DE19807496A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung des Verzuges an einem Streckwerk für textiles Fasermaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Verzuges an einem Streckwerk für textiles Fasermaterial, wobei ein das bewegte Fasermaterial messende Meßorgan vor dem Einlauf des Streckwerks Meßwerte an einen Speicher einer Verzugsregulierung liefert, die Meßwerte im Speicher der Verzugsregulierung bis zum Ablauf einer Verzögerungszeit gespeichert werden, zu einer gemessenen Abweichung des Fasermaterials- von einem Sollwert ein Korrekturwert ermittelt und im Speicher abgelegt wird, und mit dem Korrekturwert die Verzugsregulierung beeinflußt wird.

Eine entsprechende Vorrichtung dient der Durchführung des Verfahrens.

Die DE 36 19 248 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Verzuges eines Faserbandes bei einer Textilmaschine.

Vor dem Einlauf des Faserbandes in das Verzugsstreckwerk befindet sich ein Meßorgan zur Ermittlung der Faserbandmasse. Das Meßorgan ist mit einem Steuergerät verbunden, das eine elektronische Speichervorrichtung, kurz Speicher genannt, besitzt. Der gemessene Wert einer Masseschwankung wird vom Speicher zwischengespeichert. Nach Ablauf einer Verzögerungszeit, die der Laufzeit des Faserbandes vom Meßort bis zum Verzugsort im Streckwerk entspricht, verändert das Steuergerät zum Ausgleich der Masseschwankung den Verzug des Streckwerkes entsprechend dem zwischengespeicherten Wert. Diese Arbeitsweise entspricht einem "offenen Regelkreis", d. h. diese Struktur und die beschriebene Arbeitsweise sind als Steuerung des Verzuges (auch Verzugsregulierung genannt) bekannt.

Die DE 36 19 248 A1 hat erkannt, daß sprunghafte Änderungen der Masse des Faserbandes bisher fehlerhaft ausgeglichen werden.

Die Lösung nach DE 36 19 248 A1 geht davon aus, durch Verkürzung der Verzögerungszeit für einen einzelnen Meßwert eine Veränderung des Verzuges schon zu beginnen, bevor die Masseschwankung des Faserbandes den Verzugsort im Streckwerk erreicht.

Der erforderliche, einzelne Korrekturwert kann in Abhängigkeit von der Steilheit oder der relativen Größe der Masseschwankung bestimmt werden.

Die Reaktion des Motors für die Verzugsregulierung erfolgt aufgrund einer veränderten Verzögerungszeit eines gespeicherten, einzelnen Wertes.

Ein Rechengerät tastet das gespeicherte Signal im Vorlauf ab (zu einem festgelegten Zeitpunkt) und veranlaßt in Abhängigkeit von der dabei ermittelten Flankensteilheit und/oder Amplitude des Signals eine Verkürzung der Laufzeit (entspricht einer Verkürzung der Verzögerungszeit) um einen Korrekturwert (DE 36 19 248 A1 Spalte 5, 31. bis 36. Zeile). Dann erst wird offensichtlich das nachfolgend gespeicherte Signal abgetastet.

Mit der Lösung nach DE 36 19 248 A1 war erreichbar, daß die Verzugswalzenpaare als Arbeitsorgane einer Masseschwankung besser folgen können, wenn die Masseschwankung den Charakter einer Sprungfunktion hat (auch als Einheitssprung in der Regelungstechnik bekannt). Das trifft für den Fall zu, wenn eine Masseschwankung kontinuierlich in einer Richtung liegt. Dieser Lösung im Stand der Technik lagen Streckwerke von Strecken zugrunde, die eine Liefergeschwindigkeit des Faserbandes von etwa 600 m/min bis 800 m/min hatten.

Schwankungen in Faserbändern sind ein seit langem bekanntes Problem. Dabei kann der Begriff "Schwankung" sowohl eine Veränderung der Masse des Faserbandes, als auch eine Veränderung der Dicke des Faserbandes umfassen. Zur Vereinfachung wird nachfolgend in Kurzform von Dickenschwankung im Fasermaterial gesprochen.

Dickenschwankungen können in der Form von plötzlichen Massenzunahmen (Dickstellen) mit unmittelbar folgenden Massenabnahmen (Dünnstellen) vorkommen, ohne daß es dabei zu einem Bruch des Bandes kommt. Derartige Vorgänge hoher Amplitude und Flankenwechsels im engen Zeitbereich erfordern vom Streckwerk, insbesondere den Verzugs-Walzenpaaren, eine äußerst schnelle Reaktion, um einen vollständigen Ausgleich der Dickenschwankung zu bewirken. Die damit verbundene plötzliche Umkehr zwischen Bremsung und Beschleunigung des Motors für die Verzugsregulierung führt erneut infolge der Trägheit der Arbeitsorgane (insbesondere der Streckwerkswalzenpaare) zu einem neuerlichen Fehler beim Ausgleich der Dickenschwankung, der durch den Stand der Technik nicht beseitigt werden konnte.

Bei den zwischenzeitlich erreichten hohen Liefergeschwindigkeiten von 1200 m/min wird infolge des oben genannten Nachteils eine nicht unwesentliche Menge Fasermaterial fehlerhaft verzogen.

Es ist Aufgabe der Erfindung bei einem Streckwerk mit Verzugsregulierung, den möglichen Regulierfehler beim Ausgleich von Schwankungen der Dicke des Fasermaterials weitgehend zu eliminieren.

Die Aufgabe nach der Erfindung wird gelöst nach den kennzeichnenden Merkmalen des Verfahrensanspruch 1. Die kennzeichnenden Merkmale des Vorrichtungsanspruchs 5 dienen einer Durchführung des Verfahrens.

Textiles Fasermaterial wird in einem Streckwerk verzogen. Der Verzug wird gesteuert durch eine Verzugsregulierung. Vor dem Streckwerk ist ein Meßorgan angeordnet, welches Meßwerte zur Dicke des Faserbandes an die Verzugsregulierung liefert. Die Verzugsregulierung beinhaltet mindestens einen Speicher und ein Steuergerät, welches einen Regulierantrieb steuert. Der Regulierantrieb umfaßt den Motor und einen Verstärker, das kann beispielsweise ein Servoantrieb sein.

Die vom Meßorgan an den Speicher übergebenen Meßwerte werden zusätzlich parallel einer Simulationseinrichtung zugeführt. In der Simulationseinrichtung werden aus den zwischengespeicherten Meßwerten, die Abweichungen von einem Sollwert darstellen, und den dazugehörigen Verzögerungszeiten der Verlauf des Verzuges simuliert und der dazugehörige Regulierfehler ermittelt. Aus dem ermittelten Regulierfehler werden zusätzliche Korrekturwerte ermittelt.

Die Korrekturwerte werden auch unter Berücksichtigung der dynamischen Eigenschaften des Regulierantriebes, der Größe der Dickenabweichung und der Steilheit der Dickenabweichung ermittelt.

Die Simulationseinrichtung arbeitet dabei nach einem Rechenprogramm. Das Rechenprogramm verkörpert ein mathematisches Modell der Verzugsregulierung.

Die von der Simulationseinrichtung ermittelten zusätzlichen Korrekturwerte werden dazu benutzt, Speicherwerte im Speicher der Verzugsregulierung zu korrigieren. Der Speicher speichert die Meßwerte zur Dicke des Faserbandes und die dazugehörige Verzögerungszeit. Beides sind Speicherwerte. Nach dem Rechenprogramm der Simulationseinrichtung können die Korrekturwerte so erstellt werden, daß Meßwerte zur Dicke und/oder betreffende Werte der Verzögerungszeit korrigiert werden können. Der Speicher arbeitet nach dem Organisationsprinzip des FIFO, so daß die Speicherwerte nach Ablauf ihrer Verzögerungszeit an das Steuergerät der Verzugsregulierung weitergegeben werden, so daß der zu erwartende tatsächliche Regulierfehler aus der Verzugssteuerung ein Minimum einnehmen wird. Vorrichtungsgemäß ist zu der Verzugsregulierung eine Simulationseinrichtung angeordnet. Der Eingang der Simulationseinrichtung ist mit dem Leitungspfad verbunden, der Meßwerte von dem Meßorgan liefert. Der Ausgang der Simulationseinrichtung ist mit dem Speicher der Verzugsregulierung verbunden.

Durch die Simulationseinrichtung ist es möglich, noch vor Freigabe der Meßwerte an das Steuergerät, vorausschauend die Reaktion des Regulierantriebes zu beurteilen. Vorteilhafterweise können Regulierfehler erkannt werden und vorzeitig korrigiert werden, bevor das Steuergerät eine Reaktion am Regulierantrieb auslöst. Damit wird erreicht, daß der zu erwartende, tatsächliche Regulierfehler minimiert werden kann. Insbesondere wird es möglich, Dickenschwankungen in Form von plötzlichen Änderungen mit unmittelbar entgegengesetzter Änderungsrichtung mit minimalem Regulierfehler auszugleichen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 Steuerung des Verzuges nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 Funktionaler Zusammenhang zwischen Abweichung der Banddicke und Reaktionsverhalten des Regulierantriebes nach dem Stand der Technik,

Fig. 3 Schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Steuerung des Verzuges an einem Streckwerk,

Fig. 4 Minimierung des Regulierfehlers mittels der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine bekannte Steuerung des Verzugs von textilem Fasermaterial an einem Streckwerk. Die Steuerung des Verzugs an einem Streckwerk für textiles Fasermaterial (d. h. Faservlies oder Faserband) ist auch bekannt unter dem Begriff "Verzugsregulierung", wobei die Steuerung auch umgangssprachlich als "offener Regelkreis" bezeichnet wird. Nachfolgend wird der Begriff "Verzugsregulierung" verwendet. Die Verzugsregulierung besitzt ein Meßorgan MS vor dem Einlauf des Fasermaterials FM in das Streckwerk S. Das Meßorgan MS ermittelt die Masse bzw. die Dicke des ins Streckwerk S einlaufenden Fasermaterials FM. Aus Gründen der Vereinfachung wird nachfolgend nur von der Dicke bzw. Banddicke gesprochen, obwohl auch die Masse ermittelbar ist. Die Erfindung ist dadurch nicht beschränkt. Zu zweckmäßig erscheinenden Zeiten werden Messungen der Banddicke gemacht. Zweckmäßig erscheinende Zeiten können sein, das Vielfache einer Grundtaktzeit oder eine Zeit zu der gegenüber der vorherigen Messung eine konstante Wegstrecke an Fasermaterial zurückgelegt wurde. Die Transportrichtung des Fasermaterials FM ist in Fig. 1 mit einem Pfeil gekennzeichnet. Der Hauptmotor HM sichert eine konstante Liefergeschwindigkeit des Fasermaterials. Das Fasermaterial FM wird im Streckwerk S verzogen, wobei der Verzug zum Ausgleich von Dickenschwankungen veränderbar ist. Dies erfolgt durch Drehzahländerung des Walzenpaares (oder mehrerer) im Einlauf des Streckwerks.

Zwischen Meßort MO des Fasermaterials und Verzugsort VO existiert eine Verzögerungszeit t_vz. Die Verzögerungszeit t_vz berücksichtigt jene Zeit, die das gemessene Fasermaterial vom Meßort MO bis zum Verzugsort VO im Streckwerk S benötigt. Diese Verzögerung eines Meßwertes erfolgt in einem Speicher SP der Verzugsregulierung VR. Der Speicher SP beinhaltet als Speicherwerte jeweils Meßwerte zur Banddicke und Werte einer Verzögerungszeit. Dabei hat jeder Meßwert eine zutreffende Verzögerungszeit. Der Speicher SP arbeitet nach dem bekannten Organisationsprinzip FIFO (first in, first out). Dieses FIFO-Prinzip der Speicherorganisation ist bereits von auf dem Markt befindlichen Streckwerken mit Verzugsregulierung bekannt. Der ermittelte Meßwert wird in der Speichervorrichtung SP so lange zeitlich verzögert, bis der gemessene Punkt des Fasermaterials den Abstand a vom Meßort MO bis zum Verzugsort VO durchlaufen hat. Nach Ablauf der Verzögerungszeit t_vz wird der Meßwert an das Steuergerät ST freigegeben und verursacht, sofern eine Dickenschwankung vorliegt, über eine entsprechende Drehzahländerung des Regulierantriebs RM mit Planetengetriebe PG eine Änderung des Verzugs und mittelbar eine Korrektur der Dickenschwankung. Mit dem Begriff Regulierantrieb RM sind der Motor und sein Verstärker umfaßt, z. B. ein Servomotor. Für die einwandfreie Funktion der Verzugsregulierung ist es wichtig, daß sich zum Zeitpunkt der Freigabe eines Meßwertes der gemessene Punkt des Fasermaterials genau im Verzugsort VO befindet. Das entspricht einem exakten Reguliereinsatzpunkt.

Fig. 2 zeigt funktionale Zusammenhänge einer bekannten Verzugsregulierung nach Fig. 1 im Stand der Technik. Die dortige Kurve K1 zeigt den Verlauf einer am Meßorgan MS gemessenen Banddicke. Die Banddicke ist über die Zeit t dargestellt. Der Sollwert SW der Banddicke liegt in der Zeit-Achse (Abszisse). Die Darstellung stellt einen Ausschnitt dar. Zum Zeitpunkt t₀ steigt die Banddicke steil an. Mit t₁ t₂, t₃ bis t_n werden Zeitpunkte gezeigt, in denen Meßwerte zur Banddicke ermittelt werden. Das entspricht einer digitalen Abtastung des Fasermaterials. Die so gewonnenen Meßwerte (M₁ bis M_n) widerspiegeln sich in der Kurve K1 zu den Abtastzeitpunkten. Zum Zeitpunkt t₀₀ hat die Banddicke wieder den Sollwert SW erreicht. Die Kurve K1 zeigt den zeitlichen Verlauf einer Schwankung der Dicke des Fasermaterials. Um im weiteren das Wesentliche deutlich zu machen, wurde die Schwankung idealisiert dargestellt. Es wurde idealisiert der rasche Anstieg der Banddicke und deren rascher Abfall dargestellt, um das wesentliche zu erläutern.

Im Idealfall der Verzugsregulierung muß der Reguliermotor RM eines Servoantriebs dieser Kurve K1 deckungsgleich folgen. Die Kurve K1 entspricht somit einer Sollwert-Kurve für den Reguliermotor RM.

Die tatsächliche Reaktion des Reguliermotors mittels einer Verzugsregulierung VR nach Fig. 1 wird mit Kurve K2 dargestellt. Der Verlauf der Kurve K2 dokumentiert das tatsächliche Drehzahlverhalten des dortigen Reguliermotors. Dieses Drehzahlverhalten ist repräsentativ für den Verlauf des Verzuges und ist damit repräsentativ für die erreichte Korrektur der Schwankung der Banddicke.

Zum Zeitpunkt t₁ wird der Meßwert M₁ dem Steuergerät ST übergeben und das Steuergerät ST erkennt, daß die Banddicke eine schnelle Veränderung gegenüber dem Sollwert SW erhält. Zum gleichen Zeitpunkt t₁ wird der Reguliermotor RM seine Drehzahl erhöhen, um den Verzug zu erhöhen. Mit dem erhöhten Verzug wird der Dickenzunahme im Fasermaterial entgegengewirkt.

Wie aus Fig. 2 weiter zu erkennen ist, folgt der Reguliermotor RM (Kurve K2) verspätet (um die Zeit t₁-t₀ verspätet) der Banddicke nach Kurve K1. Ursache sind Trägheitsmomente in der Kraftübertragung des Antriebssystems. Es entsteht damit ein Regulierfehler. Die Kurve K3 dokumentiert den Verlauf des Regulierfehlers. Der Regulierfehler ist bereits im Zeitpunkt t₁ vorhanden, da in diesem Zeitpunkt t₁ erst der Reguliermotor RM eine Drehzahlerhöhung startet. Zum Zeitpunkt t₂ ist der Regulierfehler weiter angestiegen, da die Korrektur der Banddicke noch zu gering ist.

Der Verlauf des Regulierfehlers K3 entspricht dem bisher erreichbaren Resultat des Verzuges vom Fasermaterial. Der Regulierfehler K3 ist relativ groß und schwankt vom positiven Bereich (zu dickes Faserband) über einen fehlerlosen Bereich in einen negativen Bereich (zu dünnes Faserband).

Fig. 3 zeigt die erfindungsgemäße Verzugsregulierung, wobei von einem Meßorgan MS- Meßwerte an einen Speicher SP geliefert werden. Der Speicher SP speichert Meßwerte ebenfalls nach dem bekannten Organisationsprinzip FIFO (first in, first out). Die in den Speicher SP gelieferten Meßwerte werdend parallel in eine Simulationseinrichtung SE geliefert.

Die Simulationseinrichtung SE realisiert mittels eines Rechenprogramms folgende Arbeitsschritte:

• A) Aus allen in die Simulationseinrichtung SE übergebenen Meßwerten wird der zeitliche Verlauf der Banddicke (Kurve K1) für den Abstand a zwischen Meßort MO und Verzugsort VO ermittelt. Dieser Kurvenverlauf K1 ist indirekt eine Abbildung des momentanen Inhalts an Meßwerten im Speicher SP.
• B) Ausgehend von einem Sollwert SW der Banddicke werden Abweichungen (M₁ bis Mn) ermittelt.
• C) Im folgenden Schritt erfolgt eine simulierte Verzugsregulierung. Unter Simulation der Verzugsregulierung ist zu verstehen, daß anstelle der tatsächlichen Verzugsregulierung ein mathematisches Modell der Verzugsregulierung verwendet wird, welches in seinem äußeren Verhalten die tatsächliche Verzugsregulierung simuliert. Das mathematische Modell wird in der rechnergestützten Simulation durch ein Rechner-Programm dargestellt. Der simulierten Verzugsregulierung liegen die Meßwerte (M₁ bis M_n) und die dazugehörige Verzögerungszeit zugrunde.
• D) Es wird das Ergebnis der simulierten Verzugsregulierung ausgewertet, d. h. es erfolgt eine Ermittlung des Regulierfehlers K3.
• E) Anhand des Regulierfehlers K3 erfolgt eine Ermittlung von Korrekturwerten KW. Die Korrekturwerte KW werden dabei unter Berücksichtigung der dynamischen Eigenschaft des Reguliermotors, der Größe der Dickenabweichung (Amplitude) und der Steilheit der Dickenabweichungen (Gradient) ermittelt.
  Die Korrekturwerte KW werden von der Simulationseinrichtung SE dazu benutzt, die Speicherwerte, d. h. die einzelnen Meßwerte und/oder die zutreffende Verzögerungszeit im Speicher SP zu korrigieren.

Durch die Simulationseinrichtung SE ist es möglich, noch vor Freigabe der Meßwerte ans das Steuergerät ST vorausschauend die Reaktion des Reguliermotors RM zu beurteilen. Mögliche Regulierfehler können erkannt werden und vorzeitig korrigiert werden, bevor das Steuergerät ST der Verzugsregulierung VR eine Reaktion am Reguliermotor RM auslöst.

Fig. 4 veranschaulicht funktionale Zusammenhänge zwischen Banddicke und Reaktion des Reguliermotors bzw. zu erwartenden Regulierfehler nach der Erfindung.

Fig. 4 zeigt mit dem Verlauf K10 zur Dicke des Fasermaterials einen gleichartigen Verlauf wie der Verlauf K1 nach Fig. 2.

Mittels der Simulationseinrichtung SE wurde gegenüber der Verzugsregulierung VR veranlaßt, daß beispielsweise der Reguliermotor RM nunmehr wesentlich früher (Zeitpunkt t_x bei Kurve K10) mit seiner Drehzahländerung starten muß (bei gleicher Steilheit der Drehzahländerung des RM) und die Kurve K20 wesentlich enger der Kurve K10 folgt als dies im Stand der Technik für Dickenänderungen hoher Amplitude und Flankenwechsel im engen Zeitbereich bisher möglich war. K20 widerspiegelt das Drehzahlverhalten des Reguliermotors RM als Reaktion auf die Dickenabweichung K10, um einen Ausgleich der Dickenabweichung zu erreichen Der sich dazu ergebende Regulierfehler mit Kurve K30 nimmt ein Minimum ein.

Claims (6)

1. Verfahren zur Steuerung des Verzugs an einem Streckwerk für textiles Fasermaterial, wobei ein das bewegte Fasermaterial (FM) messende Meßorgan (MS) vor dem Einlauf des Streckwerks (S) Meßwerte an einen Speicher (SP) einer Verzugsregulierung (VR) liefert,
die Meßwerte im Speicher (SP) der Verzugsregulierung (VR) bis zum Ablauf einer Verzögerungszeit gespeichert werden,
zu einer gemessenen Abweichung des Fasermaterials (FM) von einem Sollwert (SW) ein Korrekturwert ermittelt und im Speicher (SP) abgelegt wird,
und mit dem Korrekturwert die Verzugsregulierung (VR) beeinflußt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
die dem Speicher (SP) zugeführten Meßwerte zusätzlich parallel einer Simulationseinrichtung (SE) zugeführt werden
und dort aus den zwischengespeicherten Meßwerten (M₁. . .M_n), die Abweichungen vom Sollwert (SW) darstellen, und den dazugehörigen Verzögerungszeiten ein Verlauf des Verzuges (K2) simuliert wird und der dazugehörige Regulierfehler (K3) ermittelt wird
und dann aus dem Regulierfehler (K3) zusätzliche Korrekturwerte (KW) ermittelt werden
und mit den zusätzlichen Korrekturwerten (KW) betreffende Speicherwerte im Speicher (SP) korrigiert werden, so daß der zu erwartende, tatsächliche Regulierfehler (K30) aus der Verzugssteuerung ein Minimum einnehmen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Simulationseinrichtung (SE) nach einem Rechenprogramm arbeitet, welches ein mathematisches Modell der Verzugsregulierung bildet.

3. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturwerte (KW) unter Berücksichtigung der dynamischen Eigenschaften des Regulierantriebes (RM), der Größe der Dickenabweichung und der Steilheit der Dickenabweichung ermittelt werden.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zu korrigierender Speicherwert des Speichers (SP) entweder von einem Meßwert und/oder einer Verzögerungszeit gebildet wird.

5. Vorrichtung zur Steuerung des Verzuges an einem Streckwerk für textiles Fasermaterial, wobei ein das bewegte Fasermaterial (FM) messende Meßorgan vor dem Einlauf des Streckwerks (S) angeordnet ist und das Meßorgan mit einer Verzugsregulierung (VR) verbunden ist, die eine Wirkverbindung zu einem Regulierantrieb (RM) besitzt und die Verzugsregulierung mindestens einen Speicher (SP) und ein Steuergerät (ST) besitzt und zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4 dient, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzugsregulierung (VR) eine Simulationseinrichtung (SE) zugeordnet ist, die mit dem Meßorgan (MS) und dem Speicher (SP) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Simulationseinrichtung (SE) ein Software-Programm für einen Rechner ist.