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Überwachungseinrichtung für digitale Positionierregelungen gegen Störimpulse
Die Erfindung bezieht sich auf eine überwachungseinrichtung für digitale Positionierregelungen
unter Verwendung mindestens zweier mit unterschiedlicher Genauigkeit arbeitender
Wegermittlungen.
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Es sind digitale Regelungen, beispielsweise sogenannte Nachlaufregelungen
zur Feinpositionierung von Werkzeugmaschinen oder zur Feinanstellung von Walzen
eines Walzengerüstes, sowie Regelungen zum Verstellen von Fördermitteln, Aufzügen
und Lademaschinen von Reaktoren mit großen Anforderungen an die Genauigkeit der
Verstellung bekannt, wobei derartige beispielsweise angeführte Wegermittlungen hier
ganz allgemein als Feinpositionierungen bezeichnet werden und sich damit nicht nur
auf Werkzeugmaschinenregelungen beziehen.
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Im Gegensatz zur Feinpositionierung durch digitale Wegregelungen wird
eine Grobpositionierung mit geringeren Anforderungen an die Genauigkeit einer Verstellung
in bekannter Weise durch analoge Wegregelungen mittels Drehmelder, Potentiometer
und Endschalter erreicht, so daß die analog gebildete ungenaue Regelabweichung von
der genaueren digital ermittelten Regelabweichung überlagert auf den Regler gegeben
wird.
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Es sind nun digitale Wegregelungen bekannt, bei denen beispielsweise
der Istwert einem Impulsgeber mit nachgeschaltetem elektronischem Zählwerk entnommen
wird, wobei der Impulsgeber beispielsweise aus einer an einer Abtastvorrichtung
vorbeilaufenden maßstäblichen Rasterscheibe besteht, deren Rastermaßstab eine derartige
Unterteilung aufweist, wie sie entsprechend der digitalen Unterteilung des Weges
in Toleranzeinheiten erforderlich ist.
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Aus dem durch den ermittelten Istwert der Wegverstellung und dem in
einem Speicher vorgegebenen Sollwert der Wegverstellung wird die Wegdifferenz gebildet,
die als Regelabweichung dem Regler vorgegeben wird, wobei an einer bestimmten Stelle
des Regelkreises die digitalen Größen in analoge Größen übergeführt werden. Die
Stehgröße des Reglers wird auf einen Stellmotor gegeben, der in möglichst kurzer
Zeit den Verstellweg derart ändert, daß die Differenz zwischen Soll- und Istwert
Null wird.
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Bei derartigen bekannten Feinpositionierungen mit weitgehenden Genauigkeitsforderungen
an die Wegermittlungen können sich falsche Impulszählergebnisse der elektronischen
Zählwerke durch Zählen von Störimpulsen besonders nachteilig bemerkbar machen, die
beispielsweise dadurch zustande kommen, daß die auf einer Antriebswelle befestigte
Rasterscheibe infolge starker Belastungen Schwingungen ausführt, die konstruktiv
nicht immer beherrscht werden können und von denen auch die Rasterscheibe erfaßt
wird. Andererseits treten beispielsweise Spannungsstöße auf, die zu einer falschen
Abgabe von Impulsen führen. Demzufolge sind Fehlzählungen bei Rasterscheiben mit
sehr feiner maßstäblicher Unterteilung möglich, die zu einer ungenauen Regelabweichung
und damit zu einer fehlerhaften Stellgröße des Reglers führen. Die Folgen sind unter
Umständen schwer zu behebende Betriebsstörungen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabenstellung zugrunde, eine Überwachungseinrichtung
anzugeben, die ein falsches Zählergebnis der Impulszählwerke anzeigen und beim Überschreiten
einer maximal zulässigen Fehlimpulszahl die Einrichtungen zur Positionierung stillsetzen,
so daß Betriebsstörungen durch falsche Positionierungen sicher vermieden werden.
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Dies wird mit Hilfe der überwachungseinrichtung für digitale Positioniereinrichtungen
unter Verwendung mindestens zweier mit unterschiedlicher Genauigkeit arbeitender
Wegermittlungen nach der Erfindung dadurch erreicht, daß drei Regelsysteme derart
zusammenwirken, daß die von einem analog arbeitenden Grobsystem ermittelte Regelabweichung
und die von einem digital arbeitenden Grobsystem ermittelte Regelabweichung überlagert
auf den Regler gegeben werden, wobei die Istwerte des digitalen Grobsystems und
des analogen Grobsystems derart aufeinander abgestimmt sind, daß einer Impulszahl
des digitalen Grobsystems ein dieser Impulszahl entsprechende Wert des analogen
Grobsystems gleichkommt und daß das digital arbeitende Grobsystem und das digital
arbeitende Feinsystem unterschiedliche, in einer festen Beziehung zueinander stehende
Impulsfolgefrequenzen liefern, deren Impulszahlendifferenz zur überwachung des Feinsystems
dient, und daß die digital ermittelte Regelabweichung x" mit der analog ermittelten
Regelabweichung xu,' verglichen
wird und bei '/2 x",
< x", ein Warnsignal ausgelöst wird, dagegen bei x"; < x", ein Signal
ausgelöst wird, das die zu regelnde Anlage stillsetzt.
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Gemäß einer Ausbildung der Erfindung enthält der Impulsgeber eine
Rasterscheibe, die mit mindestens zwei zentrisch zueinander angeordneten Rastermaßstäben
unterschiedlicher Unterteilung versehen ist, von denen mindestens ein Rastermaßstab
in bekannter Weise eine derartige feine Unterteilung aufweist, wie sie entsprechend
der gewählten Unterteilung des Weges in Toleranzeinheiten erforderlich ist, während
mindestens ein weiterer Rastermaßstab eine gröbere Unterteilung aufweist, die gegenüber
der erforderlichen Unterteilung ein vorzugsweise ganzzahliges Vielfaches ist, so
daß einer Impulszahl des grob unterteilten Rastermaßstabes eine bestimmte ganzzahlige
Impulszahl des feinunterteilten Rastermaßstabes entspricht, und daß bei einer fehlerhaften
Zuordnung der Impulszahl des grob unterteilten Rastermaßstabes zu der diesem Vielfachen
entsprechenden Impulszahlenbereich des fein unterteilten Rastermaßstabes Schaltbefehle
gegeben werden. Das ganzzahlige Vielfache ist dabei größer zu wählen als die innerhalb
zweier aufeinanderfolgender Impulse des Grobsystems noch zulässig auftretbare Anzahl
von Störimpulsen.
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Da die Impulse des grob unterteilten Rastermaßstabes mit größerer
Genauigkeit ausgezählt werden können als der fein unterteilte Rastermaßstab und
eine eindeutige Zuordnung einer Impulszahl des grob unterteilten Rastermaßstabes
zu der eines bestimmten Impulszahlbereiches des fein unterteilten Rastermaßstabes
besteht, ist eine Überwachung der Zählerergebnisse des fein unterteilten Rastermaßstabes
innerhalb dieses Bereiches sichergestellt.
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Bei einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist nun noch zusätzlich
zu den mit unterschiedlicher Genauigkeit arbeitenden digitalen Wegermittlungen mindestens
eine an sich bekannte analoge Wegermittlung, beispielsweise Drehmelder, Potentiometer
und Endschalter, vorgesehen, die gegenüber dem digitalen Istwertgeber mit der geringeren
Genauigkeit (digitales Grobsystem) einen Istwert eines Verstellweges mit einer noch
geringeren Genauigkeit anzeigt (analoges Grobsystem), wobei die Istwerte der digitalen
Grobpositionierung und der analogen Grobpositionierung derart aufeinander abgestimmt
sind, daß einer Impulszahl des digitalen Grobsystems eine dieser Impulszahl entsprechender
Wert des analogen Grobsystems gleichkommt und daß bei ihrer fehlerhaften Zuordnung
zueinander Schaltbefehle gegeben werden.
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Eine derartige erfinderische Ausgestaltung, in der das digitale Feinsystem
durch das digitale Grobsystem und letzteres durch ein analoges Grobsystem überwacht
wird, ist dann von Bedeutung, wenn es zweckmäßig ist, den Impulsgeber des digitalen
Grobsystems zwar derart auszubilden, daß zur überwachung des Feinsystems gegen Störimpulse
eine bestimmte Impulszahl des Grobsystems ein umgekehrt ganzzahliges Vielfaches
einer Impulszahl des Feinsystems ist, jedoch dieses ganzzahlige Vielfache kleiner
als die innerhalb zweier aufeinanderfolgender Impulse des Grobsystems noch zulässig
auftretbare Anzahl von Störimpulsen ist.
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Die Überwachungseinrichtung wird an Hand zweier Figuren beispielsweise
näher beschrieben und erläutert. F i g. 1 zeigt eine Rasterscheibe mit zwei Rastermaßstäben,
und F i g. 2 zeigt den für die Überwachungseinrichtung wichtigen Teil eines Regelkreises
an Hand einer Blockschaltung.
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In F i g. 1 ist die Aufsicht auf eine RasterscheibeA mit zwei Rastermaßstäben
B und C dargestellt. Der Rastermaßstab B weist eine solche Unterteilung auf, wie
sie entsprechend der gewählten Unterteilung des Weges in Toleranzeinheiten erforderlich
ist.
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Ist der Weg beispielsweise in Toleranzeinheiten von 0,1 mm unterteilt,
so werden bei einem Verstellweg von 1 cm über den Rastermaßstab B 100 Impulse und
bei einem gesamten Verstellweg von 1 m 10 000 Impulse gezählt. Die Unterteilung
des Rastermaßstabes C ist gegenüber Rastermaßstab B ein ganzzahliges Vielfaches,
beispielsweise Hundertfaches, d. h., jeweils 100 Einheiten des Maßstabes B steht
genau 1 Einheit des Maßstabes C gegenüber. Erfolgt demnach eine Wegverstellung von
50 cm, so werden über dem RastermaßstabB bei fehlerfreier Abtastung 5000 Impulse
und dem Rastermaßstab C 50 Impulse gezählt. Erfolgt eine fehlerhafte Abtastung auf
Grund von Störimpulsen, so würden bei 5000 Impulsen ± 99 Störimpulsen über dem Rastermaßstab
C gleichfalls 50 Impulse gezählt. Ist die Zahl der Störimpulse jedoch nur um einen
Impuls größer, so werden über dem Rastermaßstab C 49 bzw. 51 Impulse gezählt. Damit
ist die eindeutige Zuordnung der Impulszahl des grob unterteilten Rastermaßstabes
C zu der eines bestimmten Impulszahlenbereiches des fein unterteilten Rastermaßstabes
B nicht mehr erfüllt. Es werden beispielsweise bei 5000 Impulsen ± 100 Störimpulsen
Warnsignale abgegeben und bei 5000 Impulsen ± 200 Störimpulsen die zu regelnde Anlage
stillgesetzt. Der Rastermaßstab C ist beispielsweise gegenüber dem Rastermaßstab
B um so viel größer, daß die Schwingungen der Welle, auf der die Rasterscheibe A
befestigt ist, sich nicht auf das Zählergebnis der vom Rastermaßstab C abgegebenen
Impulse auswirken.
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In F i g. 2 wird der digital vorgegebene Sollwert einer Wegverstellung
in gleicher Weise auf die Summierungsstellen D und E gegeben. In der SummierungsstelleD
wird der Sollwert xs mit dem digital ermittelten Istwert x der Wegverstellung verglichen
und die sich damit ergebende Regelabweichung x", auf den ReglerR gegeben. In der
SummierungsstelleE wird dagegen der digital vorgegebene Sollwert x, mit dem analog
ermittelten Istwert x' verglichen. In der SummierungsstelleFwerden dieRegelabweichungenx",
und x",' verglichen. Wird dabei beispielsweise die Bedingung 112X",' <
x", erfüllt, so entsteht ein Signal xf, das auf den Schalter S gegeben wird, der
über den Kontakt a ein Warnsignal auslöst, und bei der Bedingung x",' < x", wird
ein Signal x; auf den Schalter S gegeben, der über den Kontakt b die zu regelnde
Anlage stillsetzt.
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Ob in den Summierungsstellen E oder F digitale oder analoge Größen
miteinander verglichen werden, hängt von verschiedenen Nebenbedingungen des Regelkreises
ab, die im Zusammenhang mit dem erfinderischen Gedanken unerheblich sind und daher
aus F i g. 2 nicht zu ersehen sind.