DE1588724B2 - Abtastregelung zum regeln einer eigenschaft einer durchlaufenden papierbahn - Google Patents

Abtastregelung zum regeln einer eigenschaft einer durchlaufenden papierbahn

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abtastregelung zum Regeln einer Eigenschaft einer durchlaufenden Papierbahn od. dgl. durch intermittierende Messung, Mittelwertbildung und einen Stelleingriff beim Überschreiten vorgegebener Grenzwerte, mit einer durch die Laufzeit der Bahn vom Stellort zum Meßort bedingten Totzeit.
Mit diesem Oberbegriff wird auf eine Anordnung Bezug genommen, wie sie beispielsweise in der US-PS 35 930 beschrieben ist. Diese Anordnung arbeitet auf analoger Basis und ist für die heute geforderten Regelgenauigkeiten daher nicht mehr brauchbar. Das Flächengewicht einer Papierbahn (g/m2) kann infolge zahlreicher Einflüsse, z. B. von Änderungen in der Stoffzusammensetzung oder der Maschinengeschwindigkeit, schwanken.
Diese Schwankung hat eine Komponente in bezug auf die Laufrichtung der Bahn (Längsprofil) und eine Komponente in bezug auf die Querrichtung (Querprofil). Diesen Schwankungen ist dann noch eine statisti sehe Schwankung kleinster Flächengewichtseinheiter (g/cm2) überlagert, die z. B. durch Turbulenz in· Stoffauslauf oder durch Entmischungserscheinunger hervorgerufen wird.
Man hat beobachtet, daß sämtliche Schwankunger mit verhältnismäßig fest liegenden Frequenzbändern auftreten; am geringsten sind im allgemeinen die Schwankungen in Querrichtung.
Das Flächengewicht einer Papierbahn läßt sich ζ. Β mit einem radioaktiven Strahler und einem Szintillationszähler messen.
Eine derartige Messung ist stets mit Fehlern behaftet Da der radioaktive Zerfall ein statistischer Vorgang ist können sich die darauf beruhenden Schwankungen auch im Meßergebnis, vor allem bei dünnen Bahnen, bei denen man schwache Strahler verwenden muß. bemerkbar machen. Weitere Fehler können dadurch hervorgerufen werden, daß sich der Spalt zwischen Strahler und Szintillationszähler wegen Erschütterungen und Schwankungen der Bahn ändert; außerdem sind auch stets noch der Szintillationszähler und die ihm nachgeschaltete Meßeinrichtung mit Fehlern behaftet.
Außerdem kann das Meßergebnis auch noch durch Schwankungen des Wassergehaltes beeinflußt werden, da der Wassergehalt mit in das Meßergebnis eingeht.
Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich, daß die übliche kurzzeitige Messung des Flächengewichtes als Istwert für eine Flächengewichtsregelung — vor allem im Hinblick auf die langen Totzeiten — unbrauchbar ist, da man stets von den Zufälligkeiten im Abtastzeitpunkt abhängig ist. Dies gilt auch für ähnliche andere Abtastregelungen, wie z. B. zur Leistungsregelung von Holzschleifern. Man muß daher auf Meßverfahren mit entsprechender Mittelwertbildung übergehen, bei denen die Totzeit berücksichtigt ist.
Wegen der großen Integrierzeiten scheiden bei den geforderten hohen Regelgenauigkeiten analoge Rechenverfahren im allgemeinen aus.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine digitale Abtastregelung zu schaffen, die große Genauigkeit mit leichter Anpaßbarkeit an die Regelstrecke vereint.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine dem gemessenen Flächengewicht oder seiner Abweichung von einem vorgegebenen Wert proportionale Spannung am Eingang eines Spannungsfrequenzumsetzers liegt, der über einen entsprechend der Meßzeit voreingestellten Frequenzteiler mit einem Mittelwertzähler verbunden ist, daß die jeweilige Freigabe des Mittelwertzählers durch einen Zeitzähler steuerbar ist, daß der Stand des Mittelwertzählers am Ende der Meßzeit in einen Speicher übernehmbar ist. der beim Überschreiten der vorgegebenen Grenzwerte einen definierten Stellbefehl an ein Stellglied ausgibt und daß Zeitzähler und Frequenzteiler selbsttätig bei Veränderungen der Totzeit gemeinsam verstellbar sind.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Auf diese Weise erhält man eine digitale Anordnung, mit der eine Vielzahl von Anforderungen — wie u. a. näher am Schluß der Beschreibung aufgeführt — erfüllbar ist. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß es an sich bereits in der Meßtechnik bekannt ist, ein Analogsignal in eine entsprechende Frequenz umzusetzen und über einen Frequenzteiler einem Zähler zuzuführen (vgl. Siemens-Zeitschrift 1964, S. 36 bis 39).
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles sei die Erfindung näher erläutert: Zur Messung des Längsprofils läuft die in ihrem Flächengewicht zu regelnde Papierbahn 1 zwischen einem radioaktiven Strahler 2 und einem Szintillationszähler 3 hindurch. Der Ionisierungsstrom am Ausgang des Szintillationszähler 3 ist dann ein Maß für das tatsächliche Flächengewicht in dem von der Meßeinrichtung erfaßten Bereich.
Ein dem gewünschten Wert des Flächengewichtes entsprechender Sollwert S wird in einem Differenzverstärker 7 mit dem Istwert verglichen; die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 7 ist dann der Differenz zwischen dem Meßwert (Istwert) und dem Sollwert proportional und kann positives oder negatives Vorzeichen besitzen.
Diese durch ein Potentiometer 8 zu Justierzwecken veränderbare Ausgangsspannung veränderlicher Polarität wird einem Spannungs-Frequenzumsetzer 10 zugeführt und in eine entsprechende Pulsfrequenz umgewandelt. Damit der Spannungs-Frequenzumsetzer
10 immer nur eine Spannung von einer bestimmten Polarität enthält, wird an seinen Eingang über einen Stellwiderstand 9 eine Hilfsspannung angelegt, die bei der nachfolgenden Mittelwertbildung wieder auskorrigiert werden muß.
Die vom Spannungs-Frequenzumsetzer 10 gelieferte Pulsfolge wird über einen einstellbaren Frequenzteiler
11 in einen Mittelwertzähler 12 geleitet, dessen Sperrung, Löschung und Freigabe von einem Steuerwerk 13 gesteuert wird, welches seinerseits seine Auslösebefehle von einem Zeitzähler 14 erhält. Die Pulsfolge für den Zeitzähler 14 wird aus dem 50 Hz Wechselspannungsnetz abgeleitet und dem Zeitzähler über einen Impulsformer 15 und Untersetzer 16 zugeleitet. Hierdurch wird bei einem entsprechend der erforderlichen Genauigkeit festgelegten Zählbereich des Mittelwertzählers 12 eine grobe Anpassung an die erforderlichen Mittelwertzeiten bewirkt.
Der Meßvorgang spielt sich folgendermaßen ab:
Der gelöschte Mittelwertzähler 12 wird durch das Steuerwerk 13 auf eine Zahl gesetzt, die der Spannung des Potentiometers 9 entspricht und anschließend freigegeben. Dadurch kann der Zahlenwert des Mittelwertzählers beide Vorzeichen annehmen. Die der Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 7 entsprechenden Impulse werden fortlaufend im Mittelwertzähler 12 summiert. Damit wird die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 7 also zeitlich digital integriert.
Zur Erzeugung des Mittelwertes der Differenz müßte die im Zähler 12 stehende Impulszahl durch die Meßzeit geteilt werden. Hierzu ist jedoch bereits der einstellbare Frequenzteiler 11 vorgesehen, der die Impulsfolgen schon vorher entsprechend der gewählten Meßzeit untersetzt.
Der Endstand des Mittelwertzählers 12 ist dann gleich dem Mittelwert des mit einem Faktor multiplizierten zeitlichen Integrals der Differenz zwischen Meß- und Sollwert während der Freigabezeit des Mittelwertzählers 12.
Die Freigabezeit (Intervalldauer) wird mit Rücksicht auf die Stabilität der Abtastregelung durch entsprechende Einstellung des Zeitzählers 14 so gewählt, daß sie etwa gleich der Laufzeit des Stoffes vom Stellort, z. B. einem Dickstoffmengenventil bis zum Meßort ist, d. h. im Normalfall etwas mehr als die Laufzeit vom Eingang bis zum Ausgang der Papiermaschine (z. B. 2 min).
Zur weiteren Verbesserung der Abtastregelung kann der Regler dabei auch jeweils nur für jede zweite Intervalldauer freigegeben werden.
Da bei einer Änderung der Arbeitsgeschwindigkeit der Papiermaschine sowohl die Zeitbasis, d. h. die Einstellung des Zeitzählers 14 als auch die Einstellung des Frequenzverteilers 11 geändert werden muß, sind die Einstellvorrichtungen beider Bauteile mechanisch miteinander gekuppelt. Die Neueinstellung kann entweder von Hand geschehen oder selbsttätig bei Verstellen der Arbeitsgeschwindigkeit vorgenommen werden, z. B. durch Kupplung mit dem Sollwertgeber für die Geschwindigkeit.
Am Ende der Meßzeit wird der Stand des Mittelwertzählers 12 in den Speicherzähler 17 übertragen. Anschließend wird der Mittelwertzähler 12 gelöscht, erneut gesetzt und wieder zur neuen Einzahlung freigegeben.
Liegt der Stand des Speicherzählers 17 innerhalb eines einstellbaren Zahlenbereiches, so wird ein Ausgangssignal abgegeben und eine Leistungsstufe 18 spricht an. Diese Einrichtung verhütet zu häufiges und zu großes Ansprechen der Regelanordnung. Je nachdem ob nun die aus dem Mittelwertzähler 12 entnommene Abweichung positiv oder negativ ist, wird entweder über Relais 19 das Schütz 21 für Rechtslauf oder über Relais 20 das Schütz 22 für Linkslauf des Stellmotors 23 eingeschaltet. Dieser Stellmotor 23 läuft an und verstellt über ein Getriebe 25 ein Dickstoffmengenventil 26, welches das Verhältnis von Papier-Dickstoff und Verdünnungswasser steuert. Dieser Verstellvorgang dauert im allgemeinen nur Sekunden, ist also sehr klein im Vergleich zur Laufzeit des Stoffes zwischen dem Stellort und dem Meßort.
Die Verstellbewegung des Ventiles 26 wird durch einen an den Stellmotor 23 angekuppelten Impulsgeber 24 an den Speicherzähler 17 zurückgemeldet und zwar in der Weise, daß sein Stand durch die Pulse des Impulsgebers 24 verringert wird. Dies geschieht so lange, bis der Speicherzähler 18 leergezählt ist, worauf dann der Stellmotor 23 abgeschaltet wird. Die Verstärkung des Regelkreises kann durch einen in die Rückmeldung eingesetzten einstellbaren Frequenzteiler 27 geändert werden.
Bei der geschilderten Einrichtung wird davon ausgegangen, daß die Differenz zwischen Soll- und Istwert schon im analogen Teil gebildet wird (z. B. wäre dies auch am Analog-Frequenzumformer 10 möglich) und nur noch die Differenz in einem Kanal digital weiterverarbeitet wird. Es wäre jedoch ebenso möglich, den Istwert zunächst allein digital zu verarbeiten und die Differenz erst im digitalen Bereich, z. B. durch entsprechende Voreinstellung des Mittelwertzählers 12 zu bilden.
Die vorstehend erläuterte Einrichtung erfüllt insgesamt gesehen folgende Anforderungen:
1. Genaue Ermittlung der mittleren Gewichtsabweichung über die Intervalldauer,
2. periodische Auslösung des Ventilstellsignals im Abstand der Dauer einer oder zweier Intervalle,
3. Anpaßbarkeit der Taktzeit der Einrichtung an die Intervalldauer,
4. genaue Einhaltung des Ventilweges durch überlagerte Stellungsregelung (integrale Wirkung),
5. Anpassung an die Regelstrecke durch eine einstellbare Verstärkung und
6. Vorgabe eines einstellbaren Toleranzbereiches zur Vermeidung einer zu häufigen und zu großen Ventilverstellung.
Die geschilderte digitale Regeleinrichtung ist nicht
allein auf die digitale Flächengewichtsregelung beschränkt, sondern kann z. B. in ähnlicher Form auch bei Holzschleifern angewandt werden, bei denen die Leistung über lange Zeiträume, z. B. über Stunden, zu integrieren ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Abtastregelung zum Regeln einer Eigenschaft einer durchlaufenden Papierbahn od. dgl. durch intermittierende Messung, Mittelwertbildung und einen Stelleingriff beim Überschreiten vorgegebener Grenzwerte, mit einer durch die Laufzeit der Bahn vom Stellort zum Meßort bedingten Totzeit, dadurch gekennzeichnet, daß eine dem gemessenen Flächengewicht oder seiner Abweichung von einem vorgegebenen Wert proportionale Spannung am Eingang eines Spannungsfrequenzumsetzers (10) liegt, der über einen entsprechend der Meßzeit voreingestellten Frequenzteiler (11) mit einem Mittelwertzähler (12) verbunden ist, daß die jeweilige Freigabe des Mittelwertzählers (12) durch einen Zeitzähler (14) steuerbar ist, daß der Stand des Mittelwertzählers (12) am Ende der Meßzeit in einen Speicher (17) übernehmbar ist, der beim Überschreiten der vorgegebenen Grenzwerte einen definierten Stellbefehl an ein Stellglied (23) ausgibt und daß Zeitzähler (14) und Frequenzteiler (11) selbsttätig bei Veränderungen der Totzeit gemeinsam verstellbar sind.
2. Abtastregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der als Zähler ausgebildete Speicher (17) abhängig von der durch das Stellsignal gesteuerten Bewegung des Stellgliedes (23) Rückmeldeimpulse erhält, welche eine Rückstellung seines Zählerstandes bewirken.
3. Abtastregelung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rückmeldung des Stellsignals ein einstellbarer Frequenzteiler (27) eingesetzt ist.
4. Abtastregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anschaltung der Abweichung des Flächengewichtes an den Spannungs-Frequenzumsetzer (10) eine Hilfsspannung zur Abweichung zusetzbar ist und daß diese Hilfsspannung durch Voreinstellung des Mittelwertzählers (12) berücksichtigbar ist.
5. Abtastregelung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung zur Leistungsregelung bei Holzschleifern.
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