EP1409388B1 - Method for controlling a web accumulator and web accumulator for storing sheetlike objects - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for controlling a reel storage for storing sheet-like objects, in particular banknotes, between the winding layers of a band-shaped film, between a driven by a first motor, a film supply roll comprising a film drum and a second motor driven, the sheet-shaped objects storing winding drum is spooled back and forth.
- Role repositories are often used in ATMs because they allow easy storage and dispensing of the same banknotes.
- the speed of the winding drum can be adapted, for example, depending on the counted banknotes.
- the banknotes When the banknotes are being stored or dispensed, they are unwound from the reeling drum according to the "load in, first out” principle, whereby the film accumulates on the film drum.
- a uniform as possible tensile stress in the film can be achieved, for example, by acting in both directions friction brake.
- friction brakes have the disadvantage that they high changes in the friction torque, especially after have longer breaks or even by temperature changes during prolonged operation. To compensate for this, ie always to ensure a safe operating condition, comparatively high friction moments must be set, which in turn lead to a corresponding wear on the entire mechanism, so that frequent maintenance and adjustment of the friction torque is required. In addition, a correspondingly high energy loss occurs.
- the invention has for its object to provide a method of the type mentioned, in which while avoiding the aforementioned disadvantages, a looping of the film reliably avoided and energy-saving operation of the roller storage can be guaranteed.
- this object is achieved in that the actual value of the film tension required for regulating the film tension to a predetermined desired value is calculated indirectly from the determined power consumption of the first motor and the current radius and moment of inertia of the film drum.
- a longer life of the film can be guaranteed.
- stretching operations which occur in particular at the edges of the plastic films and lead to cracks on the film edges or because of the uneven elongation of the film to allow the film to run out of its track, can thereby be completely eliminated.
- the fact that a low value for the film tension can be specified and maintained, drive motors can be used with lower power, thereby reducing energy consumption of the reel memory is reduced.
- the lower stress of the film allows a reduction of the film thickness, so that with the same space for the role memory this has a higher storage capacity.
- the actual value of the film tension can also be detected by a direct measurement of the film tension, for example by the use of strain gauges.
- Role repositories are typically used in higher-level devices such as cash processing devices, such as cash registers. in automatic cash vaults or in money-recycling systems.
- the reel store must be able to store and output banknotes at a speed corresponding to the processing speed of the banknotes in the superordinate device.
- the peripheral speed of the winding drum can be regulated to a predetermined desired value.
- the storage and output speed of the reel memory can be flexibly adapted to changes in the parent system.
- the distances between the sheets or banknotes to be stored are reduced to a minimum. This in turn leads to a higher storage capacity of the reel memory.
- the physically coupled control loops for the film tension and the peripheral speed of the winding drum are computationally decoupled by a mathematical filter network, which on the basis of the determined actual values for the film tension and the peripheral speed of the winding drum, the speed of the Film drum and the predetermined system parameters, the drive signals for the first and the second motor can be calculated.
- the invention further relates to a roller storage for carrying out the method described above according to claims 5 to 7.
- the roller store shown schematically in Fig. 1 comprises a housing 10 in which a generally designated 12 film drum and a winding drum designated 14 are mounted rotatably about mutually parallel axes 16 and 18 respectively.
- the film drum 12 has a drum core 20, on which a band-shaped, consisting of plastic film 22 can be wound into a winding 24, wherein in Fig. 1, the minimum and the maximum diameter of the film roll 24 are indicated.
- the film 22 extends from the film drum 12 via stationary deflection rollers 26 and a movable deflection roller 28 to the winding drum 14, where it runs onto a drum core 30 of the winding drum 14 and forms a storage roll 32.
- the movable guide roller 28 is thereby not shown by means on the circumference held the winding drum 14.
- the positions of the movable guide roller 28 with a minimum radius and maximum radius of the winding drum 14 are also indicated in FIG. 1.
- a transport gate 36 which, like the movable guide roller 28 adjustable is.
- Fig. 4 shows the essential elements of the reel memory and their connection to a control and regulating device.
- the elements corresponding to the representation in FIGS. 1 to 3 are also provided with the same reference numerals.
- the drum core 20 of the film drum 12 is connected to a shaft 38 which carries a belt gear 40. This is coupled via a toothed belt 42 with the drive pinion 44 of an electric motor 46.
- drum core 30 of the winding drum 14 is connected to a shaft 48 which carries a belt gear 50. This is connected via a toothed belt 52 with the drive pinion 54 of a second electric motor 56.
- Each of the electric motors 46 and 56 is connected to an encoder 58 or 60, e.g. an incremental encoder coupled, the output signal of each of which is supplied to a control device 62.
- the control device 62 receives a further input signal from a strain gauge 64, which serves to measure the actual value of the film tension, wherein the actual film tension can also be determined by other means, as explained above.
- control device 62 determines activation signals for the motors 46 and 56 to drive them so that the predetermined target values for the film tension and the peripheral speed of the winding drum 14 are met.
- the controlled variables are the film tension F and the peripheral speed v g of the winding drum 14.
- the manipulated variables are the motor torques M F and M G.
- the torque M F of the film drum motor 12 acts on the actual film tension F to be influenced on the speed v G of the winding drum.
- the torque M G of the winding drum motor 56 primarily only the peripheral speed v G of the winding drum 14 is to be regulated. But even here there is a retroactive effect on the film tension, since this is to be generated by a difference in the peripheral speeds of the film drum 12 and the winding drum 14.
- the coupling between the manipulated and controlled variables is represented by the mathematical block diagram of FIG. Where G i (s) denotes the transfer functions that describe the dynamic behavior of the system.
- the arrows show the coupling paths between the manipulated variables M F , M G and the controlled variables F, v g .
- the angular position ⁇ of the drums can be determined by measuring and integrating the angular velocity of the motors 46 and 56.
- the respective film winding 24, 32 is considered as a hollow cylinder, which is inserted on the respective drum core 20 and 30 respectively.
- the moments of inertia of the drum cores 20, 30 are constants and are determined from the design data.
- the motor 56 sets only the desired winding speed v g on the winding drum 14.
- the film drum motor 56 is solely responsible for maintaining the desired film tension F.
- a simple pulse generator or counter can also be used, which is incremented or decremented with each full revolution of the film drum 12, since the moment of inertia of the film drum 12 changes relatively little with each revolution and there for the control the total system, the determination of the film drum speed is not absolutely necessary.
- a strain gauge 64 To measure the film tension is used in the illustrated embodiment, a strain gauge 64.
- the actual value of the film tension can also be determined indirectly by the measurement of the current in the motor 46 and by calculating the radius and the moment of inertia of the film drum 12.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Rollenspeichers zum Speichern blattförmiger Gegenstände, insbesondere Banknoten, zwischen den Wickellagen einer bandförmigen Folie, die zwischen einer von einem ersten Motor angetriebenen, einen Folienvorratswickel umfassenden Folientrommel und einer von einem zweiten Motor angetriebenen, die blattförmigen Gegenstände speichernden Wickeltrommel hin und her gespult wird.The invention relates to a method for controlling a reel storage for storing sheet-like objects, in particular banknotes, between the winding layers of a band-shaped film, between a driven by a first motor, a film supply roll comprising a film drum and a second motor driven, the sheet-shaped objects storing winding drum is spooled back and forth.
Rollenspeicher werden häufig in Geldautomaten verwendet, da sie auf einfache Weise das Einspeichern und Ausgeben derselben Banknoten ermöglichen. Beim Befüllen oder Einspeichern werden die ankommenden Banknoten nacheinander auf die Wickeltrommel zwischen die Wickellagen gewickelt. Die Drehzahl der Wickeltrommel kann dabei beispielsweise abhängig von den gezählten Banknoten angepaßt werden. Beim Entspeichern bzw. Ausgeben der Banknoten werden diese nach dem Prinzip "Last in, First out" wieder von der Wickeltrommel abgewickelt, wobei die Folie dabei auf die Folientrommel aufläuft.Role repositories are often used in ATMs because they allow easy storage and dispensing of the same banknotes. When filling or storing the incoming banknotes are successively wound on the winding drum between the winding layers. The speed of the winding drum can be adapted, for example, depending on the counted banknotes. When the banknotes are being stored or dispensed, they are unwound from the reeling drum according to the "load in, first out" principle, whereby the film accumulates on the film drum.
Damit das Hin- und Herspulen der Folie nicht dazu führt, daß die Folie aus einer vorhandenen seitlichen Führung herausläuft, muß die Folie stetig unter Zug gehalten werden, um eine Schlaufenbildung zu vermeiden.Thus, the back and forth rewinding of the film does not cause the film runs out of an existing lateral guide, the film must be kept constantly under train to avoid looping.
In der WO 94/03384 wird ein solcher Rollenspeicher beschrieben, bei dem zur Vermeidung von Schlaufenbildung das Drehmoment des die Folie aufwickelnden Motors stets größer als das Drehmoment des die Folie abwickelnden Motors ist.In WO 94/03384 such a roller storage is described, in which the torque of the film winding motor is always greater than the torque of the film unwinding motor to avoid looping.
Eine möglichst gleichmäßige Zugspannung in der Folie läßt sich beispielsweise auch durch eine in beide Richtungen wirkende Reibbremse erreichen. Reibbremsen haben aber den Nachteil, daß sie hohe Änderungen im Reibmoment, insbesondere nach längeren Betriebspausen oder auch durch Temperaturänderungen bei längerem Betrieb aufweisen. Um dies zu kompensieren, d.h. immer einen sicheren Betriebszustand zu gewährleisten, müssen vergleichsweise hohe Reibmomente eingestellt werden, die wiederum zu einem entsprechenden Verschleiß an der gesamten Mechanik führen, so daß eine häufige Wartung und Nachstellung des Reibmomentes erforderlich ist. Außerdem tritt ein entsprechend hoher Energieverlust auf.A uniform as possible tensile stress in the film can be achieved, for example, by acting in both directions friction brake. But friction brakes have the disadvantage that they high changes in the friction torque, especially after have longer breaks or even by temperature changes during prolonged operation. To compensate for this, ie always to ensure a safe operating condition, comparatively high friction moments must be set, which in turn lead to a corresponding wear on the entire mechanism, so that frequent maintenance and adjustment of the friction torque is required. In addition, a correspondingly high energy loss occurs.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem unter Vermeidung der vorstehend genannten Nachteile eine Schlaufenbildung der Folie zuverlässig vermieden und ein energiesparender Betrieb des Rollenspeichers gewährleistet werden kann.The invention has for its object to provide a method of the type mentioned, in which while avoiding the aforementioned disadvantages, a looping of the film reliably avoided and energy-saving operation of the roller storage can be guaranteed.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der zur Regelung der Folienspannung auf einen vorgegebenen Soll-Wert erforderliche Ist-Wert der Folienspannung indirekt aus der ermittelten Leistungsaufnahme des ersten Motors sowie dem aktuellen Radius und Trägheitsmoment der Folientrommel berechnet wird.According to the invention, this object is achieved in that the actual value of the film tension required for regulating the film tension to a predetermined desired value is calculated indirectly from the determined power consumption of the first motor and the current radius and moment of inertia of the film drum.
Durch die Regelung der Folienspannung oder Folienzugkraft auf einen vorgegebenen niedrigen Wert, beispielsweise 10 Newton, kann eine längere Lebensdauer der Folie garantiert werden. Häufig beobachtete Reckvorgänge, die insbesondere an den Rändern der Kunststoffolien auftreten und zu Rissen an den Folienrändern oder wegen der ungleichmäßigen Längung der Folie zum Ablaufen der Folie aus ihrer Spur führen, lassen sich dadurch vollständig eliminieren. Dadurch daß ein niedriger Wert für die Folienspannung vorgegeben und eingehalten werden kann, können Antriebsmotoren mit geringeren Leistungen eingesetzt werden, wodurch sich der Energieverbrauch des Rollenspeichers verringert. Die geringere Beanspruchung der Folie ermöglicht eine Reduzierung der Foliendicke, sodass bei gleichem Bauraum für den Rollenspeicher dieser eine höhere Speicherkapazität hat.By controlling the film tension or film tensile force to a predetermined low value, for example 10 Newton, a longer life of the film can be guaranteed. Frequently observed stretching operations, which occur in particular at the edges of the plastic films and lead to cracks on the film edges or because of the uneven elongation of the film to allow the film to run out of its track, can thereby be completely eliminated. The fact that a low value for the film tension can be specified and maintained, drive motors can be used with lower power, thereby reducing energy consumption of the reel memory is reduced. The lower stress of the film allows a reduction of the film thickness, so that with the same space for the role memory this has a higher storage capacity.
Alternativ kann der Ist-Wert der Folienspannung auch durch eine direkte Messung der Folienspannung, beispielsweise durch die Verwendung von Dehnungsmessstreifen, erfasst werden.Alternatively, the actual value of the film tension can also be detected by a direct measurement of the film tension, for example by the use of strain gauges.
Rollenspeicher werden, wie oben erläutert wurde, in der Regel in übergeordneten Geräten, beispielsweise Geldverarbeitungseinrichtungen eingesetzt, wie z.B. in automatischen Kassentresoren oder in Geldrecyclingsystemen. Das bedeutet, daß der Rollenspeicher Banknoten mit einer der Verarbeitungsgeschwindigkeit der Banknoten in dem übergeordneten Gerät entsprechenden Geschwindigkeit einspeichern und ausgeben können muß. Hierzu ist es zweckmäßig, wenn die Umfangsgeschwindigkeit der Wickeltrommel auf einen vorgegebenen Soll-Wert geregelt werden kann. Durch die Regelung der Umfangsgeschwindigkeit kann die Einspeicher- und Ausgabegeschwindigkeit des Rollenspeichers flexibel an Änderungen in dem übergeordneten System angepaßt werden. Außerdem können durch eine derartige Regelung die Abstände zwischen den einzuspeichernden Blättern oder Banknoten auf ein Minimum reduziert werden. Dies führt wiederum zu einer höheren Speicherkapazität des Rollenspeichers.Role repositories, as discussed above, are typically used in higher-level devices such as cash processing devices, such as cash registers. in automatic cash vaults or in money-recycling systems. This means that the reel store must be able to store and output banknotes at a speed corresponding to the processing speed of the banknotes in the superordinate device. For this purpose, it is expedient if the peripheral speed of the winding drum can be regulated to a predetermined desired value. By controlling the peripheral speed, the storage and output speed of the reel memory can be flexibly adapted to changes in the parent system. In addition, such a rule, the distances between the sheets or banknotes to be stored are reduced to a minimum. This in turn leads to a higher storage capacity of the reel memory.
Bei der gleichzeitigen Regelung der Umfangsgeschwindigkeit der Wickeltrommel und der Folienspannung durch die Ansteuerung der Motoren für die Folientrommel und die Wickeltrommel erhält man ein System mit einer Mehrgrößenregelung. Die Drehmomente beider Motoren wirken sowohl auf die Wickeltrommelgeschwindigkeit als auch auf die Folienspannung oder Zugkraft der Folie, indem einerseits eine vorgegebene Wickelgeschwindigkeit erreicht werden soll, andererseits durch eine entsprechende Ansteuerung beider Motoren die Folie abgebende Trommel jeweils gegenüber der Folie aufnehmenden Trommel leicht abgebremst wird, um die Folie zwischen den Trommeln zu spannen. Das bedeutet, daß das Moment des Motors der Folientrommel über die eigentlich zu beeinflussende Folienspannung auch auf die Umfangsgeschwindigkeit der Wickeltrommel wirkt. Umgekehrt soll zwar durch das Drehmoment des Motors der Wickeltrommel primär nur die Umfangsgeschwindigkeit der letzteren geregelt werden, jedoch entsteht auch hier eine Rückwirkung auf die Folienspannung. Um eine solche Mehrgrößenregelung praktisch handhaben zu können, werden die physikalisch gekoppelten Regelkreise für die Folienspannung und die Umfangsgeschwindigkeit der Wickeltrommel durch ein mathematisches Filternetzwerk rechnerisch entkoppelt, wonach auf der Basis der ermittelten Ist-Werte für die Folienspannung und die Umfangsgeschwindigkeit der Wickeltrommel, der Drehzahl der Folientrommel und der vorgegebenen Systemparameter die Ansteuersignale für den ersten und den zweiten Motor berechnet werden können.In the simultaneous control of the peripheral speed of the winding drum and the film tension by controlling the motors for the film drum and the winding drum to obtain a system with a multi-variable control. The Torques of both motors act both on the winding drum speed and on the film tension or tensile force of the film, on the one hand a predetermined winding speed to be achieved, on the other hand by a corresponding control of both motors, the film releasing drum is slightly braked against the film receiving drum to the Tensioning film between the drums. This means that the moment of the motor of the film drum on the actually influencing film tension also acts on the peripheral speed of the winding drum. Conversely, although only the circumferential speed of the latter is to be controlled by the torque of the motor of the winding drum, but here, too, a reaction to the film tension. In order to be able to handle such a multi-variable control practically, the physically coupled control loops for the film tension and the peripheral speed of the winding drum are computationally decoupled by a mathematical filter network, which on the basis of the determined actual values for the film tension and the peripheral speed of the winding drum, the speed of the Film drum and the predetermined system parameters, the drive signals for the first and the second motor can be calculated.
Die Erfindung betrifft ferner einen Rollenspeicher zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens gemäß den Ansprüchen 5 bis 7.The invention further relates to a roller storage for carrying out the method described above according to claims 5 to 7.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigen:
- Figuren 1-3
- jeweils eine schematische Darstellung eines Rollenspeichers zur Erläuterung der Arbeitsweise desselben,
- Figur 4
- eine schematische Darstellung der wesentlichen Elemente des erfindungsgemäßen Rollenspeichers und ihre Verbindung mit einer Steuereinrichtung,
- Figur 5
- ein vereinfachtes physikalisches Blockschaltbild der Regelstrecke des in Figur 4 dargestellten Rollenspeichers ohne die Motoren,
- Figur 6
- ein mathematisches Blockschaltbild des Rollenspeichers und
- Figur 7
- ein mathematisches Blockschaltbild des Rollenspeichers mit Entkopplungsfilter.
- Figures 1-3
- each a schematic representation of a roller storage to explain the operation of the same,
- FIG. 4
- a schematic representation of the essential elements of the roller storage according to the invention and their connection to a control device,
- FIG. 5
- a simplified physical block diagram of the controlled system of the role memory shown in Figure 4 without the motors,
- FIG. 6
- a mathematical block diagram of the role storage and
- FIG. 7
- a mathematical block diagram of the role repository with decoupling filter.
Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Rollenspeicher umfaßt ein Gehäuse 10, in dem eine allgemein mit 12 bezeichnete Folientrommel und eine mit 14 bezeichnete Wickeltrommel um zueinander parallele Achsen 16 bzw. 18 drehbar gelagert sind. Die Folientrommel 12 hat einen Trommelkern 20, auf den eine bandförmige, aus Kunststoff bestehende Folie 22 zu einem Wickel 24 aufwickelbar ist, wobei in der Fig. 1 der minimale und der maximale Durchmesser des Folienwickels 24 angedeutet sind. Die Folie 22 verläuft von der Folientrommel 12 über stationäre Umlenkrollen 26 und eine bewegliche Umlenkrolle 28 zu der Wickeltrommel 14, wo sie auf einen Trommelkern 30 der Wickeltrommel 14 aufläuft und einen Speicherwickel 32 bildet. Die bewegliche Umlenkrolle 28 wird dabei durch nicht dargestellte Mittel jeweils am Umfang der Wickeltrommel 14 gehalten. Die Stellungen der beweglichen Umlenkrolle 28 bei minimalem Radius und maximalem Radius der Wickeltrommel 14 sind in Fig. 1 ebenfalls angedeutet.The roller store shown schematically in Fig. 1 comprises a
Zum Einführen von blattförmigen Gegenständen, beispielsweise Banknoten 34 in den Spalt zwischen der Umfangsfläche der Wickeltrommel 14 und der beweglichen Umlenkrolle 28, und somit zwischen zwei Wickellagen der auf die Wickeltrommel 14 auflaufenden Folie 22 dient eine Transportkulisse 36, die ebenso wie die bewegliche Umlenkrolle 28 verstellbar ist.For introducing sheet-like objects, such as
Werden die Folientrommel 12 und die Wickeltrommel 14 im Gegenuhrzeigersinn gemäß Fig. 2 gedreht, so daß die Folie 22 in der durch die Pfeile in Fig. 2 angegebenen Richtung auf die Wickeltrommel 14 aufläuft, werden Banknoten 34 in den Wickel 32 eingewickelt, d.h. in den Rollenspeicher eingespeichert. Werden dagegen die Trommel 12 und 14 in der in der Fig. 3 dargestellten Weise im Uhrzeigersinn angetrieben, läuft die Folie 22 von der Wickeltrommel 14 auf die Folientrommel 12 auf, wobei die Banknoten 34 aus dem Spalt zwischen der Oberfläche der Wickeltrommel 14 und der beweglichen Umlenkrolle 28 herausgegeben, d.h. ausgespeichert werden. Die soweit beschriebene Funktionsweise eines Rollenspeichers ist an sich bekannt.When the
Fig. 4 zeigt die wesentlichen Elemente des Rollenspeichers und ihre Verknüpfung mit einer Steuer- und Regelvorrichtung. Dabei sind die mit der Darstellung in den Figuren 1 bis 3 übereinstimmenden Elemente auch mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Fig. 4 shows the essential elements of the reel memory and their connection to a control and regulating device. The elements corresponding to the representation in FIGS. 1 to 3 are also provided with the same reference numerals.
Der Trommelkern 20 der Folientrommel 12 ist mit einer Welle 38 verbunden, die ein Riemenzahnrad 40 trägt. Dieses ist über einen Zahnriemen 42 mit dem Antriebsritzel 44 eines Elektromotors 46 gekoppelt.The
In gleicher Weise ist der Trommelkern 30 der Wickeltrommel 14 mit einer Welle 48 verbunden, die ein Riemenzahnrad 50 trägt. Dieses ist über einen Zahnriemen 52 mit dem Antriebsritzel 54 eines zweiten Elektromotors 56 verbunden.Similarly, the
Jeder der Elektromotoren 46 und 56 ist mit einem Encoder 58 bzw. 60, z.B. einem Inkrementalencoder gekoppelt, dessen Ausgangssignal jeweils einer Steuereinrichtung 62 zugeführt wird. Ein weiteres Eingangssignal erhält die Steuereinrichtung 62 von einem Dehnungsmeßstreifen 64, der zur Messung des Ist-Wertes der Folienspannung dient, wobei die aktuelle Folienspannung auch auf anderem Wege ermittelt werden kann, wie dies oben erläutert wurde.Each of the
Auf der Basis der von den Encodern 58 und 60 ermittelten Drehzahlinformation und des Ist-Wertes der Folienspannung, der vorgegebenen Soll-Werte für die Folienspannung und die Umfangsgeschwindigkeit der Wickeltrommel 14 sowie der vorgegebenen Systemparameter ermittelt die Steuereinrichtung 62 dann Ansteuersignale für die Motoren 46 und 56, um diese so anzutreiben, daß die vorgegebenen Soll-Werte für die Folienspannung und die Umfangsgeschwindigkeit der Wickeltrommel 14 eingehalten werden.On the basis of the speed information determined by the
Das Blockschaltbild gemäß Fig. 5 zeigt die Kopplung zwischen den Stellgrößen und den Regelgrößen des Systems. Dabei bezeichnen die Formelzeichen in Fig. 5 folgende Größen:
- MG, MF
- = Momente der
56, 46Motoren - vg, vf
- = Umfangsgeschwindigkeiten der Trommeln 14, 12
- F
- = Folienspannung
- d, c
- = Dämpfung und Federkonstante der Folie
- JG, JF
- = Trägheitsmomente der Trommeln 14, 12
- rG, rF
- = aktuelle Radien der Trommeln 14, 12
- M G , M F
- = Moments of
56, 46motors - v g , v f
- = Peripheral speeds of the
drums 14, 12th - F
- = Foil tension
- d, c
- = Damping and spring constant of the film
- J G , J F
- = Moment of inertia of the
14, 12drums - r G , r F
- = current radii of the
14, 12drums
Die Regelgrößen sind die Folienspannung F und die Umfangsgeschwindigkeit vg der Wickeltrommel 14. Die Stellgrößen sind die Motordrehmomente MF und MG. Das Drehmoment MF des Folientrommelmotors 12 wirkt über die eigentlich zu beeinflussende Folienspannung F auch auf die Geschwindigkeit vG der Wickeltrommel. Durch das Drehmoment MG des Wickeltrommelmotors 56 soll primär nur die Umfangsgeschwindigkeit vG der Wickeltrommel 14 geregelt werden. Aber auch hier entsteht eine Rückwirkung auf die Folienspannung, da diese ja durch eine Differenz der Umfangsgeschwindigkeiten der Folientrommel 12 und der Wickeltrommel 14 erzeugt werden soll.The controlled variables are the film tension F and the peripheral speed v g of the winding
Die Kopplung zwischen den Stell- und Regelgrößen wird durch das mathematische Blockschaltbild gemäß Fig. 6 wiedergegeben. Dabei bezeichnet Gi (s) die Übertragungsfunktionen, die das dynamische Verhalten des Systems beschreiben. Die Pfeile zeigen die Kopplungswege zwischen den Stellgrößen MF, MG und den Regelgrößen F, vg auf.The coupling between the manipulated and controlled variables is represented by the mathematical block diagram of FIG. Where G i (s) denotes the transfer functions that describe the dynamic behavior of the system. The arrows show the coupling paths between the manipulated variables M F , M G and the controlled variables F, v g .
Um eine solche Mehrgrößenregelung praktisch handhaben und die erforderlichen Regler bestimmen zu können, muß die Kopplung zwischen MG und F bzw. MF und vg eliminiert werden. Dies kann auf mathematischem Wege durch ein Filternetzwerk gemäß Fig. 7 erfolgen. Dieses Filternetzwerk umfaßt Übertragungsfunktionen Vi(s), die so zu bestimmen sind, daß das folgende Gleichungssystem erfüllt ist:
Sind die vorstehenden Gleichungen erfüllt, werden die unerwünschten Kopplungspfade im System durch das vorgeschaltete Filternetzwerk eliminiert, so daß nur noch das Motordrehmoment MG mit der Umfangsgeschwindigkeit vg und das Motordrehmoment MF mit der Folienspannung F gekoppelt sind. Dadurch sind zwei Regelkreise entstanden, die unabhängig voneinander ausgelegt werden können.If the above equations are met, the unwanted coupling paths are eliminated in the system by the upstream filter network, so that only the engine torque M G with the peripheral speed and v g coupled the engine torque M F with the film tension F. As a result, two control loops have arisen, which can be designed independently of each other.
Beim Entwurf der Regelung ist neben der zuvor beschriebenen Kopplung der Systemgrößen zu beachten, daß sich durch das Auf- und Abwickeln der Folie auch die Radien der Trommeln und damit verbunden die Trägheitsmomente derselben ändern. Die sich zeitlich ändernden Radien und Trägheitsmomente ergeben ein nicht-lineares Systemverhalten. Die Änderung der Radien kann näherungsweise durch eine archimedische Spirale beschrieben werden:
- rFolientrommel r film drum
- = aktueller Radius der Trommel mit Folie= current radius of the drum with foil
- rTrommelkern r drum core
- = Radius der Trommel ohne Folie, d.h. Radius des Trommelkerns= Radius of the drum without foil, i. Radius of the drum core
- aa
- = Dicke der Folie= Thickness of the film
- ϕ0 φ 0
- = Startwinkel der Trommel= Starting angle of the drum
- ϕφ
- = aktuelle Winkellage der Trommel= current angular position of the drum
Die Winkellage ϕ der Trommeln kann durch Messung und Integration der Winkelgeschwindigkeit der Motoren 46 und 56 ermittelt werden.The angular position φ of the drums can be determined by measuring and integrating the angular velocity of the
Mit Hilfe der zuvor ermittelten Radien und der Materialkennwerte der Folie 22 wird das Trägheitsmoment der Folie bestimmt:
- bFolie b foil
- = Breite der Folie= Width of the film
- ρFolie ρ film
- = Dichte der Folie= Density of the film
Der jeweilige Folienwickel 24, 32 wird dabei als Hohlzylinder betrachtet, der auf dem jeweiligen Trommelkern 20 bzw. 30 steckt. Die Trägheitsmomente der Trommelkerne 20, 30 sind Konstanten und werden aus den Konstruktionsdaten ermittelt.The respective film winding 24, 32 is considered as a hollow cylinder, which is inserted on the
Um den Einfluß der zu speichernden Banknoten auf den Radius und das Trägheitsmoment der Wickeltrommel 14 zu berücksichtigen, wurde ein einfaches Modell entwickelt, das die Banknoten als eine "Papierlage" zwischen den Folienlagen beschreibt. Bei der Papierlage wird eine Dichte berechnet, die die durch die Regelung eingestellten Abstände zwischen den Banknoten berücksichtigt.In order to take into account the influence of the banknotes to be stored on the radius and the moment of inertia of the winding
Da die Änderungsgeschwindigkeit der Radien und damit der Trägheitsmomente bei einer geforderten maximalen Wickeltrommelgeschwindigkeit vg von 1,2m/s relativ gering ist, kann die zeitliche Änderung der Streckenparameter durch einfache lineare Übertragungsfunktionen mit sich ändernden Koeffizienten kompensiert werden.Since the rate of change of the radii and thus the moments of inertia at a required maximum winding drum speed v g of 1.2m / s is relatively small, the temporal change of the line parameters can be compensated by simple linear transfer functions with changing coefficients.
Für die Regelung der Folienspannung und der Umfangsgeschwindigkeit vg der Wickeltrommel 14 können aus der Literatur bekannte Regelungskonzepte, wie z.B. Kaskadenregelungen oder auch Zustandsregelungen mit Beobachter verwendet werden. Unabhängig von der jeweiligen Drehrichtung stellt dann der Motor 56 an der Wickeltrommel 14 nur die gewünschte Wickelgeschwindigkeit vg ein. Der Folientrommelmotor 56 hingegen ist ausschließlich für die Einhaltung der gewünschten Folienspannung F verantwortlich.For the control of the film tension and the peripheral speed v g of the winding
Anstelle eines Inkrementalencoders 58 am Folientrommelmotor 46 kann auch ein einfacher Impulsgeber oder -zähler verwendet werden, der bei jeder vollen Umdrehung der Folientrommel 12 inkrementiert oder dekrementiert wird, da sich das Trägheitsmoment der Folientrommel 12 bei jeder Umdrehung nur relativ wenig ändert und da für die Regelung des Gesamtsystems die Bestimmung der Folientrommelgeschwindigkeit nicht unbedingt notwendig ist.Instead of an
Zur Messung der Folienspannung dient im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Dehnungsmeßstreifen 64. Der Ist-Wert der Folienspannung kann aber auch durch die Messung des Stroms im Motor 46 und durch Berechnung des Radius und des Trägheitsmomentes der Folientrommel 12 indirekt bestimmt werden.To measure the film tension is used in the illustrated embodiment, a
Claims (7)
- Method for controlling a storage roller for storing sheet-type objects, in particular banknotes (34), between the wound layers of a belt-type film (22), which is spooled to and fro between a film drum (12), which is driven by a first motor (46) and comprises a film reservoir roll (24), and a winding drum (14), which is driven by a second motor (56) and stores the sheet-type objects (34), and the film tension (F) of the film (22) is controlled to a predefined set value, characterized in that the actual value of the film tension (F) of the film (22) is calculated from the determined power consumption of the first motor (46) and the current radius and moment of inertia of the film drum (12).
- Method according to Claim 1, characterized in that the rotational speed of the second motor (56) is measured by means of an encoder (60) and, from this, the actual value of the circumferential speed (vg) of the winding drum (14) and its angular position is calculated.
- Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the rotational speed of the film drum (12) is measured.
- Method according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the physically coupled control loops for the film tension (F) and for the circumferential speed (vg) of the winding drum (14) are decoupled by means of a mathematical filter network, and in that the drive signals for the first and the second motor (46, 56) are calculated on the basis of the determined actual values for the film tension (F) and the circumferential speed (vg) of the winding drum (14), the rotational speed of the film drum (12) and the predefined system parameters.
- Storage roller for storing sheet-type objects, in particular banknotes (34), comprising a film drum (12) that can be driven by a first motor (46), with a reservoir roll (24) of a belt-type film (22), a winding drum (14) that can be driven by a second motor (56), it being possible for the film (22) to be spooled to and fro between the film drum (12) and the winding drum (14), means (36) for supplying sheet-type objects (34) between the wound layers of the film (22) as the same is wound up onto the winding drum (14) and for dispensing the sheet-type objects (34) as the film (22) is unwound from the winding drum (14), and a control device (62) for driving the first and second motor (46, 56), the control device (62) being designed to control the film tension (F) of the film (22) between the two drums (12, 14) to a predefined set value, characterized by means for registering the power consumption of the first motor (46) and means (62) for calculating the actual value of the film tension (F) from the registered data and the current radius and moment of inertia of the film drum (12).
- Storage roller according to Claim 5, characterized in that an encoder (58) is assigned to the first motor (46) and an encoder (60) is assigned to the second motor (56).
- Storage roller according to Claim 5 or 6, characterized in that the control device (62) contains a program-controlled computer which is programmed in such a way that it calculates the function values of the resulting transfer functions, which correspond to the two control loops decoupled by a mathematical filter network, from the determined current and the predefined data and from this determines the drive signals for the first and the second motor (46, 56).
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