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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Verzuges an einem
Streckwerk für
textiles Fasermaterial, wobei ein das bewegte Fasermaterial messendes
Messorgan vor dem Einlauf des Streckwerks Messwerte an einen Speicher
einer Verzugsregulierung liefert, die Messwerte im Speicher der Verzugsregulierung
bis zum Ablauf einer Verzögerungszeit
gespeichert werden, zu einer gemessenen Abweichung des Fasermaterials
von einem Sollwert ein Korrekturwert ermittelt und im Speicher abgelegt wird,
und mit dem Korrekturwert die Verzugsregulierung beeinflusst wird.
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Eine
entsprechende Vorrichtung dient der Durchführung des Verfahrens.
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Die
DE 42 19 777 A1 beschreibt
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Signalanalyse einer Regulierstrecke.
Hierfür
wird die Dicke des Faserbandes und die Geschwindigkeit des Faserbandes
vor und nach dem Streckwerk mittels Messglieder ermittelt. Von jedem
erfassten Messsignal werden hierbei zeitbezogene Signalanalysen
zur Faserbanddicke und zur Faserbandgeschwindigkeit gemacht. Diese Messsignale
werden dabei parallel zur Regulierung jeweils unterschiedlichen,
parallel zueinander arbeitenden Signalanalysen zugeführt. Darüber hinaus werden
auch andere maschineninterne Signale erfasst und zusätzlichen,
zeitbezogenen Signalanalysen zugeführt. Die Signalanalysen werden
hierbei kontinuierlich gemacht, aber nur dann abgefragt, wenn eine
Recherche ausgelöst
wird. Das Ergebnis (Signalkenngröße) jeder
zusätzlichen
zeitbezogenen Signalanalyse wird einem Speicherplatz zugewiesen und
mit der vorangegangenen Signalkenngröße verglichen. Werden Abweichungen
zwischen den einzelnen Signalkenngrößen festgestellt, kann schließlich im
Zusammenhang mit einem Wissensspeicher eines Rechners erkannt werden, ob
die Abweichung aufgrund einer Störung
in der Maschine erfolgte, oder ob sich die Abweichung in Größe und Vorzeichen
erklären
lässt,
d.h. eine logische Konsequenz der Recherche ist. Die Signalanalysen
sollen dabei die Erkennung korrekturfähiger Abweichungen innerhalb der
analysierten Signale sowie die Bildung von geeigneten Korrekturwerten
ermöglichen.
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Des
weiteren ist aus der
EP
01 76 661 A2 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Optimierung
des Streckprozesses bei Regulierstrecken bekannt. Die Regelung des
Verzuges basiert hier auf jeweils einem Messorgan zur Messung der
Faserbanddicke vor (offener Regelkreis) und nach der Verzugszone des
Streckwerkes (geschlossener Regelkreis). Erfindungsgemäß wird ein
weiterer Regelkreis eingeführt, der
die Signale dem der Verstreckungszone nachgeschalteten Messorgan
entnimmt, diese in einer weiteren Elektronik umformt, und die Parameter
Verstärkung
und Laufzeit in der Regelelektronik des offenen Regelkreises steuert.
Dieser weitere geschlossene Regelkreis wirkt also nicht direkt auf
die Regulierstrecke, sondern auf die Regulierparameter des offenen Regelkreises,
wodurch eine bessere Vergleichmäßigung der
Faserbanddicke erreicht werden soll.
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Die
DE 36 19 248 A1 betrifft
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Verzuges eines
Faserbandes bei einer Textilmaschine.
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Vor
dem Einlauf des Faserbandes in das Verzugsstreckwerk befindet sich
ein Messorgan zur Ermittlung der Faserbandmasse. Das Messorgan ist mit
einem Steuergerät
verbunden, das eine elektronische Speichervorrichtung, kurz Speicher
genannt, besitzt. Der gemessene Wert einer Masseschwankung wird
vom Speicher zwischengespeichert. Nach Ablauf einer Verzögerungszeit,
die der Laufzeit des Faserbandes vom Messort bis zum Verzugsort
im Streckwerk entspricht, verändert
das Steuergerät zum
Ausgleich der Masseschwankung den Verzug des Streckwerkes entsprechend
dem zwischengespeicherten Wert. Diese Arbeitsweise entspricht einem "offenen Regelkreis", d.h. diese Struktur
und die beschriebene Arbeitsweise sind als Steuerung des Verzuges
(auch Verzugsregulierung genannt) bekannt.
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Die
DE 36 19 248 A1 hat
erkannt, dass sprunghafte Änderungen
der Masse des Faserbandes bisher fehlerhaft ausgeglichen werden.
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Die
Lösung
nach
DE 36 19 248 A1 geht
davon aus, durch Verkürzung
der Verzögerungszeit
für einen
einzelnen Messwert eine Veränderung
des Verzuges schon zu beginnen, bevor die Masseschwankung des Faserbandes
den Verzugsort im Streckwerk erreicht.
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Der
erforderliche, einzelne Korrekturwert kann in Abhängigkeit
von der Steilheit oder der relativen Größe der Masseschwankung bestimmt
werden.
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Die
Reaktion des Motors für
die Verzugsregulierung erfolgt aufgrund einer veränderten
Verzögerungszeit
eines gespeicherten, einzelnen Wertes.
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Ein
Rechengerät
tastet das gespeicherte Signal im Vorlauf ab (zu einem festgelegten
Zeitpunkt) und veranlasst in Abhängigkeit
von der dabei ermittelten Flankensteilheit und/oder Amplitude des
Signals eine Verkürzung
der Laufzeit (entspricht einer Verkürzung der Verzögerungszeit)
um einen Korrekturwert (
DE
36 19 248 A1 Spalte 5, 31. bis 36. Zeile). Dann erst wird
offensichtlich das nachfolgend gespeicherte Signal abgetastet.
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Mit
der Lösung
nach
DE 36 19 248 A1 war
erreichbar, dass die Verzugswalzenpaare als Arbeitsorgane einer
Masseschwankung besser folgen können,
wenn die Masseschwankung den Charakter einer Sprungfunktion hat
(auch als Einheitssprung in der Regelungstechnik bekannt). Das trifft
für den
Fall zu, wenn eine Masseschwankung kontinuierlich in einer Richtung
liegt. Dieser Lösung
im Stand der Technik lagen Streckwerke von Strecken zugrunde, die eine
Liefergeschwindigkeit des Faserbandes von etwa 600 m/min bis 800
m/min hatten.
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Schwankungen
in Faserbändern
sind ein seit langem bekanntes Problem. Dabei kann der Begriff "Schwankung" sowohl eine Veränderung
der Masse des Faserbandes, als auch eine Veränderung der Dicke des Faserbandes
umfassen. Zur Vereinfachung wird nachfolgend in Kurzform von Dickenschwankung
im Fasermaterial gesprochen.
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Dickenschwankungen
können
in der Form von plötzlichen
Massenzunahmen (Dickstellen) mit unmittelbar folgenden Massenabnahmen
(Dünnstellen)
vorkommen, ohne dass es dabei zu einem Bruch des Bandes kommt. Derartige
Vorgänge
hoher Amplitude und Flankenwechsels im engen Zeitbereich erfordern
vom Streckwerk, insbesondere den Verzugs-Walzenpaaren, eine äußerst schnelle
Reaktion, um einen vollständigen
Ausgleich der Dickenschwankung zu bewirken. Die damit verbundene plötzliche
Umkehr zwischen Bremsung und Beschleunigung des Motors für die Verzugsregulierung führt erneut
infolge der Trägheit
der Arbeitsorgane (insbesondere der Streckwerkswalzenpaare) zu einem
neuerlichen Fehler beim Ausgleich der Dickenschwankung, der durch
den Stand der Technik nicht beseitigt werden konnte. Bei den zwischenzeitlich
erreichten hohen Liefergeschwindigkeiten von 1200 m/min wird infolge
des oben genannten Nachteils eine nicht unwesentliche Menge Fasermaterial
fehlerhaft verzogen.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung bei einem Streckwerk mit Verzugsregulierung,
den möglichen Regulierfehler
beim Ausgleich von Schwankungen der Dicke des Fasermaterials weitgehend
zu eliminieren.
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Die
Aufgabe nach der Erfindung wird gelöst nach den kennzeichnenden
Merkmalen des Verfahrensanspruch 1. Die kennzeichnenden Merkmale des
Vorrichtungsanspruchs 5 dienen einer Durchführung des Verfahrens.
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Textiles
Fasermaterial wird in einem Streckwerk verzogen. Der Verzug wird
gesteuert durch eine Verzugsregulierung. Vor dem Streckwerk ist
ein Messorgan angeordnet, welches Messwerte zur Dicke des Faserbandes
an die Verzugsregulierung liefert. Die Verzugsregulierung beinhaltet
mindestens einen Speicher und ein Steuergerät, welches einen Regulierantrieb
steuert. Der Regulierantrieb umfasst den Motor und einen Verstärker, das
kann beispielsweise ein Servoantrieb sein.
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Die
vom Messorgan an den Speicher übergebenen
Messwerte werden zusätzlich
parallel einer Simulationseinrichtung zugeführt. In der Simulationseinrichtung
werden aus den zwischengespeicherten Messwerten, die Abweichungen
von einem Sollwert darstellen, und den dazugehörigen Verzögerungszeiten der Verlauf des
Verzuges simuliert und der dazugehörige Regulierfehler ermittelt.
Aus dem ermittelten Regulierfehler werden zusätzliche Korrekturwerte ermittelt.
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Die
Korrekturwerte werden auch unter Berücksichtigung der dynamischen
Eigenschaften des Regulierantriebes, der Größe der Dickenabweichung und
der Steilheit der Dickenabweichung ermittelt.
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Die
Simulationseinrichtung arbeitet dabei nach einem Rechenprogramm.
Das Rechenprogramm verkörpert
ein mathematisches Modell der Verzugsregulierung. Die von der Simulationseinrichtung
ermittelten zusätzlichen
Korrekturwerte werden dazu benutzt, Speicherwerte im Speicher der
Verzugsregulierung zu korrigieren. Der Speicher speichert die Messwerte
zur Dicke des Faserbandes und die dazugehörige Verzögerungszeit. Beides sind Speicherwerte.
Nach dem Rechenprogramm der Simulationseinrichtung können die
Korrekturwerte so erstellt werden, dass Messwerte zur Dicke und/oder betreffende
Werte der Verzögerungszeit
korrigiert werden können.
Der Speicher arbeitet nach dem Organisationsprinzip des FIFO, so
dass die Speicherwerte nach Ablauf ihrer Verzögerungszeit an das Steuergerät der Verzugsregulierung
weitergegeben werden, so dass der zu erwartende tatsächliche
Regulierfehler aus der Verzugssteuerung ein Minimum einnehmen wird.
Vorrichtungsgemäß ist zu
der Verzugsregulierung eine Simulationseinrichtung angeordnet. Der
Eingang der Simulationseinrichtung ist mit dem Leitungspfad verbunden,
der Messwerte von dem Messorgan liefert. Der Ausgang der Simulationseinrichtung
ist mit dem Speicher der Verzugsregulierung verbunden.
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Durch
die Simulationseinrichtung ist es möglich, noch vor Freigabe der
Messwerte an das Steuergerät,
vorausschauend die Reaktion des Regulierantriebes zu beurteilen.
Vorteilhafterweise können Regulierfehler
erkannt werden und vorzeitig korrigiert werden, bevor das Steuergerät eine Reaktion
am Regulierantrieb auslöst.
Damit wird erreicht, dass der zu erwartende, tatsächliche
Regulierfehler minimiert werden kann. Insbesondere wird es möglich, Dickenschwankungen
in Form von plötzlichen Änderungen mit
unmittelbar entgegengesetzter Änderungsrichtung
mit minimalem Regulierfehler auszugleichen.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden
näher beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 Steuerung
des Verzuges nach dem Stand der Technik
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2 Funktionaler
Zusammenhang zwischen Abweichung der Banddicke und Reaktionsverhalten
des Regulierantriebes nach dem Stand der Technik
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3 Schematische
Darstellung einer erfindungsgemäßen Steuerung
des Verzuges an einem Streckwerk
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4 Minimierung
des Regulierfehlers mittels der Erfindung
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1 zeigt
eine bekannte Steuerung des Verzugs von textilem Fasermaterial an
einem Streckwerk. Die Steuerung des Verzugs an einem Streckwerk
für textiles
Fasermaterial (d.h. Faservlies oder Faserband) ist auch bekannt
unter dem Begriff "Verzugsregulierung", wobei die Steuerung
auch umgangssprachlich als "offener
Regelkreis" bezeichnet wird.
Nachfolgend wird der Begriff "Verzugsregulierung" verwendet. Die Verzugsregulierung
besitzt ein Messorgan MS vor dem Einlauf des Fasermaterials FM in
das Streckwerk S. Das Messorgan MS ermittelt die Masse bzw. die
Dicke des ins Streckwerk S einlaufenden Fasermaterials FM. Aus Gründen der
Vereinfachung wird nachfolgend nur von der Dicke bzw. Banddicke
gesprochen, obwohl auch die Masse ermittelbar ist. Die Erfindung
ist dadurch nicht beschränkt.
Zu zweckmäßig erscheinenden
Zeiten werden Messungen der Banddicke gemacht. Zweckmäßig erscheinende
Zeiten können
sein, das Vielfache einer Grundtaktzeit oder eine Zeit zu der gegenüber der
vorherigen Messung eine konstante Wegstrecke an Fasermaterial zurückgelegt
wurde. Die Transportrichtung des Fasermaterials FM ist in 1 mit
einem Pfeil gekennzeichnet. Der Hauptmotor HM sichert eine konstante
Liefergeschwindigkeit des Fasermaterials. Das Fasermaterial FM wird
im Streckwerk S verzogen, wobei der Verzug zum Ausgleich von Dickenschwankungen
veränderbar
ist. Dies erfolgt durch Drehzahländerung
des Walzenpaares (oder mehrerer) im Einlauf des Streckwerks.
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Zwischen
Messort MO des Fasermaterials und Verzugsort VO existiert eine Verzögerungszeit tvz. Die Verzögerungszeit tvz berücksichtigt
jene Zeit, die das gemessene Fasermaterial vom Messort MO bis zum
Verzugsort VO im Streckwerk S benötigt. Diese Verzögerung eines
Messwertes erfolgt in einem Speicher SP der Verzugsregulierung VR.
Der Speicher SP beinhaltet als Speicherwerte jeweils Messwerte zur
Banddicke und Werte einer Verzögerungszeit.
Dabei hat jeder Messwert eine zutreffende Verzögerungszeit. Der Speicher SP
arbeitet nach dem bekannten Organisationsprinzip FIFO (first in, first
out). Dieses FIFO-Prinzip der Speicherorganisation ist bereits von
auf dem Markt befindlichen Streckwerken mit Verzugsregulierung bekannt.
Der ermittelte Messwert wird in der Speichervorrichtung SP so lange
zeitlich verzögert,
bis der gemessene Punkt des Fasermaterials den Abstand a vom Messort
MO bis zum Verzugsort VO durchlaufen hat. Nach Ablauf der Verzögerungszeit
tvz wird der Messwert an das Steuergerät ST freigegeben
und verursacht, sofern eine Dickenschwankung vorliegt, über eine
entsprechende Drehzahländerung
des Regulierantriebs RM mit Planetengetriebe PG eine Änderung
des Verzugs und mittelbar eine Korrektur der Dickenschwankung. Mit
dem Begriff Regulierantrieb RM sind der Motor und sein Verstärker umfasst,
z.B. ein Servomotor.
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Für die einwandfreie
Funktion der Verzugsregulierung ist es wichtig, dass sich zum Zeitpunkt der
Freigabe eines Messwertes der gemessene Punkt des Fasermaterials
genau im Verzugsort VO befindet. Das entspricht einem exakten Reguliereinsatzpunkt.
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2 zeigt
funktionale Zusammenhänge
einer bekannten Verzugsregulierung nach 1 im Stand
der Technik. Die dortige Kurve K1 zeigt den Verlauf einer am Messorgan
MS gemessenen Banddicke. Die Banddicke ist über die Zeit t dargestellt. Der
Sollwert SW der Banddicke liegt in der Zeit-Achse (Abszisse). Die
Darstellung stellt einen Ausschnitt dar. Zum Zeitpunkt t0 steigt die Banddicke steil an. Mit t1, t2, t3 bis
tn werden Zeitpunkte gezeigt, in denen Messwerte
zur Banddicke ermittelt werden. Das entspricht einer digitalen Abtastung
des Fasermaterials. Die so gewonnenen Messwerte (M1 bis
Mn) widerspiegeln sich in der Kurve K1 zu
den Abtastzeitpunkten. Zum Zeitpunkt t00 hat
die Banddicke wieder den Sollwert SW erreicht. Die Kurve K1 zeigt
den zeitlichen Verlauf einer Schwankung der Dicke des Fasermaterials.
Um im weiteren das Wesentliche deutlich zu machen, wurde die Schwankung
idealisiert dargestellt. Es wurde idealisiert der rasche Anstieg
der Banddicke und deren rascher Abfall dargestellt, um das wesentliche
zu erläutern.
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Im
Idealfall der Verzugsregulierung muss der Reguliermotor RM eines
Servoantriebs dieser Kurve K1 deckungsgleich folgen. Die Kurve K1
entspricht somit einer Sollwert-Kurve
für den
Reguliermotor RM.
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Die
tatsächliche
Reaktion des Reguliermotors mittels einer Verzugsregulierung VR
nach 1 wird mit Kurve K2 dargestellt. Der Verlauf der
Kurve K2 dokumentiert das tatsächliche
Drehzahlverhalten des dortigen Reguliermotors. Dieses Drehzahlverhalten
ist repräsentativ
für den
Verlauf des Verzuges und ist damit repräsentativ für die erreichte Korrektur der Schwankung
der Banddicke.
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Zum
Zeitpunkt t1 wird der Messwert M1 dem Steuergerät ST übergeben und das Steuergerät ST erkennt,
dass die Banddicke eine schnelle Veränderung gegenüber dem
Sollwert SW erhält.
Zum gleichen Zeitpunkt t1 wird der Reguliermotor
RM seine Drehzahl erhöhen,
um den Verzug zu erhöhen.
Mit dem erhöhten
Verzug wird der Dickenzunahme im Fasermaterial entgegengewirkt.
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Wie
aus 2 weiter zu erkennen ist, folgt der Reguliermotor
RM (Kurve K2) verspätet
(um die Zeit t1 – t0 verspätet) der
Banddicke nach Kurve K1. Ursache sind Trägheitsmomente in der Kraftübertragung
des Antriebssystems. Es entsteht damit ein Regulierfehler. Die Kurve
K3 dokumentiert den Verlauf des Regulierfehlers. Der Regulierfehler
ist bereits im Zeitpunkt t1 vorhanden, da
in diesem Zeitpunkt t1 erst der Reguliermotor
RM eine Drehzahlerhöhung
startet. Zum Zeitpunkt t2 ist der Regulierfehler
weiter angestiegen, da die Korrektur der Banddicke noch zu gering
ist.
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Der
Verlauf des Regulierfehlers K3 entspricht dem bisher erreichbaren
Resultat des Verzuges vom Fasermaterial. Der Regulierfehler K3 ist
relativ groß und
schwankt vom positiven Bereich (zu dickes Faserband) über einen
fehlerlosen Bereich in einen negativen Bereich (zu dünnes Faserband).
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3 zeigt
die erfindungsgemäße Verzugsregulierung,
wobei von einem Messorgan MS Messwerte an einen Speicher SP geliefert
werden. Der Speicher SP speichert Messwerte ebenfalls nach dem bekannten
Organisationsprinzip FIFO (first in, first out). Die in den Speicher
SP gelieferten Messwerte werden parallel in eine Simulationseinrichtung SE
geliefert.
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Die
Simulationseinrichtung SE realisiert mittels eines Rechenprogramms
folgende Arbeitsschritte:
- A) Aus allen in die
Simulationseinrichtung SE übergebenen
Messwerten wird der zeitliche Verlauf der Banddicke (Kurve K1) für den Abstand
a zwischen Messort MO und Verzugsort VO ermittelt. Dieser Kurvenverlauf
K1 ist indirekt eine Abbildung des momentanen Inhalts an Messwerten im
Speicher SP.
- B) Ausgehend von einem Sollwert SW der Banddicke werden Abweichungen
(M1 bis Mn) ermittelt.
- C) Im folgenden Schritt erfolgt eine simulierte Verzugsregulierung.
Unter Simulation der Verzugsregulierung ist zu verstehen, dass anstelle
der tatsächlichen
Verzugsregulierung ein mathematisches Modell der Verzugsregulierung
verwendet wird, welches in seinem äußeren Verhalten die tatsächliche
Verzugsregulierung simuliert. Das mathematische Modell wird in der
rechnergestützten
Simulation durch ein Rechner-Programm dargestellt. Der simulierten
Verzugsregulierung liegen die Messwerte (M1 bis
Mn) und die dazugehörige Verzögerungszeit zugrunde.
- D) Es wird das Ergebnis der simulierten Verzugsregulierung ausgewertet,
d.h. es erfolgt eine Ermittlung des Regulierfehlers K3.
- E) Anhand des Regulierfehlers K3 erfolgt eine Ermittlung von
Korrekturwerten KW. Die Korrekturwerte KW werden dabei unter Berücksichtigung der
dynamischen Eigenschaft des Reguliermotors, der Größe der Dickenabweichung
(Amplitude) und der Steilheit der Dickenabweichungen (Gradient)
ermittelt.
Die Korrekturwerte KW werden von der Simulationseinrichtung
SE dazu benutzt, die Speicherwerte, d.h. die einzelnen Messwerte
und/oder die zutreffende Verzögerungszeit
im Speicher SP zu korrigieren.
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Durch
die Simulationseinrichtung SE ist es möglich, noch vor Freigabe der
Messwerte an das Steuergerät
ST vorausschauend die Reaktion des Reguliermotors RM zu beurteilen.
Mögliche
Regulierfehler können
erkannt werden und vorzeitig korrigiert werden, bevor das Steuergerät ST der
Verzugsregulierung VR eine Reaktion am Reguliermotor RM auslöst.
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4 veranschaulicht
funktionale Zusammenhänge
zwischen Banddicke und Reaktion des Reguliermotors bzw. zu erwartenden
Regulierfehler nach der Erfindung. 4 zeigt
mit dem Verlauf K10 zur Dicke des Fasermaterials einen gleichartigen Verlauf
wie der Verlauf K1 nach 2.
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Mittels
der Simulationseinrichtung SE wurde gegenüber der Verzugsregulierung
VR veranlasst, dass beispielsweise der Reguliermotor RM nunmehr wesentlich
früher
(Zeitpunkt tx bei Kurve K10) mit seiner
Drehzahländerung
starten muss (bei gleicher Steilheit der Drehzahländerung
des RM) und die Kurve K20 wesentlich enger der Kurve K10 folgt als
dies im Stand der Technik für
Dickenänderungen
hoher Amplitude und Flankenwechsel im engen Zeitbereich bisher möglich war.
K20 widerspiegelt das Drehzahlverhalten des Reguliermotors RM als
Reaktion auf die Dickenabweichung K10, um einen Ausgleich der Dickenabweichung
zu erreichen. Der sich dazu ergebende Regulierfehler mit Kurve K30
nimmt ein Minimum ein.