon ausgehend werden nun die Regeln des Fuzzy- Kerns aufgestellt. Dabei werden für die Ausgangsgröße i_Fuzz_y die Singletons 1, 2, 3, 4, 5 und 6 verwendet, so daß i_FuZzy immer im Bereich 1 ... 6 liegt. Die Regeln können FIG 9 und FIG 10 entnommen werden, wobei FIG 9 die Regeln für kleine Temperaturen (T = S) und FIG 10 die Regeln für mittlere Temperaturen (T = M) offenbart. Sie sind dort in Matrixform dargestellt. Für jede Kombination der linguistischen Werte der Eingangsgrößen existiert genau eine Regel. Insgesamt gibt es 18 Kombinationen, also 18 Regeln. Für jede Regel ist der zugehörige Singleton der Ausgangsgröße angegeben. Beispielsweise kann folgende Regel abgelesen werden: Wenn die Stromdichte = S und der pH-Wert = B und die Temperatur = M dann ist i_FuZzy ⁼ 3

Wäre diese Regel als einzige wirksam, so wäre i_FUz_Zy - 3 und damit gemäß der Kennlinie η_FuZz_y = η₃.

ERSATZBUTT(REGEL26) Die letzten zwei Aussagen des angegebenen Expertenwissens geben den jeweiligen Bereich des Zellenwirkungsgrades an. Sie werden herangezogen, um die Kennlinie zu parametrieren. Dabei werden ηi und η₆ so gewählt, daß die Kennlinie sich genau über den angegebenen Bereich erstreckt. Die Werte ηi und η₆ werden also gleich den Bereichsgrenzen gesetzt. Die Werte η₂ ... ηs werden dazwischen äquidistant verteilt. Damit ergeben sich folgende Parameter der Kennlinie: Zn-Mode : r^ = 0,93 η₂=0,94 η₃ = 0,95 η₄ = 0,96 η₅ = 0,97 η₆ = 0,98 ZnNi-Mode: η_t = 0,78 η₂ = 0,806 η₃ = 0,832 η₄ = 0,858 η₅ = 0,884 η₆ = 0,91

Diese Parameter der Kennlinie sind lediglich als Startwerte anzusehen. Die genauen Parameter berechnet das Online- Training beim Betrieb der Anlage.

Das Online-Training wie in FIG 2 dargestellt wird mit folgenden Größen versorgt: i_Fuzzy Fuzzy-Index η_cells Zellenwirkungsgrad

ERSATZBUπ(REGEL26) ^_controi Stelleingriff der Regelung G*_mean Beschichtungssollwert G_mean mittlere Beschichtung

Ausgehend davon berechnet es die Parameter ηi ... η₆ der Kenn- linie.

Wie im Monitorregler arbeitet auch hier im Online-Training ein Anlagenmodell 60, das ein Beschichtungsmodell 61, ein Transportmodell 62 und eine Mittelwertbildung 63 aufweist, parallel zur Beschichtungsanlage. An seinem Eingang liegt der Wert

cells ^' -"control an. Dieser Wert ist auch in der Stromberechnung enthalten. Er ist ein Maß für die momentan aufgebrachte Beschichtung, dividiert durch den Zellenwirkungsgrad.

Das Anlagenmodell 60 bildet wieder das Verhalten der Beschichtungsanlage nach. Es berechnet fortlaufend die in den Galvanisierungszellen aufgebrachte Beschichtung des Bandes und verfolgt diese bis zum Beschichtungsmeßgerät. Am Ausgang des Anlagenmodells 60 wird dann die Größe G_0L ausgegeben. Sie ist die erwartete Beschichtung, also G*_mean/ dividiert durch den zugehörigen Zellenwirkungsgrad.

Gleichzeitig stellt das Beschichtungsmeßgerät die tatsächli- ehe Beschichtung G_mean bereit. Durch das Anlagenmodell werden die Größe G_0L und die Beschichtung G_mean synchronisiert, so daß sie in Beziehung zueinander gesetzt werden können. So ergibt sich der tatsächliche Zellenwirkungsgrad der Anlage wie folgt:

ERSATZBUTT(REGEL 26) _γ. _ mean MOL ~

^G0L

Die beiden nachfolgenden Überlegungen verdeutlichen die Wirkungsweise dieser Gleichung:

- Wenn G_mean = G*_mean ist, dann hat die Stromberechnung bei der Beschichtung den korrekten Zellenwirkungsgrad verwendet. Dieser korrekte Zellenwirkungsgrad ist in GO_L enthalten. Damit ergibt sich ein η_0L , das gleich diesem in G₀ enthaltenen korrekten Zellenwirkungsgrad ist.

- Wenn dagegen G_mean > G*_mean ist, dann ist der tatsächliche Zellenwirkungsgrad größer als derjenige, den die Stromberechnung bei der Beschichtung verwendet hat und der in G_0L enthalten ist. Als Folge davon wird ein entsprechend größeres η₀L berechnet. Wenn andererseits G_mean < G*_mean ist, wird ein kleineres η₀ berechnet.

Parallel zur Beschichtungsanlage arbeitet ein weiteres Modell, nämlich das Fuzzy-Index-Modell 68. Seinem Eingang wird der Fuzzy-Index i_Fuzzy zugeführt. Er gibt an, welche Stelle der Kennlinie für die momentan aufgebrachte Beschichtung relevant ist. Das Fuzzy-Index-Modell 68 verfolgt den Fuzzy- Index von den Galvanisierungszellen bis zum Beschichtungsmeßgerät und berechnet einen Mittelwert in gleicher Weise wie das Beschichtungsmeßgerät. An seinem Ausgang wird dann dieser Mittelwert als Fuzzy-Index i_0L ausgegeben.

Das Fuzzy-Index-Modell 68 synchronisiert den Fuzzy-Index i_CL mit der Größe G_0L und der Beschichtung G_mean und folglich auch mit dem Zellenwirkungsgrad η_0L. Damit kennzeichnet der Fuzzy-

ERSATZBUTT(REGEL26) Index i₀L die Stelle der Kennlinie, für die der tatsächliche Zellenwirkungsgrad η₀ berechnet worden ist. Auf dieser Basis adaptiert dann der Lernalgorithmus die Kennlinie, indem er die Parameter ... η₆ modifiziert.

Die Werte i₀L mm und i₀L max sind der kleinste und der größte derjenigen Fuzzy-Indizes, aus denen der Mittelwert i₀ gebildet worden ist. An diesen Werten kann die Schwankungsbreite der Fuzzy-Indizes während der Mittelwertbildung abgelesen werden. Wenn z.B. i₀ min und i₀L ax stark unterschiedlich sind, so zeigt dies an, daß während der Mittelwertbildung große Schwankungen der Fuzzy-Indizes aufgetreten sind. Der Zellenwirkungsgrad η_0L läßt sich dann einer bestimmten Stelle der Kennlinie nicht sinnvoll zuordnen. Daher wird in diesem Falle die Kennlinie nicht adaptiert.

Das Online-Training adaptiert das Fuzzy-System beim Betrieb der Anlage automatisch an das jeweilige Anlagenverhalten. Aufgrund dieser Funktion ist es nicht notwendig, das Fuzzy- System bei der Inbetriebsetzung manuell exakt einzustellen.

Es ist ausreichend, das Fuzzy-System vorab grob einzustellen, wobei allerdings ein sinnvoller Anlagenbetrieb möglich sein muß. Anschließend übernimmt das Online-Training die Feineinstellung. Dadurch wird das Fuzzy-System kontinuierlich ver- bessert, so daß es sich immer mehr dem tatsächlichen Anlagenverhalten anpaßt. Auf diese Weise wird das Fuzzy-System in die Lage versetzt, stets einen optimalen Zellenwirkungsgrad zu bestimmen. Durch den Einsatz des Online-Trainings ergeben sich folgende Vorteile:

ERSATZBUπ(REGEL26) - Das Fuzzy-System paßt sich einer neuen Anlage automatisch an. Dadurch entfällt bei der Inbetriebsetzung eine zeit- und kostenintensive manuelle Einstellung des Fuzzy-Systems. - Bei Umbaumaßnahmen in einer Anlage kann sich das

Anlagenverhalten ändern. Das Fuzzy-System wird dann automatisch neu eingestellt. Eine manuelle Neueinstellung ist nicht notwendig.

- Beim Betrieb einer Anlage können sich langsame Verände- rungen des Anlagenverhaltens ergeben (Drift) . In diesen

Fällen wird das Fuzzy-System automatisch nachgeführt.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Beschichten eines Metallbandes mit einem Beschichtungsmetall, 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 hindurchgeführt wird, wobei der Strom eine Ablagerung einer Schicht von Beschichtungsmetall auf dem Metallband bewirkt, und wobei der Strom u.a. in Abhängigkeit der Eigenschaften der galvanischen Zelle derart eingestellt wird, daß sich eine Schicht einer gewünschten Solldicke auf dem Metallband ablagert, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Eigenschaften der galvanischen Zelle (1) mittels eines Fuzzy-Systems (28) ermittelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Strom u.a. in Abhängigkeit des Wirkungsgrades (η_csll Ξ' der galvanischen Zelle (1) eingestellt wird, wobei der Wirkungsgrad (η_cells) der galvanischen Zelle (1) mittels des Fuz zy-Systems (28) ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Fuzzy-System (28) , insbesondere durch Online-Training

(29) , an die Eigenschaften bzw. den Wirkungsgrad (η_ceιι_s) der galvanischen Zelle (1) adaptiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß bei Verwendung eines neuen Bandes, eines neuen Beschich- tungsmaterials oder einer anderen Sollschichtdicke (G *_mean , G*^) mit einem vorgegebenen Wert (ηLeei₂) für die Eigenschaften bzw. den Wirkungsgrad (η_Ceiis) der galvanischen Zelle (1) zur Berechnung des Stroms begonnen wird und daß dieser Wert bei Durchlauf des Bandes durch die galvanische Zelle (1) mittels des Fuzzy-Systems (28) an die tatsächlichen Eigen- Schäften bzw. den tatsächlichen Wirkungsgrad der galvanischen Zelle (1) angepaßt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Wirkungsgrad (η_Ceiis) in Abhängigkeit zumindest einer der Größen Stromdichte (I) der Anoden, pH-Wert (W_pH) des Elektrolyten und Temperatur (T) des Elektrolyten ermittelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Wirkungsgrad (η_cβιι_s) der galvanischen Zelle (1) in Abhängigkeit der Stromdichte (I) ihrer Anoden, des pH-Wertes (W_pH) des Elektrolyten und der Temperatur (T) des Elektroly- ten berechnet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Online-Training (29) des Fuzzy-Systems (28) in Abhän- gigkeit des vom Fuzzy-System (28) ermittelten Zellenwirkungs-

ERSATZBUTT (REGEL 26) grades (η_cellg) , des Beschichtungssollwertes ( G *_mean ) , des Be- schichtungsistwertes und/oder des mittleren Beschichtungs- istwertes- (G_meay erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Online-Training (29) des Fuzzy-Systems (28) in Abhängigkeit des Stromes durch die galvanische Zelle (1) oder einer äquivalenten Größe, wie z.B. der Stelleingriff ( k_control ) einer Stromregelung, erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Online-Training (29) des Fuzzy-Systems (28) in Abhän- gigkeit zumindest einer der Ausgangsgrößen (η_Fu22y, i_Fuzzy) des Fuzzy-Systems (28) erfolgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Fuzzy-System (28) eine Zwischengröße (i_Fuzzy) ermittelt, aus der mittels einer Kennlinie (51) der Wirkungsgrad

(^F_uzzy) der galvanischen Zelle (1) berechnet wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, 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 (η_cells) der galvanischen Zelle oder Stelleingri f ( ^k _control -¹ der Stromregelung erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e , daß der Strom (i_total) in Abhängigkeit der Größen Beschichtungssollwert (G *_mean), Bandbreite (b_strip) , Bandgeschwindigkeit (v_sCrιp) , Ablagerungsäquivalent (c_s) , Wirkungsgrad (η_Cälls) der galvanischen Zelle oder Stelleingriff ( k_control ) der Stro - regelung erfolgt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Berechnung des Gesamtstroms (i_toCaι) gemäß dem Zusam- menhang

_T G*_m,_an-b_slπp-v_slπp-60 total . s Icclls ' control erfolgt, wobei

I_t0._al der Gesamtstrom [A]

G*_me3π der Beschichtungssollwert jg/m³] b_strιp die Bandbreite [m] v_slπp die Bandgeschwindigkeit [m/min] c_s das Ablagerungsäquivalent [g/Ah] η_celIs der Wirkungsgrad der galvanischen Zelle ^k _controi der Stelleingriff der Stromregelung ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11, 12 oder 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Stelleingriff ( k_control ) der Stromregelung mittels eines sogenannten Monitorreglers ermittelt wird, der ein Modell der Beschichtungsanlage aufweist.

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 stromdurchflossenen galvanischen Zelle, die einen Elektrolyten enthält, durch den das Metallband durchgeführt wird, wobei der Strom eine Ablagerung einer Schicht von Beschichtungsmetall auf dem Metallband bewirkt, und wobei die Recheneinrichtung den Strom u.a. in Abhängigkeit der Eigenschaften der galvanischen Zelle derart einstellend ausgebildet ist, daß sich eine Schicht einer gewünschten Dicke auf dem Metallband ablagert, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Recheneinrichtung die Eigenschaften der galvanischen

Zelle mittels eines Fuzzy-Systems ermittelnd ausgebildet ist.

ERSATZBUTT (REGEL 26)