DE10135542B4 - A method for controlling a roll storage and roll storage for storing sheet-shaped objects - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Steuerung eines Rollenspeichers zum Speichern blattförmiger Gegenstände, insbesondere Banknoten zwischen den Wickellagen einer bandförmigen Folie (22), die zwischen einer von einem ersten Elektromotor (46) angetriebenen, einen Folienvorratswickel (24) umfassenden Folientrommel (12) und einer von einem zweiten Elektromotor (56) angetriebenen, die blattförmigen Gegenstände (34) speichernden Wickeltrommel (14) hin- und hergespult wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der Folie (22) auf einen vorgegebenen Soll-Wert geregelt wird, die Umfangsgeschwindigkeit (vg) der Wickeltrommel (14) auf einen vorgegebenen Soll-Wert geregelt wird und daß die physikalisch gekoppelten Regelkreise für die Folienspannung (F) und für die Umfangsgeschwindigkeit (vg) der Wickeltrommel (14) durch ein mathematisches Filternetzwerk entkoppelt werden und daß auf der Basis der ermittelten Ist-Werte für die Folienspannung (F) und die Umfangsgeschwindigkeit (vg) der Wickeltrommel (14), die Drehzahl der Folientrommel (12) und die vorgegebenen Systemparameter die Ansteuersignale für den ersten und den zweiten Motor (46, 56) berechnet werden.A method for controlling a reel memory for storing sheet-like objects, in particular banknotes between the winding layers of a band-shaped film (22) between a of a first electric motor (46) driven, a film supply roll (24) comprising a film drum (12) and one of a second electric motor (56) driven, the winding-shaped articles (34) storing winding drum (14) is reciprocated, characterized in that the tension of the film (22) is regulated to a predetermined target value, the peripheral speed (v g ) of the winding drum (14) is controlled to a predetermined target value and that the physically coupled control loops for the film tension (F) and for the peripheral speed (v g ) of the winding drum (14) are decoupled by a mathematical filter network and that on the basis of the determined Ist Values for the film tension (F) and the peripheral speed (v g ) of the winding drum (14), the rotational speed of the film drum (12) and the predetermined system parameters, the drive signals for the first and the second motor (46, 56) are calculated.

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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. Ein solches Verfahren ist z.B. aus der DE 197 32 129 A1 bekannt.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 driven by a second motor, the sheet-shaped objects storing winding drum is spooled back and forth. Such a method is for example from the DE 197 32 129 A1 known.

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.roll storage become common used in ATMs, as they are easy to save and dispensing the same banknotes. When filling or The incoming banknotes are successively stored on the winding drum wrapped between the winding layers. The speed of the winding drum may be dependent, for example of the counted Banknotes adapted become. When you save or spend the banknotes they are according to the principle "load in, first out again unwound from the winding drum, the film thereby on the Film drum runs up.

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.In order to the back and Herspulen the film does not cause the film from an existing lateral guidance runs out, must the Foil held continuously under tension to form a loop to avoid.

Eine möglichst gleichmäßige Zugspannung in der Folie läßt sich beispielsweise 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 Temperaturänderun gen 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 preferably uniform tension in the film can be for example, by acting in both directions friction brake to reach. But friction brakes have the disadvantage that they are high changes in frictional torque, especially after prolonged periods of operation or also by Temperaturänderun conditions for a longer time Have operation. To compensate for this, i. always a safe one To ensure operating status have to comparatively high friction moments are set, which in turn to a corresponding wear on the entire mechanics to lead, so that one frequent maintenance and adjustment of the friction torque is required. In addition, occurs a correspondingly high energy loss.

Aus der DE 198 58 350 A1 ist ein Verfahren der vorstehend genannten Art bekannt, bei dem mittels einer Rutschkupplung ein konstantes Drehmoment an der Wickeltrommel erzeugt und damit die Umfangsgeschwindigkeit der Wickeltrommel konstant gehalten wird. Die Geschwindigkeit wird mittels eines Tachogenerators ermittelt und als Regelgröße auf eine Andruckfeder in der Rutschkupplung zurückgeführt.From the DE 198 58 350 A1 a method of the aforementioned type is known in which by means of a slip clutch generates a constant torque on the winding drum and thus the peripheral speed of the winding drum is kept constant. The speed is determined by means of a tachogenerator and returned as a controlled variable to a pressure spring in the slip clutch.

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.Of the Invention is based on the object, a method of the initially specify the type mentioned, in which, while avoiding the above mentioned disadvantages reliably prevents looping of the film and ensures energy-saving operation of the reel storage can be.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.These The object is achieved by the Characteristics specified in the characterizing part of claim 1.

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 Fo liendicke, so daß bei gleichem Bauraum für den Rollenspeicher dieser eine höhere Speicherkapazität hat.By the regulation of the film tension or film tensile force to a predetermined low value, for example 10 Newton, can have a longer life the film can be guaranteed. Often observed stretching operations, especially at the edges the plastic films occur and to cracks on the film edges or because of the uneven elongation of the Foil can lead to the expiration of the film from their track, can be eliminated completely. That a low value for the film tension can be specified and maintained, drive motors be used with lower power, thereby reducing energy consumption of the reel memory is reduced. The lower stress of the Slide allows one Reduction of Fo liendicke, so that with the same space for the roll storage this one higher memory Has.

Für die Regelung muß der Ist-Wert der Folienspannung erfaßt werden. Dies kann durch eine direkte Messung der Folienspannung, beispielsweise durch die Verwendung von Dehnungsmeßstreifen erfolgen. Der Ist-Wert der Folienspannung kann aber auch indirekt aus der ermittelten Leistungsaufnahme des ersten Motors sowie dem aktuellen Radius und Trägheitsmoment der Folientrommel berechnet werden.For the scheme must the Actual value of the film tension are detected. This can be done by a direct measurement of the film tension, for example by the Use of strain gauges respectively. The actual value of the film tension can also be indirect from the determined power consumption of the first motor and the current radius and moment of inertia the film drum are calculated.

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. roll storage as explained above, usually in parent Devices, for example, money processing devices are used, such as in automatic cash vaults or in money-recycling systems. The means that the role storage Banknotes with one of the processing speed of banknotes in the parent Device corresponding Must be able to store and output speed.

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.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, by such a scheme, the distances. be minimized between the sheets or banknotes to be stored. 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 Wikkelgeschwindigkeit 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 Wikkeltrommel 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 Systemparamenter die Ansteuersignale für den ersten und den zweiten Motor berechnet werden können.at the simultaneous control of the peripheral speed of the winding drum and the film tension by driving the motors for the film drum and the winding drum receives a system with a multi-variable control. The torques of both motors act both on the winding drum speed as well as the film tension or tensile force of the film, on the one hand a predetermined Wikkelgeschwindigkeit to be achieved, on the other hand by a corresponding control of both motors, the film releasing drum opposite each other The film-receiving drum is gently braked to the film between the drums to tension. That means the moment of the motor of the film drum the actual film tension to be influenced also on the circumferential speed the winding drum acts. Conversely, although by the torque of Motors of the winding drum primarily only the peripheral speed of the latter are regulated, however There is also a reaction here on the foil tension. To handle such a multi-size control practically to be able to become the physically coupled control loops for the foil tension and the peripheral speed of the Wikkeltrommel by a mathematical Filter network decoupled, according to which on the basis of determined actual values for the Foil tension and the peripheral speed of the winding drum, the speed of the film drum and the specified 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 6 bis 12.The The invention further relates to a roller storage for carrying out the The method according to claims 6 to 12 described above.

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:Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following Description, which in conjunction with the accompanying drawings Invention explained using an exemplary embodiment. It demonstrate:

1–3 jeweils eine schematische Darstellung eines Rollenspeichers zur Erläuterung der Arbeitsweise desselben, 1 - 3 each a schematic representation of a roller storage to explain the operation of the same,

4 eine schematische Darstellung der wesentlichen Elemente des erfindungsgemäßen Rollenspeichers und ihre Verbindung mit einer Steuereinrichtung, 4 a schematic representation of the essential elements of the roller storage according to the invention and their connection to a control device,

5 ein vereinfachtes physikalisches Blockschaltbild der Regelstrecke des in 4 dargestellten Rollenspeichers ohne die Motoren, 5 a simplified physical block diagram of the controlled system of 4 shown role storage without the motors,

6 ein mathematisches Blockschaltbild des Rollenspeichers und 6 a mathematical block diagram of the role storage and

7 ein mathematisches Blockschaltbild des Rollenspeichers mit Entkopplungsfilter. 7 a mathematical block diagram of the role repository with decoupling filter.

Der in 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 Folienvorratswickel 24 aufwickelbar ist, wobei in der 1 der minimale und der maximale Durchmesser des Folienvorratswickels 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 1 ebenfalls angedeutet.The in 1 schematically illustrated roller storage comprises a housing 10 in which a general with 12 designated film drum and a with 14 designated winding drum around mutually parallel axes 16 respectively. 18 are rotatably mounted. The film drum 12 has a drum core 20 on which a band-shaped, made of plastic film 22 to a foil supply roll 24 is wound up, being in the 1 the minimum and maximum diameters of the film supply roll 24 are indicated. The foil 22 runs from the film drum 12 over stationary pulleys 26 and a movable pulley 28 to the winding drum 14 where she is on a drum core 30 the winding drum 14 runs up and a storage roll 32 forms. The movable pulley 28 is in this case by means not shown in each case on the circumference of the winding drum 14 held. The positions of the movable pulley 28 with minimum radius and maximum radius of the winding drum 14 are in 1 also indicated.

Zum Einführen von blattförmigen Gegenständen (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 (banknotes) 34 in the gap between the peripheral surface of the winding drum 14 and the movable pulley 28 , And thus between two winding layers of the winding drum 14 accumulating foil 22 serves a transport backdrop 36 as well as the moving pulley 28 is adjustable.

Werden die Folientrommel 12 und die Wickeltrommel 14 im Gegenuhrzeigersinn gemäß 2 gedreht, so daß die Folie 22 in der durch die Pfeile in 2 angegebenen Richtung auf die Wickeltrommel 14 aufläuft, werden Banknoten 34 in den Speicherwickel 32 eingewickelt, d.h. in den Rollenspeicher eingespeichert. Werden dagegen die Trommeln 12 und 14 in der in der 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 Funtionsweise eines Rollenspeichers ist an sich bekannt.Be the film drum 12 and the winding drum 14 in the counterclockwise direction according to 2 turned so that the film 22 in the direction indicated by the arrows in 2 indicated direction on the winding drum 14 Bills are banknotes 34 in the storage roll 32 wrapped, ie stored in the roll storage. Be against the drums 12 and 14 in the in the 3 As shown in the clockwise direction, the film runs 22 from the winding drum 14 on the film drum 12 on, with the banknotes 34 from the gap between the surface of the winding drum 14 and the movable pulley 28 issued, ie be stored. The so far described Funtionsweise a role storage is known per se.

4 zeigt die wesentlichen Elemente des Rollenspeichers und ihre Verknüpfung mit einer Steuer- und Regelvorrichtung. Dabei sind die mit der Darstellung in den 1 bis 3 übereinstimmenden Elemente auch mit den gleichen Bezugszeichen versehen. 4 shows the essential elements of the reel memory and their connection to a control and regulating device. Here are the with the representation in the 1 to 3 matching elements 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 drum core 20 the film drum 12 is with a wave 38 connected to a belt gear 40 wearing. This is about a timing belt 42 with the drive pinion 44 an electric motor 46 coupled.

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.In the same way is the drum core 30 the winding drum 14 with a wave 48 connected to a belt gear 50 wearing. This is about a timing belt 52 with the drive pinion 54 a second electric motor 56 connected.

Jeder der Elektromotoren 46 und 56 ist mit einem Encoder 58 bzw. 60, z.B. einem Inkrementaldecoder 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 electric motors 46 and 56 is with an encoder 58 respectively. 60 , For example, coupled to an incremental decoder whose output signal in each case a control device 62 is supplied. Another input signal receives the control device 62 from a strain gauge 64 , which is used to measure the actual value of the film tension, wherein the current film tension can also be determined by other means, as explained above.

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 Elektromotoren 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 encoders 58 and 60 determined speed information and the actual value of the film tension, the predetermined target values for the film tension and the peripheral speed of the winding drum 14 as well as the predetermined system parameters determined by the controller 62 then control signals for the electric 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 be respected.

Das Blockschaltbild gemäß 5 zeigt die Kopplung zwischen den Stellgrößen und den Regelgrößen des Systems. Dabei bezeichnen die Formelzeichen in 5 folgende Größen:The block diagram according to 5 shows the coupling between the manipulated variables and the controlled variables of the system. The symbols in 5 following sizes:

MG, MF M G , M F
= Momente der Elektromotoren 56, 46 = Moments of the electric motors 56 . 46
vg, vf v g , v f
= Umfangsgeschwindigkeiten der Trommeln 14, 12F = Peripheral speeds of the drums 14 . 12F
FF
= Folienspannung= Foil tension
d, cd, c
= Dämpfung und Federkonstante der Folie= Damping and Spring constant of the film
JG, JF J G , J F
= Trägheitsmomente der Trommeln 14, 12 = Moment of inertia of the drums 14 . 12
rG, rF r G , r F
= aktuelle Radien der Trommeln 14, 12 = current radii of the drums 14 . 12

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 Elektromotors 46 wirkt über die eigentlich zu beinflussende Folienspannung F auch auf die Geschwindigkeit vG der Wickeltrommel. Durch das Drehmoment MG des Elektromotors 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 drum 14 , The manipulated variables are the motor torques M F and M G. The torque M F of the electric motor 46 acts on the actually influencing film tension F also on the speed v G of the winding drum. By the torque M G of the electric motor 56 Primarily, only the peripheral speed v G of the winding drum 14 be managed. But here, too, a reaction to the film tension, since this yes by a difference in the peripheral speeds of the film drum 12 and the winding drum 14 should be generated.

Die Kopplung zwischen den Stell- und Regelgrößen wird durch das mathematische Blockschaltbild gemäß 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 determined by the mathematical block diagram according to 6 played. 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 7 erfolgen. Dieses Filternetzwerk umfaßt Über tragungsfunktionen Vi(s), die so zu bestimmen sind, daß das folgende Gleichungssystem erfüllt ist: V1(s)·G3(s) = V3(s)·G4 (s) V2(s)·G1(s) = V4(s)·G2(s) In order to handle such a multi-variable control practically and to be able to determine the required regulators, the coupling between M G and F or M F and v g must be eliminated. This can be done mathematically through a filtering network according to 7 respectively. This filtering network includes transfer functions V i (s) to be determined so as to satisfy the following equation system: V 1 (S) * G 3 (s) = V 3 (S) * G 4 (s ) V 2 (S) * G 1 (s) = V 4 (S) * G 2 (S)

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:

Figure 00100001
When designing the scheme, in addition to the previously described coupling of the system sizes, it should be noted that the radii of the drums and, associated therewith, the moments of inertia of the same change as a result of the winding and unwinding of the foil. The time-varying radii and moments of inertia result in a non-linear system behavior. The change of the radii can be described approximately by an Archimedean spiral:
Figure 00100001

Erläuterung der Formelzeichen:
rFolientrommel = aktueller Radius der Trommel mit Folie
rTrommelkern = Radius der Trommel ohne Folie, d.h. Radius des Trommelkerns
a = Dicke der Folie
φ0 = Startwinkel der Trommel
φ = aktuelle Winkellage der Trommel Die Winkellage φ der Trommeln kann durch Messung und Integration der Winkelgeschwindigkeit der Motoren 46 und 56 ermittelt werden.Explanation of the formula symbols:
r Film drum = current radius of the drum with foil
Drum core = radius of the drum without foil, ie radius of the drum core
a = thickness of the film
φ 0 = starting angle of the drum
φ = current angular position of the drum The angular position φ of the drums can be determined by measuring and integrating the angular velocity of the motors 46 and 56 be determined.

Mit Hilfe der zuvor ermittelten Radien und der Materialkennwerte der Folie 22 wird das Trägheitsmoment der Folie bestimmt: JFolie = 1/2ρFoliebFolieπ(r4Folientrommel – r4Trommelkern) With the help of the previously determined radii and the material characteristics of the film 22 becomes the inertia moment of the slide determines: J foil = 1 / 2ρ foil b foil π (r 4 film drum - r 4 Drum core)

Erläuterung der Formelzeichen:
bFolie = Breite der Folie
pFolie = Dichte der FolieExplanation of the formula symbols:
b foil = width of the foil
p foil = density of the foil

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 foil wrap 24 . 32 is considered as a hollow cylinder, on the respective drum core 20 respectively. 30 plugged. The moments of inertia of the drum cores 20 . 30 are constants and are determined from the design data.

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.To the influence of banknotes to be stored on the radius and the moment of inertia of the winding drum 14 To take into account, a simple model was developed which describes the banknotes as a "paper layer" between the film layers. For the paper layer, a density is calculated which takes into account the intervals between the banknotes set by the regulation.

Da die Änderungsgeschwindigkeit der Radien und damit der Trägheitsmomente bei einer geforderten maximalen Wickel trommelgeschwindigkeit 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 1.2 m / s is relatively low, 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 controlling the film tension and the peripheral speed v g of the winding drum 14 can be used from the literature known control concepts, such as cascade controls or state controls with observers. Regardless of the respective direction of rotation is then the engine 56 on the winding drum 14 only the desired winding speed v g . The film drum motor 56 on the other hand, it is solely responsible for compliance with the desired film tension F.

Antelle 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.Antelle of an incremental encoder 58 on the film drum motor 46 It is also possible to use a simple pulse generator or counter, which turns on every full revolution of the film drum 12 is incremented or decremented, since the moment of inertia of the film drum 12 only relatively little changes in each revolution and since the determination of the film drum speed is not absolutely necessary for the control of the overall system.

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 Elektromotor 46 und durch Berechnung des Radius und des Trägheitsmomentes der Folientrommel 12 indirekt bestimmt werden.For measuring the film tension is used in the illustrated embodiment, a strain gauge 64 , But the actual value of the film tension can also by the measurement of the current in the electric motor 46 and by calculating the radius and the moment of inertia of the film drum 12 be determined indirectly.

Claims (12)

Verfahren zur Steuerung eines Rollenspeichers zum Speichern blattförmiger Gegenstände, insbesondere Banknoten zwischen den Wickellagen einer bandförmigen Folie (22), die zwischen einer von einem ersten Elektromotor (46) angetriebenen, einen Folienvorratswickel (24) umfassenden Folientrommel (12) und einer von einem zweiten Elektromotor (56) angetriebenen, die blattförmigen Gegenstände (34) speichernden Wickeltrommel (14) hin- und hergespult wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der Folie (22) auf einen vorgegebenen Soll-Wert geregelt wird, die Umfangsgeschwindigkeit (vg) der Wickeltrommel (14) auf einen vorgegebenen Soll-Wert geregelt wird und daß die physikalisch gekoppelten Regelkreise für die Folienspannung (F) und für die Umfangsgeschwindigkeit (vg) der Wickeltrommel (14) durch ein mathematisches Filternetzwerk entkoppelt werden und daß auf der Basis der ermittelten Ist-Werte für die Folienspannung (F) und die Umfangsgeschwindigkeit (vg) der Wickeltrommel (14), die Drehzahl der Folientrommel (12) und die vorgegebenen Systemparameter die Ansteuersignale für den ersten und den zweiten Motor (46, 56) berechnet werden.Method for controlling a roll store for storing sheet-shaped objects, in particular bank notes, between the winding layers of a ribbon-shaped film ( 22 ) connected between one of a first electric motor ( 46 ), a film supply roll ( 24 ) comprising a film drum ( 12 ) and one of a second electric motor ( 56 ), the leaf-shaped objects ( 34 ) storing winding drum ( 14 ) is wound to and fro, characterized in that the tension of the film ( 22 ) is controlled to a predetermined desired value, the peripheral speed (v g ) of the winding drum ( 14 ) is controlled to a predetermined desired value and that the physically coupled control loops for the film tension (F) and for the peripheral speed (v g ) of the winding drum ( 14 ) are decoupled by a mathematical filter network and that on the basis of the determined actual values for the film tension (F) and the peripheral speed (v g ) of the winding drum ( 14 ), the speed of the film drum ( 12 ) and the predetermined system parameters, the drive signals for the first and the second motor ( 46 . 56 ) be calculated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ist-Wert der Folienspannung direkt gemessen wird.Method according to claim 1, characterized in that that the Actual value of the film tension is measured directly. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ist-Wert der Folienspannung aus der ermittelten Leistungsaufnahme des ersten Elektromotors (46) sowie dem aktuellen Radius und Trägheitsmoment der Folientrommel (12) berechnet wird.Method according to Claim 1, characterized in that the actual value of the film tension is determined from the determined power consumption of the first electric motor ( 46 ) as well as the current radius and moment of inertia of the film drum ( 12 ) is calculated. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des zweiten Elektromo tors (56) mittels eines Encoders (60) gemessen und daraus der Ist-Wert der Umfangsgeschwindigkeit (vg) der Wickeltrommel (14) und deren Winkellage berechnet wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the rotational speed of the second electromobility sector ( 56 ) by means of an encoder ( 60 ) and from this the actual value of the peripheral speed (v g ) of the winding drum ( 14 ) and their angular position is calculated. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der Folientrommel (12) gemessen wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rotational speed of the film drum ( 12 ) is measured. Rollenspeicher zum Speichern blattförmiger Gegenstände, insbesondere Banknoten, umfassend eine durch einen ersten Elektromotor (46) antreibbare Folientrommel (12) mit einem Vorratswickel (24) einer bandförmigen Folie (22), eine durch einen zweiten Elektromotor (56) antreibbare Wickeltrommel (14), wobei die Folie (22) zwischen der Folientrommel (12) und der Wickeltrommel (14) hin- und herspulbar ist, Mittel (36) zum Zuführen von blattförmigen Gegenständen (34) zwischen die Wickellagen der Folie (22) beim Aufwickeln derselben auf die Wickeltrommel (14) bzw. zum Abführen der blattförmigen Gegenstände (34) beim Abwickeln der Folie (22) von der Wickeltrommel (14) und eine Steuereinrichtung (62) zum Ansteuern des ersten und zweiten Elektromotors (46, 56), dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (62) für eine Regelung der Spannung der Folie (22) zwischen den beiden Trommeln (12, 14) auf einen vorgegebenen Soll-Wert für eine Regelung der Umfangsgeschwindigkeit (vg) der Wickeltrommel (14) auf einen vorgegebenen Soll-Wert ausgebildet ist und einen programmgesteuerten Rechner enthält, der die Funktionswerte der resultierenden Übertragungsfunktionen, die den beiden durch ein mathematisches Filternetzwerk entkoppelten Regelkreisen entsprechen, aus den ermittelten aktuellen und den vorgegebenen Daten berechnet und daraus die Ansteuersignale für den ersten und den zweiten Elektromotor (46, 56) ermittelt.Roll storage for storing sheet-shaped objects, in particular bank notes, comprising a first electric motor ( 46 ) drivable film drum ( 12 ) with a supply roll ( 24 ) a ribbon-shaped film ( 22 ), one by a second electric motor ( 56 ) drivable winding drum ( 14 ), the film ( 22 ) between the film drum ( 12 ) and the winding drum ( 14 ) is reversible and windable, means ( 36 ) for feeding sheet-like objects ( 34 ) between the winding layers of the film ( 22 ) while winding the same on the winding drum ( 14 ) or for discharging the blattförmi objects ( 34 ) when unwinding the film ( 22 ) from the winding drum ( 14 ) and a control device ( 62 ) for driving the first and second electric motors ( 46 . 56 ), characterized in that the control device ( 62 ) for a regulation of the tension of the film ( 22 ) between the two drums ( 12 . 14 ) to a predetermined target value for a regulation of the peripheral speed (v g ) of the winding drum ( 14 ) is formed to a predetermined desired value and contains a program-controlled computer, which calculates the function values of the resulting transfer functions, which correspond to the two decoupled by a mathematical filter network control loops, from the determined current and the predetermined data and from there the drive signals for the first and the second electric motor ( 46 . 56 ). Rollenspeicher nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Messung des Ist-Wertes der Folienspannung (F).Roll storage according to claim 6, characterized by a device for measuring the actual value of the film tension (F). Rollenspeicher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Messung des Ist-Wertes der Folienspannung (F) ein Dehnungsmeßstreifen (64) ist.Roller storage device according to claim 7, characterized in that the device for measuring the actual value of the film tension (F) comprises a strain gage ( 64 ). Rollenspeicher nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Erfassen der Leistungsaufnahme des ersten Motors (46) und eine Einrichtung (62) zum Berechnen des Ist-Wertes der Folienspannung (F) aus den erfaßten Daten sowie dem aktuellen Radius und Trägheitsmoment der Folientrommel (12).A roller storage according to claim 6, characterized by means for detecting the power consumption of the first motor ( 46 ) and a facility ( 62 ) for calculating the actual value of the film tension (F) from the acquired data and the current radius and moment of inertia of the film drum ( 12 ). Rollenspeicher nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Elektromotor (46) ein Encoder (60) zugeordnet ist.Roll storage device according to one of claims 6 to 9, characterized in that the second electric motor ( 46 ) an encoder ( 60 ) assigned. Rollenspeicher nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Elektromotor (56) ein Encoder (58) zugeordnet ist.Roller storage device according to one of claims 6 to 10, characterized in that the first electric motor ( 56 ) an encoder ( 58 ) assigned. Rollenspeicher nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Folientrommel (12) ein Drehzahlmesser zugeordnet ist.Roll storage device according to one of claims 8 to 10, characterized in that the film drum ( 12 ) is associated with a tachometer.
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