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Numerisch arbeitende Anordnung zur Abschaltung einer Arbeitsmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf eine numerisch arbeitende Anordnung zur Abschaltung
einer Arbeitsinaschine. Sie arbeitet nach dem Zählverfahren, indem von einem Impulsgeber,
der mittels eines An-
triebes bewegt wird, pro Einheit der zu messenden Größe
ein Impuls (Zählinipuls) erzeugt und in einen Zähler (Hauptzähler) eingezählt wird,
der bei Erreichen einer vorgegebenen, der zu messenden Größe entsprechenden Zahl
von Zählimpulsen (Sollwert) ein Abschaltsignal für den Antrieb abgibt.
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Bei einer derartigen Anordnung ist zu berücksichtigen, daß der Antrieb,
durch den der Impulsgeber bewegt wird, ein gewisses Schwungmoment aufweist, das
eine bestimmte.,' von der Geschwindigkeit abhängige Hochlauf- und Herunterlaufzeit
zur Folge hat. Wenn von dem Hauptzähler das endgültige Abschaltsignal für den Antrieb
gegeben wird, ist daher dafür Sorge zu tragen, daß der Antrieb sich mit einer relativ
geringen Geschwindigkeit bewegt, d,. h., es ist zeitlich vor dem endgültigen
Abschaltsighal ein Vorabschaltsigtial zu erzeugen. Beispielsweise wird bei der Positionierung
eines Supports bei Werkzeugmaschirien vor Erreichen der Sollagä der Vorschubantrieb
in den Schleichgäng geschaltet, damit er möglichst exakt bei der Söllage abgeschaltet
werden kann. Ebenso muß z. B. bei einer Wickelmaschine vor Erreichen der Sollwindungszahl
ein Vorabschalisignal gegeben werden, das die Geschwindigkeit des Wickel-Motors
so heruntersetzt, daß er möglichst exakt bei der Sollwicklungszahl stillgäsete werderf
kann, ohne daß das zu wickelnde Material reißt.
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Da die Herunterläufzeit im wese ntlichen durch die Antriebsgeschwindigkeit
gegeben ist, hängt der Zeitpunkt der Abgabe des Vorab - schältsignals von
der Geschwindigkeit ab. Solange die maximal auftretende, d. h. die Endgegchwindigkeit
des Antriebes immer konstant ist, kann man bei eiher Zahl von Zählimpulsen, die
um einen bestimmten Betrag kleiner als der Sollwert ist, eifi Vorabschaltsigrial
erzeugen.
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, Eine bekannte Einrichtung, die den Vorabschaltimpuls für
die Einschaltung des Schleichganges bei einer dem gewünschten Vorschubweg entsprechenden
voreingestellten Impulszahl abgibt, geht diesen Weg.
Diese Einrichtung stellt
ebenfalls eine Meßanordnung nach dem Zählverfahren dar. Das Kennzeichnende dieser
bekannten Steuereffirichtung für Vorschubäntriebe von Werkzeugmaschinen ist die,
Voreinstellung einer dem gewünschten Vorschubweg entsprechenden Impulszahl und das
Erzeugen eines Auslöseimpulses zur Stillsetzurig des Vorschubantriebes bei Erreichen
dieser Impulszahl. Dabei liefert ein mit der Antriebsspindel gekoppelter Impulsgeber
die dem Weg entsprechende Impulszahl, die in einen elektrischen Zähler eingezählt
wird. Die Voreinstellung des Zählers soll über eine Einstelltastatur erfolgen. Das
unvermeidliche Massenträgheitsmoment kann durch das Einstellen entsprechend kleinerer
Vorschubwegzahlen berücksichtigt werden. Gemäß einem weiteren Merkmal der bekannten
Anordnung sollen die Restiftipulse _des langsamen Vorschubweges in einem getrennten
Restimpülszählgerät gezählt werden.
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Diese Einrichtung wird jedoch dem.gestellten Problem insofern
nicht gerecht, indem sie nicht selbsttätig den zeitoptimalen Vorabschaltpunktwählt,
denn die Probleme werden sehr kompliziert, wenn die lEndgeschwindigkeit des. Antriebes
relativ häufig wechselt. Die§ ist z. D. bei Wickehnaschinen der Fall, bei denen
im allgemeinen innerhalb einer Arbeitsschicht nacheinander Wickelgüter mit unterschiedlicher
Stärke und unterschiedlichen- Sollwiridurigszahlen gewickelt werden. Ist die EndgesähwiNidigkeit
relativ hoch, so muß der Voräbschaltimpuls bereits frÜher erzeugt werden, als, wenn
- die Endgeschwindigkoit kiein ist. Man könnte nun den Vorabschaltimpu% für die
Einschaltung des Schleichganges unabhängig von der Geschwindigkeit erzeugen und
die zeitliche Voreilung so bemessen, daß auch für die größte Geschwindigkeit der
Vorhaft noch ausreicht. Diese Methode hat den Nachteil, daß für kleine Geschwindigkeiten
die Zeit bis zu:m Erreichen des Sollwertes sehr groß ist. Dies widerspricht jedoch
dem Bestreben, in der kürzesten Zeit den Sollwert zu erreichen.
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Will man in der kürzesten Zeit den Sollwert anfahren, so könnte man
inzipiell mittels einer aufpri wendigen Rechefischaltung, die alle maßgebenden Faktoren
erfati, den jeweiligen Vorabschaltpunkt errechnen. Dieser Rechner müßte jedoch nicht
nur die unterschiedlichen Endgeschwindigkeiten des Aninäbes berücksichtigen, sondern
auch dem Umstand
Rechnung tragen, daß in bestimmten Fällen der Antrieb
vor Erreichen des Sollwertes. kurzzeitig stillgesetzt wird (Programmunterbrechung).
Hinzu kommt
der Fall, der insbesondere bei der Programmunterbrechung gegeben
ist, daß eine Vorabschaltung des Antriebes bereits erfolgen muß, bevor dieser die
vorgegebene Endgeschwindigkeit erreicht hat, wenn nämlich der Sollwert relativ klein
ist.
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Es ist verständlich, daß ein derartiger Rechner sowie die Informationseingabe
für diesen Rechner sühr kompliziert sein wird.
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Es ist bereits eine numerisch arbeitende Anordnung zur Abschaltung
einer Arbeitsmaschine unter Berücksichtigung der jeweiligen Geschwindigkeit der
bewegten Massen vorgeschlagen worden, die. ohne eine derartig aufwendige Recheneinrichtung
auskommt. Sie arbeitet mit einem Impulsgeber, der mittels eines Antriebes bewegt
wird und pro Einheit der zu messenden Größe einen Impuls (Zählimpuls) erzeugt, der
in einen Zähler (Hauptzähler) eingezählt wird, wobei der Zähler von einem voreingestellten,
der zu inessenden Größe entsprechenden Zählstand (Sollwert) rückwärts zählt und
bei Erreichen der Nullstellung ein Abschaltsignal für den Antrieb abgibt, und mit
einem weiteren Zähler (Hilfszähler) zur Erzeugung -eines gegenüber dem Abschaltsignal
vorei1enden Signals, der während der Hochlaufzeit des Antriebes ebenfalls von den
Zählimpulsen beaufschlagt wird und von einer bestimmten Ausgangszählstellung aus,
vorzugsweise »Null«, vorwärts zählt und dessen Zählstellung mittels eines Vergleichsgliedes
mit der Zählstellung des Hauptzählers verglichen wird, wobei das Vorgleichsglied
bei Gleichheit beider Zählerstände das vo-reilende Signal abgibt.
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Die Anordnung gemäß dem älteren Vorschlag brsitzt den Nachteil, daß
sie unterschiedliche Anlauf-bzw. Abbremsvorgänge infolge veränderlicher Massenträgheitsmomente,
beispielsweise beim Wickelvorgang einer Spule, nicht berücksichtigen kann.
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- . Dieb Lösung vorstehender Aufgabe unter Venneidung des angegebenen
Nachteils gelingt gemäß der Erfindung dadurch, daß der Hilfszähler einen die übertragung
der Zählimpulse beeinflussenden Toreingang hat und die eine Zuleitung zum Tor durch
einen in Abhängigkeit von der Antriebsgeschwindigkeit gesteuerten Schalter b&ätigt
wird, in die ein Zeitglied mit- einstellbarer Abfall- und- Anzugsverzögerung geschaltet
ist.
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An Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen wird
die Erfindung näher erläutert. Dabei ergeben sich weitere Merfanale sowie Vorteile
der Erfindung. Es zeigt F'i g. 1 ein Geschwindigkeits-Weg-Diagrarnm für -är,n
Antrieb, - F! g. 2 - ein Diagramin gemäß F i g. 1 mit
Programmunterbre,chung, Fi-g. 3 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Anordnung, * F i g. 4 ein Diagramin für die Arbeitsweise der Zähler
-nach F i g. 3,
F i g. 5 eine Anordnung zur Ansteuerung der
Zähler nach F i g. 3,
F i g. 6 a: bis 7 b die Beeinflussung
des Hilfszählers bei unterschiedlichen Hoch- bzw. Herunterlaufzeiten. Bei der Beschreibung
der Ausführungsbeispiele sei beispielsweise die programmabhängige Steuerung einer
Wickelmaschiiie als Anwendungsbeispiel zugrunde-gelegt. Die dabei auftretenden Probleme
sind ganz analog aech-.bei anderen Anwendungen, z. B. bei der Lageregelung -bei
Werkzeugmaschinen, vorhanden.
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Bei einer Wickelmaschine besteht bekanntlich die Aufgabe darin, den
Wickelinotor bei Erreichen einer vorgegebenen Windungszahl stillzusetzen.- Die
Ab-
schaltung soll dabei selbsttätig erfolgen. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung
wird die Windungszahl digital nach dem Zählverfahren erfaßt. Wie die F i
g. 3 zeigt, ist zu diesem Zweck der Wickehnotor WM mit einem Impulsgeber
1 gekuppelt, der z. B. für jede Windungszahl einen Impuls, den Zählimpuls,
abgibt. Die Zählimpulse werden ineinem Zähler 2, der als Hauptzähler bezeichnet
werden soll und der im allgemeinen aus mehreren Dekaden besteht, aufsummiert. An
dem Hauptzähler kann die aufzuwickelnde Windungszahl, die Sollwindungszahl, eingestellt
werden, z. B. durch Vorwahl oder Voreinstellung des Zählers. -Erreicht, 2er Hauptzähler
Z- diesen vorgegebenen, - dpreh ein UND-Glied 3 erfaßten Sollzählstand,
so spricht der Verstärker 4 an und betätigt das Relais 5, das seinerseits
über den Ruhekontakt 6 ein Abschaltsignal zur Stillsetzung des Wickelmotors
erzeugL Infolge des-relativ.-großen Schwungmomentes-des Wickelmotors muß dieser
jedoch bereits, bevor der Hauptzähler den Sollzählstand erreicht hat, vorabgeschaltet
werden. Die dadurch auftretenden Probleme sollen an Hand des Diagramms nach F i
g. 1 näher erläutert werden. In diesem Diagramm ist auf der Ordinate die
Geschwindigkeit v des Wickelmotors, auf der Abzisse die Windungszahl W aufgetragen.
Die Sollwindungszahl soll beispielsweise 100 betragen. Zu Beginn des Wickelvorganges
läuft der Wickelmotor mit einer bestimmten Beschleunigung, die sich nach dem zu
wickelnden Material richtet, hoch und erreicht im Punkt A nach
30 Impulsen die Endgeschwindigkeit V,. Ist nun die Hochlaufzeit des Wickelmotors
gleich seiner Herunterlaufzeit, so muß bei optimal geringer Wickelzeit im Punkt
B, d. h. nach 70 Impulsen, eine Vorabschaltung erfolgen, damit nach
100 Impulsen die Drehzahl des Wickelmotors so klein ist, daß erexakt zu diesem
Zei tpunkt stillgesetzt werden kann.
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Wie die F i g, 1. zeigt, ist der- Vorabschaltzeitpunkt von
der Endgesichwindigkeit abhängig. Bei der Ge-
schwindigkeit V2 z. B. muß bei
optimaler Wickelzeit im Punkt D, d. Ih. bereits nach 60 Impulsen,
eine Vorabschaltung erfolgen.
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Eine weitere Komplikation ist in dem Umstand zu sehen, daß, wenn z.
B. wie in F i g. 1 dargestellt, die Sollwindungszahl nur 30_ beträgt,
bereits im Punkt E
eine - Vorabschaltung erfolgen muß, d. h.,
bevor die Endgeschwindigkeit überhaupt erreicht wird.
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Vorstehende Probleme können auf überraschend einfache Weise gelöst
werden. Hierzu ist, wie- in F i g. 3 dargestellt, zusätzlich ein weiterer
Zähler 8
vorgesehen, der als Hilfszähler bezeichnet werden soll und der ebenfalls
mit den Zählimpulsen des Impulsgebers 1 beaufschlagt wird. Der Hilfszähler
hat eine bestimmte Zähl-k#pazität, die, sich- nach der maximal auftretenden Herunterlaufzeli
richtet und zählt, wie F-i g. 4b zeigt, von, emier, bestimmten Ausgangsstellung
aus, vorzugsweise von »Null« aus, vorwärts. z Am Eingang des-Hilfszählers ist zur-Sperrung
der übertragung der -Zählimpulse eine Torstufe vorgesehen, die vorbereitet ist,
wenn der -Schalter 11 geschlossen ist (das Zeitglied
9 soll zunächst außer Betracht
bleiben). Dieser Schalter
11 wird durch bekannte Einrichtungen geöffnet, wenn der Antrieb die Endgeschwindigkeit
V erreicht hat. In den Hilfszähler 8 gelangen somit die Zählimpulse nur während
der flochlaufzeit des Antriebes.
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Bezüglich des Hauptzählers ist die Anordnung so getroffen, daß er,
wie die F i g. 4 a zeigt, von einer voreingestellten Zahl aus, die der aufzuwickelnden
Windungszahl entspricht, rückwärts bis »Null« zählt. Ist die »Null« erreicht, so
spricht das UND-Glied 3
(F i g. 3) an und löst die Endabschaltung des
Antriebes aus.
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Die Zählerstände beider Zähler werden durch ein Vergleichsglied
7 miteinander verglichen. Sind die Zählerstände gleich, so löst das Vergleichsglied
über den Verstärker 9 und das Relais 10 die Vorabschaltung aus. Die
Vorabschaltung erfolgt dabei mit Vorteil, wie sich aus F i g. 4 a und 4
b in Verbindung mit dem Zahlenbeispiel nach F i g. 1 ohne weiteres
ergibt, bei jeder Endgeschwindigkeit jeweils im richtigen Augenblick. Es sei zunächst
der Fall betrachtet, bei dem die Endgeschwindigkeit V, erreicht wird. Im PunktA
steht der Hilfszähler auf 30, der Hauptzähler auf 70. Im weiteren
Verlauf bleibt der Hilfszähler auf 30 stehen, während der Hauptzähler weiter
rückwärts zählt. Im Punkt B steht nun der Hauptzähler auch auf 30. Da jetzt
beide Zähler den gleichen Zählstand haben, wird im richtigen Moment, nämlich zum
Zeitpunkt B, das Vorabschaltsignal erzeugt.
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Erreicht der Antrieb im Punkt C die Endgeschwindigkeit V.,
so hat der Hilfszähler den Zählstand 40. Jetzt sind zum Zeitpunkt D, nach
60 Impulsen, beide Zählerstände gleich, so daß wiederum im richtigen Zeitpunkt
D die Vorabschaltung erfolgt.
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Durch die vorstehend beschriebene Anordnung kann auch ohne weiteres
der Fall gelöst werden., daß die Vorabschaltung bereits erfolgen muß, bevor die
Endgeschwindigkeit erreicht wird. Es sei das Beispiel nach F i g. 1 betrachtet,
bei dem die Vorabschaltung für die Sollwindungszahl 30 bereits im Punkt E,
d. h. nach 15 Zählimpulsen, erfolgen muß. Der Hauptzähler läuft von
30 rückwärts und der Hilfszähler von 0 aus vorwärts. Im Punkt
E sind beide Zählstände gleich (15), und es erfolgt die Vorabschaltung
im richtigen Zeitpunkt.
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Bei dem vorstehenden Fall, bei dem der Vergleich durchgeführt wird,
während beide Zähler laufen, kann es, wenn beide Zähler wie in F i g. 3 dargestellt
von einem Impulsgeber gespeist werden, vorkommen, daß sich beide Zähler überlaufen,
da keine Gleichheit der Zählerstände erreichbar ist. Dies ist dann der Fall, wenn
der Hauptzähler von einer ungeraden Zahl aus rückwärts zählt. Zählt er z. B. von
7 aus rückwärts, so steht er nach drei Zählimpulsen auf 4 und der Hilfszähler
auf 3. Nach dem vierten Zählimpuls steht der Hauptzähler auf 3, der
Hilfszähler auf 4. Beide Zähler überlaufen sich damit. Man könnte nun die Vergleichseinrichtung
7 so ausbilden, daß sie bereits anspricht, wenn die Zählerstände sich nur
noch um eine Ziffer unterscheiden. Vorteilhafter ist es je-
doch, wie in F
i g. 5 a dargestellt, dem Impulsgeber 1
einen Trigger 12 nachzuschalten
und den Hauptzähler 2 vom valenten und den Hilfszähler 8 vom antivalenten
Ausgang her zu steuern. Die Ausgangssignale des Triggers 12 in Abhängigkeit vom
Eintreffen der Zählimpulse sind in F i g. 5 b dargestellt. Die Anordnung
ist nun so getroffen, daß die Zähler jeweils bei dem Wechsel von L auf
0 weitergestellt werden; der Hilfszähler wird daher durch'die Phasenverschiebung
verzögert betätigt. Um bei dem vorher erwähnten Beispiel zu bleiben, bei dem der
Hauptzähler nach dem dritten Zählimpuls auf 4 und der Hiliszähler auf
3 steht, nimmt der Hauptzähler nach dem vierten Zählimpuls die- Stellung-3
ein. Für die Zeit t, d. h. bevor der vierte Zählimpuls auf den Hilfszähler
gelangt, sind somit beide Zählstände gleich, und es erfolgt die Vorabschaltüng.
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Während des Wickelvorganges kann nun, wie aus F i g. 2 ersichtlich,
eine Programmunterbrechung auftreten, z. B. wenn der Bedienungsmann schauen will,
ob die zu wickelnden Drähte noch richtig laufen od. dgl. Im Punkt B soll der Bedienungsmann
die Stoptaste drücken, -wodurch der Wickelmotor im Punkt F nach 70 Zählimpulsen
zum Stehen kommt. Will man nun wieder- zeitoptimal bis zum Ende wickeln, so muß
der Wickelmotor bei der Geschwindigkeit Vi im Punkt G abgeschaltet werden.
Da die Lage des Punktes G von der noch z-u- wickelnden Restwindungszahl abhängt,
ist das vorstehende Problem der Unterbrechung relativ kompliziert. Auch dieses Problem
kann auf einfache Weise gelöst werden. Es ist lediglich die Zusafzbedingung einzuführen,
daß der Hilfszähler bei Programmunterbrechung gelöscht wird. Dies kann ohne weiteres
mittels der Stoptaste erfolgen. Im PunktF beginnt daher der Hil fS'zähle-r wieder
#o-h-Null 'an z-u'zählen, wobei nach insgesamt 85 Zählimpulsen
(15 nach Punkt F) der Hilfszähler auf 15 und der Hauptzähler ebenfalls
auf 15 steht. Im Punkt G wird daher zum richtigen Zeitpunkt der Vorabschaltimpuls
erzeugt.
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Bei den bisherigen Betrachtungen wurde vorausgesetzt, daß die Hochlauf-
und Herunterlaufzeit gleich sind. Es sind nun Fälle denkbar, bei denen diese Voraussetzung
nicht erfüllt ist, beispielsweise wird bei großen Windungszahlen und großen Drahtstärken
das Gewicht der Wickelspule, das der Wickelmotor anzutreiben hat, immer größer,
so daß die Herunterlaufzeit größer ist als die Hochlaufzeit. Um die unterschiedlichen
Zeiten zu berücksichtigen, ist erfindungsgemäß, wie in F i g. 3 dargestellt,
in der einen- Zuleitung zum Hilfszähler 8 ein Zeitglied 9 vorgesehen.
Das Zeitglied 9 soll dabei sowohl eine einstellbare Abfallverzögerung als
auch eine einstellbare Anzugverzögerung haben. Die Abfallverzögerung wird für den
Fall benötigt, daß die Herunterlaufzeit größer als die Hochlaufzeit ist. Dieser
Fall ist im Diagranim der F i g. 6 a dargestellt. Die Hochlaufzeit entspricht
10 Impulsen, die Herunterlaufzeit 30 Impulsen. Nach 50 Impulsen
ist das Vorabschaltsignal zu erzeugen.
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Die F i g. 6 b zeigt, wie für den Fall nach F i g. 6
a das Tor des Hilfszählers zu steuern ist. Mit dem Start wird das Zählertor vorbereitet,
und es gelangen Zählimpulse in den Zähler. Ist der Antrieb hochgelaufen, so wird
das Kommando »Hochlauf Ende« gegeben, d. h., es wird in der Schaltung nach
F i g. 3 der Schalter 11 geöffnet. Dieses Kommando wird jedoch durch
die Abfallverzögerung des Zeitgliedes 9 erst nach der Zeit t am Eingang des
Hilfszählers wirksam. Der Hilfszähler wird dadurch erst gesperrt, wenn er den Zählstand
30, der der Herunterlaufzeit entspricht, hat. Nach 50 Impulsen, wenn
also der rückwärtszählende Hauptzähler ebenfalls den Zählstand 30 hat, erfolgt
in gewünschter Weise die Vorabschaltung. Die Abfallverzögerung r ist im allgemeinen
Fall auf
Grund der vorgegebenen praktikhen Verhältnisse sö einzustellen,
daß in den Hilfs±ähler soviel Zählimpulse A-ingezählt werden, wie beim Herunterlaufen
Zähliinpulse erzeugt werden.
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Die Anzugsverzögerting wird für den Fall benötigtdaß die Hertinterlaufzeit
kleiner als die Hochlaufzeit ist, so wie es in ]# 1 g. 7 a dargestellt ist.
Für- dieseil Fäll gelangt gemäß der Fig.7b das Stärtsignal (Schließen des Schalters
11 in F i g. 3) nicht sofort an den Hilfszähler-eingang, gondern erst
nach der Zeit t. Erst nach der Zeit t wird der Hilfszähler freigegeben. Nachdem
- 10 Impulse in den Hilfszähler eingezählt sind, erfolgt das Kommando >Sochlauf
Ende«. und der Hilfszähler wird gesperrt. Der lElfszähler hat somit eihefi Zählstand
von 10, der vom Hauptzähler in gewünschter Weise nach 70 Zählimpulsen
ebenfalls erreicht wird. Die Ailzugsverzögerung t ist für den allgemeinen Fall ebenfalls
so einzustellen, daß in den Hilfszähler soviel Zählimpulse eingezählt werden, wie
es der Herunterlaufzeit entspricht.