DE1673594A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Regelsignals fuer automatisch gesteuerte Einrichtungen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Regelsignals fuer automatisch gesteuerte Einrichtungen

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Description

PATENTANWALTS Dipl.-Ing. EIDENEIER DIpL-Chem. Dr. RUFF Dipping. J. BEIER Z Stuttgart-l, NeckarstraBa 50
14. Hai 1970
Anmelderin: österreichische ßtudiengeseilschaft für
Atomenergie Ges. m.b.H., Wien, Lenaugasse 10
Aktenzeichen: P 16 73 594.7-52
Unser Zeichens A 11 438
Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Regelsignales für automatisch gesteuerte Einrichtungen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eine· Regelaignale· für automatisch gesteuerte Einrichtungen» wobei das Regelaignal von einer digitalen Meßgröße abgeleitet wird.
Bei digitalen Meßgeräten, insbesondere solchen, die mit Strahlungsdetektoren arbeiten, steht die Meßgröße am Ausgang wohl kontinuierlich zur Verfügung· D» die Mos· sung aber diskontinuierlich erfolgt» Jtndert sie «ich zu diskreten, im allgemeinen periodischen Zeitpunkten.
Inbesondere aufgrund der physikalischen Eigenschaften der Strahlungsdetektoren ist die Meßgröße statistischen Schwankungen (£ *T&) unterworfen! ihr Mittelwert besitzt Jedoch bei hinreichend großen Integrationszeiten eine sehr gut· Genauigkeit»
Viele industrielle Produktionen» bei denen derartige MeßgerMte eingesetzt werden, laufen kontinuierlich* Dabei ist «in· zeitliche Verzögerung zwischen jeder änderung der Einstellung de« Stellgliedes und de* Nachweis der Beeinflussung der Produktion an der Meßstelle unvermeidlich.
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AD ORONAl.
Es tritt also neben der unvermeidlichen Verflachung der Auswirkung einer raschen Veränderung des Stellgliedes auch eine echte Verzögerung auf, in der überhaupt noch Jkeine Wirkung nachzuweisen ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sollen nun ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen werden, bei denen die statistischen Schwankungen des Meßresultates das Stellglied nicht beeinflussen, während echte Abweichungen vom Sollwert möglichst rasch eine Reaktion des Stellgliedes auslasen.
Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, daß von jeder Einzelmessung des Digitalmeßgerätes die Differenz zwischen Ist- und Sollwert gebildet wird, daß diese Einzeldifferenz gespeichert und mit einstellbaren Grenzwerten für die statistischen Schwankungen des Meßwertes bzw. für Fehlmessungen oder Materialfehler des Meßgutes verglichen wird und daß bei tiberschreiten «ine· Grenzwertes für di· statistischen Schwankungen durch ein« Einzeldifferenz ein Regeleignal auf die Stellgliedsteuerung der gesteuerten Einrichtung einwirken gelassen wird, während bei Überschreiten eines anderen Grenzwertes für Fehlermessungen oder Materialfehler die Einzeldifferenz gelöscht und die Abgabe eines Regelsignalee unterdrückt wird,
Die Vorrichtung iur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß der die Meßgröße abgebende Ausgang de· Digitaleeßgerätes und ein Sollwertgeber mit einem Differenzbildner verbunden sind, an den der Einzeldifferenzspeicher mit der Vergleichseinrichtung und einem Regelsjfialgenerator angeschlossen sind, wobei der letztere mit dem Stellgiiedspeicher für die Steuerung der Einrichtung verbunden 1st.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben« Die Zeichnung zeigt schema tisch das Blockschaltbild der erfinduAgagemäßen Vorrichtung.
Xs sei angenommen, dad es sich beim Meßgerät um eine Digitalmeßeinriohtung mit radioaktiven Detektoren handelt. Derartige Meßgeräte können bei der Produktion von
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Stahlbändern, Rohren usw. verwendet werden. Es sei aber darauf hingewiesen, daß die Einrichtung selbstverständlich unabhängig ist von der speziellen Art der Messung und des Meßgutes. Auch das abgeleitete Regelsignal ist unabhängig von der Art der Produktion und der Form und der Charakteristik des zu regelnden Stellgliedes. Das Regelglied soll aber in Form eines statischen Ausgangswertes für das Stellglied zur Verfügung stehen, damit die elektronische Regelung in sich geschlossen arbeiten kann. Die Art und Charakteristik des Stellgliedes wird in der Nachführeinrichtung berücksichtigt, welche die Differenzen zwischen dem Istwert des Stellgliedes und dem Ausgangswert der elektronischen Regelung ausgleicht. Als Stellglieder kommen alle Regeleinrichtungen in Produktioneabläufen, in denen das produzierte Gut einer digitalen Messung zugänglich ist, z.B. Steuerungen des VfalzenabStandes, einer Düsen- oder Schiebeeinrichtung, der Temperatur, des Druckes, der Vorschubgeschwindigkeit von Heiz- -und Kühlleistungen, der Materialportionierung, Änderungen von Mischungsverhältnissen und dgl. in Frage.
Der die Meßgröße abgebende Ausgang 2 des Digitalmeßgerätes 1 und ein Sollwertgeber h sind mit einem Differenzbildner 3 verbunden, wo die Differenz zwischen dem SoIl- und dem Istwert gebildet wird; z.B. in der Art, daß gleichzeitig mit der Erzeugung des Meßergebnisses dieselbe Zahl von Impulsen vom Sollwert subtrahiert wird. Diese Einzeldifferenz wird in einem Einzeldifferenzspeicher 5 gespeichert und in einer Vergleichseinrichtung 6 mit Grenzwerten verglichen. Der Vergleich erfolgt mit dem einstellbaren Grenzwert (Grenzwert i) für die statistischen Schwankungen, die z.B. 2b bis 36" betragen können. Übersteigt eine Ein» zeldifferenz diesen Grenzwert I, so wird von einem Regelsignalgenerator 7 ein Signal an einen Stellgliedspeicher 8 weitergegeben. Der Speicher 8 kann dann entsprechend der Abweichung um einen Schritt verstellt werden oder, falls eine genauere Anpassung an die Größe der Abweichung notwendig ist, kann eine der Abweichung proportionale Impuls-
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zahl in den Speicher eingebracht bzw. aus ihm entnommen werden. Sämtliche Überträge von Regelsignalen auf den Stellgliedspeicher 8 müssen so bemessen sein, daß periodische Re gel Schwingungen vermieden werden, d.h. , die hervorgerufene Änderung am Produktionsgut muß kleiner als die gemessene Abweichung vom Sollwert.
Um das mehrmalige Berücksichtigen einer andauernden MaterialStärkenabweichung innerhalb der Meßverzögerung Tv zu verhindern, muß von allen innerhalb dieser Zeii}d.iegenden Einzeldifferenzwerten ein Betrag abgezogen werden, der der berücksichtigten Abweichung entspricht. Dazu wird der Betrag in einem Reduktionsspeicher 10 für die Zeit Tv aufgehoben. Die Beträge werden vom Regelsignalgenerator 7 in eine Reduktionsspeicherlogik 11 eingebracht. Durch diese Logik wird dann der Betrag bei der Bildung weiterer Einzeldifferenzen berücksichtigt, z.B. indem im Einzeldifferenzspeicher 5 eine entsprechende Impulszahl entsprechend der Polarität der Abweichung addiert oder subtrahiert wird. Falls weitere innerhalb der Meßverzögerungszeit auftretende Einzeldifferenzen berücksichtigt werden müssen, sind so viele Reduktionsspeicher 10 notwendig, als Meßwerte innerhalb von Tv anfallen* Genügt es, weitere Abweichungen gleicher Polarität im noch zu beschreibenden Summendifferenzspeicher zu berücksichtigen, so kann eine einfachere Logik verwendet werden, die die direkte Berücksichtigung dieser Einzeldifferenzen unterbindet. Je nach dem behandelten Fall können auch Mitteldinge zwischen dieser einfachen und der vorher erwähnten komplizierten Reduktionslogik angewendet werden.
Bei Meß- oder Materialfehlern treten Abweichungen vom Sollwert auf, die weit über den normalen Grenzen liegen« Da die Berücksichtigung derartiger Werte die automatische Regelung stark stören würde, müssen sie unterdrückt werden. D.h. also, die Vergleicheeinrichtung 6 muß die Bildung eines Regelsignales verhindern und gleichzeitig die Einzeldifferenz im Speicher 5 löschen, wenn die
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Einzeldifferenz einen geeignet gewählten Grenzwert IX tiberschreitet. Es ist günstig, wenn die Vergleichseinrichtung 6 mit einem Zähler 19 für die Fehlermessungen von Materialfehlern ^koppelt ist, bei denen der Grenzwert II überschritten wird· Bei Überschreiten einer gewissen Anzahl innerhalb einer gewissen Zeit kann dann eine Alarmanlage ausgelöst werden.
Nach der beschriebenen Auswertung der Einzeldifferenzen wird der gegebenenfalls reduzierte Betrag einem Summendifferenzspeicher 13 zugeführt. Der Speicher 5 ist mit dem Speicher 13 über ein Tor 12 verbunden, das durch einen Impuls von der Vergleichseinrichtung 6 nach Prüfung und eventueller Berücksichtigung einer Einzeldifferenz geöffnet wird. Auch die Impulszahl im Speicher 13 wird in einer Vergleichseinrichtung 15 mit einem einstellbaren Grenzwert (Grenzwert III) verglichen. Die Grenzen sind dabei so zu legen, daß die statistischen Schwankungen im allgemeinen keine Regelsignale auslösen, und die echten Abweichungen nur nach einer Integrationszeit größer als Tv wirksam werden. Auch hier ist wieder ein RegelSignalgenerator 16 vorgesehen, der in der oben beschriebenen Weise dem Stellgliedspeicher 8 ein Regelsignal zuführt. Auch hier teilt der Regelsignalgenerator 16 dem Summendifferenzspeicher 13 die Erzeugung eines Regeleignales mit· Allerdings wird die berücksichtigte Abweichung nur einmal abgezogen.
Je länger die Integrationszeit (Aufsummieren der Einzeldifferenzen im Summendifferenzspeicher 13) ist, desto kleinere Materialabweichungen führen zu einer Überschreitung cfes eingestellten Grenzwertes. Da die Größe des Regelsignalee, das dem Stellgliedspeicher 8 zugeführt wird, etwa der hervorrufenden Materialabwolchung entsprechen soll, muß die Größe des Regelsignales mit steigender Integrationszeit abnehmen (ΔΤ Steuerung 18), Dadurch können auch sehr kleine Materialabweichungen ausgeregelt warden und gleichzeitig die AinpLltude der unvermeidlichen Segelschwingungen kletngehaLton werden,
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Die Übertragung der Regelsignale zum Stellgliedspeicher 8 erfolgt so, daß nach Überschreiten des jeweiligen Grenzwertes der Speicher 5 bzw. der Speicher 13 auf leergezählt werden. Die Dauer dieser Zählung entspricht dabei der Größe der Abweichung. Während der Zählung wird der Sollwert im Stellgliedspeicher 8 durch Impulse einer entsprechend gewählten (gegebenenfalls durch die Δ T-Steuerung 18 beeinflußte) Frequenz in der richtigen Richtung ebenfalls proportional der Abweichung verstellt.
Die Steuerung 18 berücksichtigt die Integrationszeit aufgrund der Signale die sie von der Vergleichseinrichtung 15 bekommt.
Der Stellgliedspeicher 8 ist mit der Stellgliedsteuerung 21 der gesteuerten Einrichtung 9 so verknüpft, daß die Beeinflussung der Materialstärke über den ganzen Bereich gleichmäßig erfolgt. Die Kenngrößen des Produktionsablaufes sind bei der Einstellung der Grenzwerte in den Vergleichseinrichtungen 6 und 15 sowie bei den Frequenzverhältnissen der Regelsignalübertragung zu berücksichtigen, ebenso die Meßverzögerui^pzeit bei der Logik 1 1 für die Reduktion der Einzeldifferenzwerte. Bei der Verknüpfung des Stellgliedspeichers 8 mit dem Stellglied 21 können auch weitere variable Parameter der Produktion berücksichtigt werden, wie z.B. erhebliche Änderungen des zufließenden Materialgemisches, die eine wesentliche Änderung der Einstellung des Stellgliedes nötig machen und deren Ausregelung über die empfindliche Regelschaltung zu Komplikationen führen würde. Mit der Stellgliedsteuerung 21 kann noch ein Stellgliedpositioneanzeiger 22 verbunden werden.
Da auch die Summendifferenz statistischen Schwankungen unterliegt, deren Absolutwert mit der Wurzel aus der Zahl der aufsummierten Messungen anwächst, können die statistischen Schwankungen jede fest eingestellte Schwelle nach einer entsprechend großen Integrationszeit erreichen, und zu unechten RegelSignalen führen. Könnte man die Funktion Summendifferenz gebrochen durch die Wurzel der Zahl der Messungen bilden, «o ließen sich unechte
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- 6 -BAD ORJGINAi.
Regelsignale aufgrund der statistischen Schwankungen vermeiden, da die Schwankung dieser Funktion konstant ist, echte Abweichungen der Materialstärke und damit der Einzelmeßwerte vom Sollwert aber zu einem kontinuierlich steigenden Funktionswert führen· Wenn die Wirkung einer Überschreitung des Summendifferenzgrenzwertes (Grenzwert III) auf den Stellgliedspeicher gleichzeitig mit dem Kehrwert der Messungen abnimmt, so ergibt sich eine ideal funktionierende Regelung. Dies läßt sich aber nur mit einer prozeßregelnden elektronischen Rechenmaschine exakt erreichen. Bine Funktion mit einer ähnlichen Wirkung läßt sich aber auch anders erzielen.
Man kann das laufende Ansteigen der statistischen Schwankungen des Inhaltes im Summendifferenzspeicher 13 auch dadurch verhindern, daß der Inhalt in periodischen Abständen durch eine Reduktionseinrichtung 17 durch eine geeignete Zahl dividiert wird. Aufgrund der funktioneilen Zusammenhänge werden dabei die Abweichungen gegenüber den statistischen Schwankungen hinreichend bevorzugt.
Aus elektronischen Gründen kann der Inhalt des Speichers 13 z.B. besonders einfach durch 2 dividiert werden und zwar durch Verschieben des Inhaltes eines binären Zählers um eine Stelle. Dadurch können noch Abweichungen von Bruchteilen der mittleren Schwankung bei Einzelmessung verläßlich ausgeregelt werden. Stimmt man den Divisor, den zeitlichen Abstand des Dividierens und die Einstellung der Grenzwerte des Summendifferenzpeichers auf einander und auf die zu steuernde Einrichtung ab, so ergeben sich außerordentlich günstige Verhältnisse.
Durch die Erfindung ist es ermöglicht werden, die hohe erreichbare GenauigleLt langer Integrationszeiten auszunützen und den störenden Einfluß der statistischen Schwankungen wirksam zu unterbinden. Die Erfindung kann z.B. bei Produktionsvorgängen Anwendung finden, bei denen Dickenmeßgeräte eingesetzt werden, wie bei der Herstellung von Asbestzementplatte^ Stahlblechen, Karton,
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Kunststoffplatten, Glasplatten und dgl. Es lassen sich
aber auch andere Parameter, wie Temperatur u.a., digital ermitteln, so daß auch Produktionsvorgänge, bei denen
diese Parameter tiberwacht werden müssen, die vorliegende Erfindung verwenden können. Die Erfindung läßt sich aber auch in Zusammenhang mit anderen Meßgeräten, z.B. optischer und elektrischer Art benutzen.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche :
    1. Verfahren zur Erzeugung eines Regelsignales für automatisch gesteuerte Einrichtungen, wobei das Regelsignal von einer digitalen Meßgröße abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß von jeder Einzelmessung des Digitalmeßgerätes die Differenz zwischen !stund Sollwert gebildet wird, daß diese Einzeldifferenz gespeichelt und mit einstellbaren Grenzwerten für die statistischen Schwankungen des Meßwertes bzw. für Fehlmessungen oder Materialfehler des Meßgutes verglichen wird, und daß bei Überschreiten eines Grenzwertes für die statistischen Schwankungen durch eine Einzeldifferenz ein Regelsignal auf die Stellgliedsteuerung der gesteuerten Einrichtung einwirken gelassen wird, während bei Überschreiten eines Grenzwertes für Fehlermessungen oder Materialfehler die Einzeldifferenz gelöscht und die Abgabe eines Regelsignales unterdrückt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung einer mehrmaligen Berücksichtigung einer Abweichung des Meßwertes vom Sollwert innerhalb der Meßverzögerung von allen innerhalb dieser Zeit liegenden Einzeldifferenzen ein der bereits berücksichtigten Abweichung entsprechender Betrag abgezogen wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag in einem Reduktionsspeicher für die Zeit der Meßverzögerung gespeichert und bei der Speicherung der Einzeldifferenzspeicher entsprechend beaufschlagt wird.
    k. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag jeder weiteren, während der Meßverzögerungszeit auftretenden, von der berücksichtigten Einzeldifferenz soweit abweichenden Einzeldifferenz, daß sie selbst zusätzlich berücksichtigt wird, in einem gesonderten Reduktionaapeieher ge« speichert wird«
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    5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berücksichtigung weiterer Einzeldifferenzen unterbunden wird.
    6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nur bei Auftreten einer den Grenzwert überschreitenden Einzeldifferenz umgekehrter Polarität ein weiteres Regelsignal abgegeben wird.
    7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Überschreitungen der Grenzwerte für Fehlermessungen oder Materialfehler gesondert gespeichert werden und bei Übersteigen einer bestimmten Größe pro Zeitintervall eine Alarmanlage auslösen.
    8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach Auswertung der Einzeldifferenzen diese gegebenenfalls reduziert, einem Summendifferenzspeicher zugeführt werden, wo die Werte über eine Integrationszeit gespeichert und mit einstellbarem Grenzwert verglichen werden, wobei bei Überschreiten eines Grenzwertes Regelsignale gebildet werden.
    9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwert der Summendifferenz nach einer geeigneten Funktion der berücksichtigten Messungen, z.B. der Quadratwurzel der Messungen, gesteuert wird.
    10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelsignale einem Stellgliedspeicher zugeführt werden, der seinerseits mit dem Stellglied durch eine Nachlaufsteuerung verknüpft ist.
    11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzwerte so gewählt vind, daß die statistischen Schwankungen keine Regelsignale auslösen und die echten Abweichungen vom Sollwert erst nach einer Integrationszeit wirksam werden, die größer ist als die Meßverzögerung,
    12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Regeleignale mit steigender Integrationszeit abnimmt»
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    13· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach Überschreiten des jeweiligen Grenzwertes der Einzel- bzw. Summendifferenzspeicher auf Null leergezählt wird, wobei während dieser Zählung der Sollwert im Stellgliedspeicher durch Impulse einer gegebenenfalls zeitlich veränderlichen Frequenz verstellt wird.
    14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ,dadurch gekennzeichnet, daß die ausgenützte Integrationszeit die Frequenz eines RegelSignalgenerators steuert.
    15· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhalt des Summendifferenzspeichers periodisch durch einen festgelegten Betrag, z.B. durch 2, dividiert wird.
    16. Verfahren nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß der Divisor, der zeilliche Abstand des Dividierens und die Einstellung der Grenzwerte des Summendifferenzspeichers aufeinander und auf die zu steuernde Einrichtung abgestimmt sind.
    17· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der die Meßgröße abgebende Ausgang (2) des Digitalmeßgerätes (1) und ein Sollwertgeber (4) mit einem Differenzbildner (3) verbunden sind, an den der Einzeldifferenzspeicher (5) niit der Vergleichseinrichtung (6) und einem Regelsignalgenerator (7) angeschlossen sind, wobei der letztere mit dem Stellgliedspeicher (8) für die Steuerung der Einrichtung verbunden ist.
    18. Vorrichtung nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß der Einzeldifferenzspeicher (5) »it den Ausgängen von Reduktionsspeichern (1O) und einer Reduktionslogik (11) verbunden ist, wobei der Eingang der Logik an den Regelsignalgenerator (7) angeschlossen ist.
    19· Vorrichtung nach Anspruch 17 o*r 1S1 dadurch gekennzeichnet, daß der Einzeldifferenjcspeicher (5) Über/Tor (12), das durch die Vergleichseinrichtung
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    steuerbar ist, mit dem Summendifferenzspeicher 03) verbunden ist. der seinerseits wieder eine Vergleichseinrichtung (15) und einen Regelsignalgenerator (16) aufweist.
    20. Vorrichtung nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Vergleichseinrichtung (15) mit dem Regelsignalgenerator (16) und einer Steuereinrichtung (18) für den Regelsignalgenerator verbunden ist.
    21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Summendifferenzspeicher (13) eine Einrichtung (17) zur periodischen Reduktion des Speicherinhaltes verbunden ist.
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