DE1673594C3

DE1673594C3 -

Info

Publication number: DE1673594C3
Application number: DE1673594A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. Attwenger; Rupert Dr. Patzelt
Original assignee: Oesterreichische Studiengesellschaft Fuer Atomenergie Gmbh, Wien
Current assignee: Oesterreichisches Forschungszentrum Seibersdorf GmbH
Priority date: 1966-07-26
Filing date: 1967-07-22
Publication date: 1974-04-04
Also published as: US3584203A; DE1673594B2; GB1199174A; CH494423A; AT266475B; DE1673594A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Regelsignals für automatisch geregelte Einrichtungen, bei welchem Verfahren das Regelsignai von einer digitalen Meßgröße abgeleitet, von jeder Einzelmessung des Digi-Sümeßgeräte, die Differenz zwischen Ist- und Sollwert gebildet, diese Differenz gespeichert und dann zur Bildung eines Regelsignals herangezogen wird.

Bei digitalen Meßgeräten, insbesondere solchen, die mit Strahlungsdetektoren arbeiten, steht die Meßgröße am Ausgang wohl kontinuierlich zur Vertugung. Da die Messung aber diskontinuierlich erfolgt, lindert sie sich zu diskreten, im allgemeinen penodisehen Zeitpunkten.

Insbesondere auf Grund der physikalischen Eigenschalten der Strahlungsdetektoren ist die Meßgröße statistischen Schwankungen (o = VN). unterworfen; ihr Mutelwert besitzt jedoch bei hinreichend großen Integrationszeiten eine sehr gute Genauigkeit

Es ist eine Regelanordnung m.t digitaler Sollwertvorgabe und digitaler Istwerterfassung bekannt, bei der in einem Differenzzähler die Abweichung zwisehen Soll- und Istwert festgestellt wira und die Abweichung zur Führung eines Stellgliedes benutzt wird. die dadurch gekennzeichnet ist, daß die von der digitalen Meßeinrichtung abgegebenen Signale über einen Zwischenspeicher auf einen Istwertzähler übertragen werden und in einem Vorzeichenauswerter laufend ein Vergleich zwischen Soll- und Istwert nur dem Vorzeichen nach durchgeführt w.rd und daß bei zu kleinem oder zu großem Istwert über den Zw,-Seitenspeicher dem Istwertzähler zusätzliche Impulse hinzugefügt oder abgezogen werden, bis Soll- und Istwert dem Betrag nach Übereinstimmen, wobei die der Regelabweichung entsprechende Zahl der zusatzliehen Impulse dem Vorzeichen nach mit einem D,fferenzzahler erfaßt wird.

Die Druckschrift, welche diese Regelanordnung beschreibt enthält keinen Hinweis auf e-ne entsprechende Berücksichtigung von statistischen Schwan-

echte

25

eines

30 Verzögerung auf, in der überhaupt noJi

Gemäß ^d" ^Ä^^^ctaffe? werden, Verfahren und eine V°^rnC _Sch^_kungen des Meßbei denen die stat st«en _beeinflussen, während vom Sollwert möglichst rasch ™ _ausi_ösen.

^f^^^mu vorgeschlagen, daß Erfindungsgema^ _{e]lbaren Gren}zwerten

J^ede ΙΞ,ηζ,^JSSn Schwankungen des Meßwertes fur die ^sta^^s^^h/" „_,* öder Materialfehler des fur ζ^™ f _{d und daß} ^ überschreiten * _tistischen Schwankun-

%^^Γ&_ηκΙαΪΓ&Γβηζ ein Regelsignal auf gen durch^ eine tmz _geregelten Einrichtung

^{die bt}.^e'⁸ '„,"«"„ _wird während bei Überschreiten einwirken gelesen w , _oder Mate^^™^ und die Ab^^^t wird, be e £gg ^^ ^ Methoden digitaler

c_v52ne tu einer wesentlichen Verbesserung der Ge- ^sterne zu emer we se ^ _{werden bei der}

nauigkeu verwena _K _{der Rege}lsignale vor^Erfindu7^gS^a"_rfoi_ßen bei der Erfindung in vor %^FJZllSkungcn von Fehlmessun- ^^^ ^^Materialfehlern, die beide M-gen und Messung von Regelstrecke sehr

sehe Meßwer e J«^em

stark ^st°™" *" ' Durchführung des Verfahrens ,It^ZhZ^kennzeichnet daß der die Meßgröße »» dadurdi 8j£™«2 ^ _gitalmeßgerätes und ein

Differenzbildner verbunder ^^ ^ _{der Ver}

■ Regelsignalgeneratoi

Jj^^^J, wob^ deHeJre mit L· Stell angesch«ossen siaa, _d Einrichtung ver

gliedspcicher fur die Steuerung

^^ΰΜ « ; _sbeispiel der Erfindung wird in

im aumu β t- _{äher beschne}

folgenden an Hand der Ä.^Jt^ _{das B},_ock ben Die Zeichnung; zeig
schaltbild ^der

45

so

nauigkeit des Mittelwertes mehrerer Messungen fur wendet werden. eine entsprechend genaue Regelung auszunutzen. die E.nnch ung f^

Bei dieser bekannten Anordnung ist eine digitale 60 der speziellen Art der

_g _{is v0} Meßgute:

,velche die Differenzen zwischen dem Istwert des Vergleichseinrichtung 6 muß die Bildung eines Restellgliedes und dem Ausgangswert der elektroni- gelsignals verhindern und gleichzeitig die Einzeldiffeschen Regelung ausgleicht. Ais Stellglieder kommen renz im Speicher 5 löschen, wenn die Einzeldifferenz alle Regeleinrichtungen in Produktionsabläufen, in einen geeignet gewählten Grenzwert II überschreitet, denen das produzierte Gut einer digitalen Messung S Es ist günstig, wenn die Vergleichseinrichtung 6 mit zugänglich ist, z.B. Steuerungen des Walzenabstan- einem Zähler 19 für die Fehlermessungen von Matedes, einer Düsen- oder Schiebeeinrichtung, der Tem- rialfehlern gekoppelt ist, bei denen der Grenzwert II peratur, des Druckes, der Vorschubgeschwindigkeit überschritten wird. Bei Überschreiten einer gewissen von Heiz- und Kühlleistungen, der Materialportio- Anzahl innerhalb einer gewissen Zeit kann dann eine nierung, Änderungen von Mischungsverhältnissen io Alarmanlage ausgelöst werden.
u. dgl. in Frage. Nach der beschriebenen Auswertung der Einzel-

Der die Meßgröße abgebende Ausgang 2 des Digi- diffciinzen wir<l der gegebenenfalls reduzierte Betrag talmeßgcrätes 1 und ein Sollwertgeber 4 sind mit einem Summendifferenzspeicher 13 zugeführt. Der einem Differenzbildner 3 verbunden, wo die Diffe- Speicher 5 ist mit dem Speicher 13 über ein Tor 12 renz zwischen dem Soll- und dem Istwert gebildet 15 verbunden, das durch einen Impuls von der Verwird; z. B. in der Art, daß gleichzeitig mit der Erzeu- gleichseinrichtung 6 nach Prüfung und eventueller gung des Meßergebnisses dieselbe Zahl von Impulsen Berücksichtigung einer Einzeldifferenz geöffnet wird. vom Sollwert subtrahiert wird. Diese Einzeldifferenz Auch die impuUzahl im Speicher 13 wird in einer wird in einem Einzeldifferenzspeicher 5 gespeichert Vergleichseinrichtung 15 mit einem einstellbaren und in einer Vergleichseinrichtung6 mit Grenzwer- ao Grenzwert (Grenzwert III) verglichen. Die Grenzen ten verglichen. Der Vergleich erfolgt mit dem ein- sind dabei so zu legen, daß die statistischen Schwanstellbaren Grenzwert (Grenzwert I) für die statisti- kungen im allgemeinen keine Regelsignale auslösen sehen Schwankungen, die z. B. 2 bis 3 η betragen und die echten Abweichungen nur nach einer Intekönnen. übersteigt eine Einzeldifferenz diesen grationszeit größer als Tv wirksam werden. Auch Grenzwert I- so wird von einem Regelsignalgenera- 25 hier ist wieder ein Rcgelsignalgenerator 16 vorge-etor 7 ein Signal an einen Stellgliedspeicher 8 weiter- hen, der in der oben beschriebenen Weise dem Stellgegeben. Der Speicher 8 kann dann entsprechend der glicdspeirVierS ein Rege !signal zuführt. Auch hier Abweichung um einen Schritt verstellt werden oder, teilt der Rcgclsipnalgcnerator 16 dem Summendiffefalls eine genauere Anpassung ai> die Größe der Ab- renzspeicher 13 die Erzeugung eines Regelsignals weichung notwendig ist, kann eine der Abweichung 30 mit. Allerdings wird die berücksichtigte Abweichung proportionale Impulszahl in den Speicher einge- nur einmal abgezogen.

bracht bzw. aus ihm entnommen werden. Sämtliche Je länger die Integrationszeit (Aufsummieren der Überträge von Regelsignalen auf den Stellgliedspci- Einzcldlffcrenzen im Summendifferenzspeicher 13) eher 8 müssen so bemessen sein, daß periodische Re- ist, desto kleinere Matcrialabwcichungcn führen zu gelschwingungcn vermieden werden, d. h., die her- 35 einer Überschreitung des eingestellten Grenzwertes, vorgerufene Änderung am Produktionsgut muß klei- Da die Größe des Regelsignals, das dem Stellgliedner sein als die gemessene Abweichung vom Sollwert, speichere zugeführt wird, etwr der hervorrufenden

Um das mehl malice Berücksichtigen einer an- Mnterialabweichung entsprechen soll, muß die Größe dauernden Materialstäikenabweichung innerhalb der des Regelsignals mit steigender Iiilegialionszcit ab-Meßverzögerung Tv zu verhindern, muß von allen 40 nehmen (A T Steuerung Ϊ8). Dadurch können auch innerhalb dieser Zeit liegenden Einzeldifferenzwerten sehr kleine Materialabweichungeu ausgeregelt verein Betrag abgezogen werden, der der berücksichtig- den und gleichzeitig die Amplitude der unvermeidliten Abweichung entspricht. Dazu wird der Betrag in chen Regel schwingungen klein gehalten werden,
einem Reduktionsspeicher 10 für die Zeit Tv auf ge- Die Übertragung der Regelsignalc zum Stellgliedhoben. Die Beträge werder. vom Regelsignalgenera- 45 speicher 8 erfolgt so, daß nach Überschreiten des jctor7 in eine Reduktionsspeicherlogik 11 eingebracht. weiligen Grenzwertes der Speicher 5 bzw. der Spei-Durch diese Logik wird dann der Betrag bei der BiI- eher 13 auf 0 leergczählt werden. Die Dauer dieser dung weiterer Einzeldifferenzen berücksichtigt, z. B. Zählung entspricht dabei der Größe der Abweiindem im Einzcldifferenzspeicher 5 eine entspre- chung. Während der Zählung wird der Sollwert im chende Impulszahl entsprechend der Polarität der 50 Stellgliedspeicher 8 durch Impulse einer entspre-Abweichung addiert oder subtrahiert wird. Falls wei- chend gewählten (gegebenenfalls durch die .1 T-tere innerhalb der Meßverzögerungszeit auftretende Steuerung 18 beeinflußte) Frequenz in der richtigen Einzeldifferenzen berücksichtigt werden müssen, sind Richtung ebenfalls proportional der Abweichung so viele Reduklionsspeicher 10 notwendig, als Meß- verstellt.

werte innerhalb von Tv anfallen. Genügt es, weitere 55 Die Steuerung 18 berücksichtigt die Integrations-Abweichungen gleicher Polarität im noch zu be- zeit auf Grund der Signale, die sie von der Verschreibenden Summendifferenzspeicher zu berück- gleichseinrichtung 15 bekommt,
sichtigen, so kann eine einfachere Logik verwendet Der Sleligliedspcicher 8 ist mit der Stellgliedsteue werden, die die direkte Berücksichtigung dieser Ein- rung 2t der gesteuerten Einrichtung 9 so verknüpft zeldifferenzen unterbindet. Je nach dem behandelten 60 daß die Beeinflussung der Matcrialstärke über der Fall können auch Mitleidinge zwischen dieser einfa- ganzen Bereich gleichmäßig erfolgt. Die Kenngröße· chen und der vorher erwähnten komplizierten Re- des Produktionsablaufes sind bei der Einstellung de duktionslogik angewendet werden. Grenzwerte in den Vergleichseinrichtungen 6 und 1! Bei Meß- oder Materialfehlern treten Abweichun- sowie bei den Frequenzverhältnissen der Rcgelsignal gen vom Sollwert auf, die weit über den normalen 65 Übertragung zu berücksichtigen, ebenso die Mcßvcr Grenzen liegen. Da die Berücksichtigung derartiger zögerungszeit bei der Logik 11 für die Rc.; \ de Werte die automatische Regelung stark stören würde, Einzeldiffercnzwcrte. Bei der Verknüpfung ;.< Stell müssen sie unterdrückt werden. Das heißt also, die gliedspeichers 8 mit dem Stellglied 21 könucn auc

weitere variable Parameter der Produktion berücksichtigt werden, wie z. B. erhebliche Änderungen des zufließenden Materialgemisches, die eine wesentliche Änderung der Einstellung des Stellgliedes notig machen und deren Ausregelung über die empfindliche Regelschaltung zu Komplikationen führen wurde Mit der Stellgliedsteuerung 21 kann noch ein .»tellgliedpositionsanzeiger 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 Regclsignalcn führen. Könnte man die Funktion Summendifferenz gebrochen durch ehe Wurzel der Zahl der Messungen bilden, so ließen sich unechte Regclsignalc auf Grund der statistischen Schwankungen vermeiden. Ja die Schwankung dieser Funktion konstant ist, echte Abweichungen der Matcrialstärke und damit der Einzel meßwertc vom Sollwert aber zu einem kontinuierlich steigenden Funktionswert führen. Wenn die Wirkung einer Überschreitung des Summend.fferenzgrcnzwertes (Grenzwert IH) auf den Stellghedspeichcr gleichzcitij. mil dem Kehrwert der Messungen abnimmt, so ergib; sich eine ideal funktionierende Regelung Dies läßt sich aber nur mit einer ptuzeßregclnden elektronischen Rechenmaschine exakt erreichen Eine Funktion mit einer ähnlichen Wirkung laßt sich aber auch anders erzielen. .

Man kann das laufende Ansteigen der statistischen Schwankungen des Inhalts im Summendiffcrenzspeicher 13 auch dadurch verhindern, daß der Inhalt in periodischen Abständen durch eine Reduktionseinrichtung 17 durch eine geeignete Zahl dividiert wird. Auf Grund 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 Inhalts ίο 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 t5 Grenzwerte des Summendifferenzspeichers aufeinander und auf die zu steuernde Einrichtung ab, so ergeben sich außerordentlich günstige Verhältnisse.

Durch die Erfindung ist es ermöglicht worden, die hohe erreichbare Genauigkeit langer Integrationszeiten auszunutzen und den störenden Einfluß der statistische-· Schwankungen wirksam zu unterbinden. Die Erfindung kann z. B. bei Produktionsvorgängen Anwendung finden, bei denen Dickenmeßgeräte eingesetzt werden, wie bei der Herstellung von Asbestas zementplattcn, Stahlblechen Kanon. Kunststoff platten u.dgl. Es lassen sich aber auch andere Parameter, wie Temperatur u. ä., digital ermitteln, se daß auch Produktionsvorgänge, bei denen diese Parameter überwacht werden müssen, die vorliegende Erfindung verwenden können. Die Erfindung läßt siel· aber auch in Zusammenhang mit anderen Meß geräten, z. B. optischer und elektrischer Art, benutzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409614/2

Claims

Patentansprüche:

I.Verfahren zur Erzeugung eines Regelsignals für automatisch geregelte Einrichtungen, bei welchem Verfahren das Regelsignal von einer digitalen Meßgröße abgeleitet, von jeder Einzelmessung des Digitalmeßgerätes die Differenz zwischen Ist- und Sollwert gebildet, diese Differenz gespeichert und dann zur Bildung eines Regelsignals herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einzeldifferenz 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 statistischer. Schwankungen durch eine Einzeldifferenz ein Regelsignal auf die Stellgliedsteuerung der geregelten Einrichtung einwirken gelassen wird, während bei Oberschreiten eines Grenzwertes für Fehlermessungen oder Mäterialfehler die Einzeldifferenz gelöscht und die Abgabe eines Regelsignals 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!, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag in einem Reduktionsspeicher für die Zeit der Meßverzögerung gespeichert und bei der Speicherung der Einzeldifferenzspeicher entsprechend beaufschlagt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag jeder weiteren während der Moßverzögerungszeit auftretenden, von der berücksichtigten Einzeldifferenz soweit abweichenden Einzeldifferenz, daß sie selbst zusätzlich berücksichtigt wird, in einem gesonderten Reduktionsspeichcr gespeichert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berücksichtigung weiterer F.inzeldifferenzen unterbunden wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nur bei Auftreten einer den Grenzwert überschreitenden Einzeldifferenz umgekehrter Polarität ein weiteres Regekignal 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 geszeichert und mit einstellbarem Grenzwert verglichen werden, wobei bei Überschreiten eines Grenzwertes Regelsignale gebildet verden.
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 Steügliedspeicher 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 sind, 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 Regelsignale mit steigender Integrationszeit abnimmt
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 Soiiwert im Stellgliedspeicher durch Impulse einer gegebenenfalls zeitlich veränderlichen Frequenz verstellt wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgenutzte Integrationszeit die Freqenz 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 zeitliche 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 Meijgroüe abgebende Ausgang (2) des Digitalmeßgerätes (1) und ein Sollwertgeber (4) mit einem Differenzbildner (3) verbunden sind, an den der Einzeldifferenzspeicher (5) mit der Verglcichseinrichtung (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) mit den Ausgängen von Reduktionsspeichem (10) und einer Reduktionslogik (H) verbunden ist, wobei der Eingang der Logik an den Regelsignalgenerator (7) angeschlossen ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Einzeldifferenzspeicher (5) über ein Tor (12), das durch die Vergleichseinrichtung steuerbar ist, mit dem Summendifferenzspeicher (13) verbunden ist, der seinerseits wieder eine Vergleichseinrichtung (15) und einen Regelsignalgenerator (16) aufweist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Vergleichs-

einrichtung (15) mit dem Regelsignalgenerator den, bei dem nur

(16) und einer Steuereinrichtung (18) für den den, ^

Regelsignalgenerator verbunden ist feinen Stufen
21. Vorrichtung nach einem der vorhergehen-

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