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Verfahren zur Kompensation des durch Totzeiten auftretenden Wegfehlers
bei weggenau arbeitenden Antrieben, insbesondere von Scheren Die Steuerung von Be-
und Verarbeitungs- bzw. Transport- und Sortieranlagen für durchlaufendes Produktionsgut
kann im allgemeinen über Zeit- oder Wegmeßglieder erfolgen. Die in der Steuerung
stets vorhandenen Totzeiten bzw. die aus Verzugszeit bei der Regelung theoretisch
abzuleitende Totzeit ergeben von der jeweiligen Produktionsgeschwindigkeit abhängige
Fehler. Die erfahrungsgemäß als konstant anzunehmende Summe dieser Totzeiten muß
bei Geschwindigkeitsänderung des Produktionsgutes zur Vermeidung von Fehlern berücksichtigt
werden. Bei automatischen Einrichtungen ist weder die Vernachlässigung der Totzeiten
noch die Handverstellung von Zeit- oder Wegmeßgliedern tragbar.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Summe der als konstant
angenommenen Totzf-iten so in den Steuer- und Regelablauf einzuführen, daß der eigentliche
automatische Ablauf hiervon unabhängig wird. Erfindungsgemäß wird die für eine betreffende
Anlage festgestellte Totzeit durch ein einmal eingestelltes Zeitglied wiedergegeben,
wobei unmittelbar vor jedem automatischen Steuer- und Regelablauf während der eingestellten
Zeit eine Wegmeßeinrichtung in Tätigkeit gesetzt wird. Da diese mit der jeweiligen
Produktionsgeschwindigkeit läuft, speichert sie während des Zeitablaufes entsprechend
der Totzeiten einen von der jeweiligen Produktionsgeschwindigkeit abhängigen Materialweg
auf. Um diesen vorher eingespeicherten Totzeitweg hat dazu die Wegmeßeinrichtung
(z. B. Digitalzählgerät) bei Beginn des Steuer- und Regelablaufes einen der Totzeit
entsprechenden Wegvorlauf. Um diesen -in der Meßeinrichtung gespeicherten Weg wird
die Kommandogabe vorverlegt.
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Mit dem nunmehr auftretenden Wegverlust während der nachfolgenden
Totzeit wird der Weggleichlauf zwischen Produktionsgut und Anlage wieder hergestellt.
Geschwindigkeitsänderungen nach erfolgter Speicherung und des darauffolgenden tatsächlichen
Totzeitablaufes können erfahrungsgemäß vernachlässigt werden.
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Zur weiteren Erläuterung des Erfindungsgedankens dient als Ausführungsbeispiel
die nachstehend unter Hinzuziehung der Figuren beschriebene Scherensteuerung. An
sich ist bereits für Scherenantriebe mit bestimmter konstanter Beschleunigung die
Berücksichtigung der Totzeit bekannt. Die vorliegende Erfindung ermöglicht jedoch
auch die Berücksichtigung für Scherenantriebe, bei denen in an sich bekannter Weise
die Beschleunigung vom Quadrat der Schnittgutgeschwindigkeit abhängig ist (vgl.
deutsche Auslegeschrift 1032 372).
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Das Hochlaufkommando für eine in Fig. 1 prinzipmäßig dargestellte
Schere 1 erfolgt durch einen lichtelektrischen Schalter 2, der sich in einem bestimmten
Abstand vor der Schere 1 befindet. Das Hochlaufkommando soll nicht mehr zeitverzögert
werden, der Hochlauf erfolgt also sofort. Die Geschwindigkeit der Schermesser 3
und 4 soll im Schnittaugenblick die Walzgeschwindigkeit erreicht haben.
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Der Hochlaufweg der Schere von der Nullstellung bis zum Schnitt ist
konstant und mit ss,h bezeichnet.
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Die Beschleunigung der Schere muß in Abhängigkeit vom Quadrat der
Schnittgutgeschwindigkeit v verändert werden.
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Man könnte also in an sich bekannter Weise die Schere direkt ohne
Zwischenschaltung von Zeit- oder Zählgliedern vom Schalter 2 aus starten. Dabei
blieben aber unberücksichtigt 1. die Schopflänge, die von der Steuerbühne aus leicht
eingestellt werden muß, 2. der Vorlauf, die Schermesser 3 und 4 sollen im Schnittaugenblick
eine Geschwindigkeit haben, die etwa 100/, über der Schnittgutgeschwindigkeit
liegt, 3. die Totzeit, die als konstante Zeit zu betrachten ist, bringt bei den
verschiedenen Schnittgutgeschwindigkeiten verschiedene Längenfehler. Damit ist die
Schnittlänge nicht mehr unabhängig von der Schnittgutgeschwindigkeit.
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Durch die Benutzung eines digitalen Zählgerätes mit einfacher Vorwahl
(das Zählgerät wird auch zur Berücksichtigung der Punkte 2 und 3 benötigt) läßt
sich die Schopflänge leicht einstellen. Dies soll an Hand der Fig.2 näher erläutert
werden.
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Angenommen, das Schnittgut steuert den lichtelektrischen Schalter
2 aus, und es erfolgt ohne jegliche
Verzögerung der Hochlauf, wenn
die Schnittgutspitze am Punkt A ist, so befindet sich die Spitze des Schnittgutes
beim Schnitt am Punkt A'. Es erfolgt also gerade noch kein Schnitt. Läßt man den
Schalter 2 nicht direkt auf ein Kommandorelais wirken, sondern schaltet ein Zählwerk
mit Vorwahl dazwischen, so erfolgt der Hochlauf erst, wenn die am Zählwerk vorgewählte
Zahl erreicht ist. Die vorgewählte Zahl ist proportional der Schopflänge. Das Hochlaufkommando
erfolgt am PunktB, der Schnitt in B'. Die Strecke
bzw. stellt das Schopfende dar.
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Für das Schopfende ist also eine Zahl »+Zschopt« einzustellen, die
dem Schopfende entspricht.
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Da die Totzeit tt, die im Steuer- und Regelkreis liegt, als konstante
Zeit anzusehen ist, ergeben sich dadurch bei den verschiedenen Schnittgutgeschwindigkeiten
verschiedene Längenfehler. Nimmt man beispielsweise eine Totzeit von 30 ms an, so
ergibt sich zwischen den Schnittgutgeschwindigkeiten v1 = 12 m/s und v2 = 4 m/s
ein Längenfehler von As= 12 - 0,03 - 4 - 0,03 = 0,36 - 0,12 = 0,24 m.
Diese Toleranz ist jedoch in vielen Fällen nicht tragbar. Wären keine Totzeiten
vorhanden, so müßte gemäß Fig. 2 in A der Hochlauf beginnen, also um den
Weg 2 ssch vor der Scherenmitte. Dabei erfolgt der Schnitt in A' (Schopfende
unberücksichtigt).
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Bei Berücksichtigung der Totzeit würde das bedeuten, daß das Schopfende
bei maximaler Schnittgutgeschwindigkeit um As""", = vraax - tt zu
lang würde (Start in B,
Schnitt in B'). Nun kann man einfach den Schalter
2 um As.", weiter von der Schere wegrücken. Damit würde sich für die maximale Schnittgutgeschwindigkeit
kein Fehler mehr ergeben, für alle niedrigeren Geschwindigkeiten jedoch würde das
Schopfende zu klein werden, bzw. es würde ein Schnitt vor dem Schnittgut, d. h.
ins Leere, erfolgen.
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Daraus ergibt sich, daß der Hochlaufbeginn der Schere immer dann erfolgen
muß, wenn das Schnittgut den Punkt A erreicht hat. Dies läßt sich durch die in Fig.
3 prinzipmäßig dargestellte Anordnung erreichen, der das etwas ausführlichere Schaltbild
in Fig.4 entspricht.
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Zur Erläuterung der Fig. 4 sei noch bemerkt, daß dort die Schermesser
über den konstanterregten Gleichstrommotor 26 angetrieben werden. Letzterer wird
beispielsweise über eine Stromrichteranlage 27 aus einem Drehstromnetz gespeist.
Zur Steuerung und Regelung des Motors 26 dient die auf den Stromrichter 27 einwirkende
Einrichtung 28, die über das mit einer Vorwahlmöglichkeit versehene Zählgerät 23
freigegeben wird. Für die Regelung wird der Drehzahl-Istwert einer mit dem Motor
26 gekuppelten Tachometermaschine 33 entnommen. Der Drehzahl-Sollwert wird aus der
der Walzgutgeschwindigkeit proportionalen Drehzahl der Walzen 29 eines Walzgerüstes,
die von einem Gleichstrommotor 30 angetrieben werden, abgeleitet. An letzterem ist
die Tachometermaschine 31 sowie gegebenenfalls auch direkt an den Walzen 29 der
Impulsgeber 25 gekuppelt. Die Ankerspannung der Tachometermaschine 31 bestimmt einmal
über ein Quadrierglied 32 die Beschleunigung b der Schere 1 und zum anderen als
Führungsgröße oder Sollwert die Maximal- bzw. Durchlaufgeschwindigkeit der Schermesser
3 und 4, wenn der Beschleunigungsvorgang beendet ist. Der Sollwert kann beispielsweise
von den Belegen eines Kondensators abgenommen werden, der mit einem vom Quadrierglied
32 abhängigen eingeprägten Strom aufgeladen wird, solange die Spannung von 31 und
die Kondensatorspannung nicht übereinstimmen (vgl. österreichisches Patent 199 272).
Kommt nun das Schnittgut, in diesem Falle Walzgut, an den Punkt D, so wird der auf
die Eigenstrahlung des Walzgutes ansprechende lichtelektrische Schalter 21 ausgesteuert;
hierdurch wird ein Impulszähler 23 für die Dauer der Totzeit an den Impulsgeber
25 geschaltet. Die Totzeit selbst ist durch ein Zeitrelais (Kontakt 24) dargestellt.
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Kommt das Walzgut an den Punkt C, so hat der Impulszähler 23 schon
so viele Impulse gespeichert, die dem Walzgutweg während der Totzeit entsprechen.
In C wird durch den lichtelektrischen Schalter 22 der Impulszähler 23 wieder an
den Geber 25 geschaltet, so daß bei Erreichen einer vorgewählten Zahl (diese entspricht
As.",) das Hochlaufkommando gegeben wird (zwischen C und A) und schließlich
nach Ablauf der Totzeit der Beginn des Hochlaufs der Schere 1 im Punkt A erfolgt.
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Zur weiteren Verdeutlichung dienen die nachfolgenden beiden Zahlenbeispiele
a) und b).
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a) vmax = 12 m/s; tt = 30 ms 1 mm ^-- 1 Impuls Asmax
= 12 - 0,03 = 0,36 m ^-- 360 Impulse.
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Der Impulszähler wird auf 360 Impulse vorgewählt. In D beginnt die
Zählung während 30 ms, es werden also 360 Impulse gespeichert.
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In C wird sofort Hochlaufkommando gegeben, da die vorgewählte Zahl
von 360 vorher schon erreicht war (Kommando erfolgt beim 361. Impuls).
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Nach der Totzeit von 30 ms erfolgt der Hochlauf. Die Walzgutspitze
befindet sich dann im Punkt A
b) v = 4 m/s; tt = 30 ms; 1 mm ^-- 1 Impuls As."" (wie oben) = 360 Impulse.
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Der Impulszähler wird auf 360 Impulse voreingestellt. In D beginnt
die Zählung für 30 ms, es werden 120 Impulse gespeichert.
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In C wird weitergezählt, bis 360 Impulse erreicht sind. Darauf erfolgt
das Hochlaufkommando in C
(360-[360-120] = 120 Impulse ^-- 12 cm vor A). Nach
der Totzeit von 30 ms erfolgt der Hochlauf in A, da das Walzgut während der Totzeit
von C nach A noch 4 - 0,03 = 0,12 m zurückgelegt hat.
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Damit ergibt sich, daß für die einzelnen Punkte folgende Zahlen maßgebend
sind: 1. + Zschopf 2. + Ztz, (Einzustellen für den Vorlauf
der Scherenmesser) 3' + Z"max Es muß demgemäß am Zählgerät
23 vorgewählt werden: Z = Zschopf + Ztv + Zea"" -
Der Anstoßschalter
22 muß sich dabei um 2 ssch + Asmax vor der Scherenmitte befinden. Die Beschleunigung
muß sein b' = (1,1 v)2. Zschopf ist also nur noch abhängig von der Konstanten K
des Gebers 25 mal mm/Impuls, insbesondere bei 1 mm/Impuls entspricht Zschopf zahlenmäßig
dem Schopfende in mm.
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Zt" ist abhängig von äsch und Zosmox von der Totzeit sowie der maximalen
Schnittgutgeschwindigkeit.
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Die funktionsmäßigen Abhängigkeiten können daher auch wie folgt geschrieben
werden: Z = Zschopf (K) + Ztv (Ssch) -i- Zesmax (tt, vmax).
Die
Summe Ztv -I- Z.ismax ist für eine Scherenanlage eine konstante Größe. Es wird also
am Zählgerät durch Z"hopf nur noch die Schopflänge eingestellt.
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Die vorstehend offenbarte Erfindung ist in ihrer Anwendung nicht auf
Scherensteuerungen beschränkt, vielmehr hat sie allgemeinere Bedeutung für Antriebe,
die weggenau arbeiten müssen.