DE2249860A1

DE2249860A1 - Prozessteuersystem und bei diesem verwendbare anordnung

Info

Publication number: DE2249860A1
Application number: DE2249860A
Authority: DE
Inventors: David Allan Spitz
Original assignee: Industrial Nucleonics Corp
Current assignee: Industrial Nucleonics Corp
Priority date: 1971-10-14
Filing date: 1972-10-11
Publication date: 1973-05-30
Also published as: AU4711372A; US3876872A; FR2187155A5; JPS4861888A; GB1413823A; IT987571B; GB1413822A; ZA726620B

Description

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTPACH S60 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

Industrial "Nucleonics Corporation

650 Ackerman Road

Columbus," Ohio 43202, V. St. A.

Prozeßsteuersystem und bei diesem verwendbare Anordnung .

Die Erfindung bezieht sich auf Prozeßsteuersysteme und -verfahren, die automatisch optimale Sollwerte -in- Abhängigkeit von der Steuerbarkeit des Prozesses suchen und beibehalten, und zwar auf Grund der Messung von statistischen Kriterien. Generell bezieht sich die Erfindung auf ein System, bei dem eine Sollwert-Aktualisierungsfunktion auf einer Teilfehler-Berechnung beruht. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein verbessertes System, bei dem die Verstärkung einer Sollviertsteuereinrichtung automatisch bestimmt wird, und zwar gemäß dem Teilfehler, indem eine berechnete Bewertung einer normalen Abweichung ausgenutzt wird. Diese Bewertung wird aus dem gemessenen Produktmittelwert, der Ausschuß- bzw. Aussteuergrenze und dem Teilfehler bzw. Bruchteilfehler gewonnen.

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Die Sollwert-Steuereinrichtung übt eine zusammenhängende Wirkung aus, durch die jegliche Abweichungen von dein optimalen Sollwert schließlich weitgehend eliminiert werden, und zwar unabhängig von der Form der Prozeß-Dichtefunktion. Bei dem bevorzugten Verfahren und bei Ausführungsformen der Srfindung wird eine mathematische Kompensation der Einflüsse auf den Teilfehler der gemessenen Prozeß-Störung vorgenommen, wie durch eine Strahlungsmeß-"Statistik", die keine eigentlichen Veränderungen in dem Prozeß für sich hervorruft.

Schließlich bezieht sich die Erfindung auf Systeme und Verfahren, die sich insbesondere dazu eignen, in wirtschaftlichen, einen Gewinn maxiiaierenden Steuerbetriebsarten angewendet zu werden. Bei diesen Betriebsarten wird ein optimaler Wirtschafts-Verkauf erzielt, indem die Ersparnisse, die dadurch erzielt werden, daß der Prozeß näher bei der einen Aussteuerungsgrenze durchgeführt wird, gegenüber den Produktionsmaterialkosten aufgehoben werden, die als Fehlergröße eingruppiert werden können, da sie hinsichtlich der gesteuerten Eigenschaft in den Bereich außerhalb der erwähnten Grenze fallen.

Steuersysteme und -verfahren dieser generellen Art werden als "Zieloptimierungssteuerung" oder "automatisches Ziel-Management" bezeichnet. Die betreffenden Verfahren sind im wesentlichen in der US-PS 3 515 860 sowie in den US-Patentanmeldungen, Serial Nos. 706 059 und 829 283 beschrieben. In der zuvor genannten US-Patentschrift ist eine Vorrichtung angegeben, bei der tatsächliche Berechnungen bzw. Istwerterechnungen der statistischen Verteilung und normalen Abweichung vorgenommen werden. Die Berechnung dieser Größen kann ziemlich kompliziert werden, wenn

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die Prozeß-Dichtefunktionen nicht der normalen Verteilung folgen. Wie in den zuvor erwähnten US-Patentanmeldungen angegeben, v/erden die durch Abweichung vom Normalen auftretenden Schwierigkeiten dadurch vermieden, daß ein Teil-Fehler-Rechenverfahren angewandt wird.

Auf Grund der erwähnten Nichtlinearitäten in der Beziehung zwischen den Änderungen in dem Teil-Fehler und den Änderungen in dem Sollwert bzw. Zielwert, der zur Wiederherstellung der Optimierung erforderlich ist, mußte eine Sollwert-Steuereinrichtung mit sehr niedriger Verstärkung betrieben v/erden. Dies führte dazu, daß längere Integrationszeiten oder iterative Rechnungen erforderlich waren. Dadurch waren die Istwert-Steuereinrichtungen gemäß den bisherigen Vorschlägen daran gehindert, schnell und genau einen neuen optimalen Sollwert in dem Fall einzustellen, daß eine schnelle Änderung in der Prozeßsteuerfähigkeit oder -verteilung auftritt. Es hat sich ferner gezeigt, daß Teilfehler-Steuereinrichtungen, die sich, auf Wandler stützen, welche statistischen Störkoinponenten in ihren Signalen ausgesetzt sind, hinsichtlich der statistischen Auswirkungen derartiger Störkomponenten eine Kompensation erfahren sollten, was jedoch bei den bisher bekannten Anordnungen offensichtlich noch nicht erkannt worden ist.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Sollwert-Optiraierungs-Steuereinrichtung zu schaffen, bei der eine Teilfehler-Berechnung angewandt wird, welche hinsichtlich ihrer Verstärkungsforderung automatisch linearisiert wird und welche damit imstande ist, verhältnis- . mäßig schnell auf Änderungen in den statistischen Prozeßcharakteristiken anzusprechen. Ferner soll die neu zu

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schaffende Steuereinrichtung so ausgebildet sein, daß sie gleichzeitig eine zusammenhängende Sollwert-Steuerwirkung ausführt, um Fehler bei den Sollwerten der Vorgänge zu korrigieren, die ein normales statistisches Verhalten nicht zeigen. Ferner sind ein Verfahren und Einrichtungen zur Abschätzung bzw. Bewertung der normalen Abweichung unter Erzielung einer guten Genauigkeit bereitzustellen, so daß Zeitverzögerungen und diese begleitende Steuerungsinstabilitäten vermieden werden, welche in den Fällen kompensiert werden sollen, in denen es wegen einer statistischen Störung in den Meßwandlern und dergleichen Einrichtungen erforderlich ist, die sonst Ungenauigkeiten in die Berechnung der statistischen Prozeßcharakteristiken einführen würden. Schließlich sollen die neu zu schaffende Steuereinrichtung und das neu zu schaffende Verfahren ohne weiteres imstande sein, im Bedarfsfall in wirtschaftlichen Gewinnmaximierungs-Steuerbetriebsarten zu arbeiten.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung. ,

An Hand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend an Hand von bevorzugten Verfahren und Ausführungsformen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einem Blockdiagramm eine bevorzugte Anordnung für eine Prozeßsteuerung gemäß der Erfindung.

Fig. 2 zeigt in einem vereinfachten Blockschaltbild eines Strahlungsmessers die Auswirkung von statistischen Änderungen auf Grund der Durchführung eines Strahlungsmeßvorgahgs.

Fig. 3 zeigt in einem Kurvendiagramm Prozeßdichtefunktionen, an Hand welcher einige Prinzipien der Erfindung erläuert werden.

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Fig. 4 zeigt in einem vereinfachten Flußdiagramm die Art und Weise, in der das Sollwert-Steuersystem durch ein digitales Rechnerprogramm ausgeführt werden kann.

In Fig. 1 ist eine Be- bzw. Verarbeitungsanordnung 10 dargestellt, die ein sich bewegendes Material 12 abgibt. Um eine veränderbare Eigenschaft des betreffenden Materials 12 zu steuern, sind ein Meßinstrument bzw. ein Meßgerät 14 und eine Rechnersteueranordnung vorgesehen, die durch die Elemente veranschaulicht ist, welche von der gestrichelten Linie 16 eingeschlossen sind.

In der Rechnersteueranordnung 16 ist eine geeignete Prozeßsteuereinrichtung 18 enthalten, die von herkömmlichem Aufbau sein kann. Die Steuereinrichtung 18 erhält von dem Instrument über eine Leitung 20 ein Signal zugeführt, welches kennzeichnend ist für den gemessenen Wert der zu steuernden Eigenschaft des Materials 12. Die Steuereinrichtung 18 erhält ferner über eine Verbindung 22 ein Signal zugeführt, welches charakteristisch' ist für einen Sollwert oder für einen beizubehaltenden Wert der Materialeigenschaft. Die Steuereinrichtung 18 arbeitet dabei in der Weise, daß sie in dem Fall, daß der Wert der in Frage kommenden Eigenschaft durch das auf der Leitung 20 auftretende Signal angezeigt wird, den Wert der betreffenden Eigenschaft so dicht wie möglich bei dem Sollwert hält, v/ie er durch das auf der Leitung 22 auftretende Sollwert-Signal angezeigt wird.

Die übrigen Elemente in Fig. 1 stellen eine sogenannte Sollwert-Steuereinrichtung dar, die das Sollwert-Signal in in geeigneten Abständen aufeinanderfolgenden Intervallen

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überprüft bzw. abändert und aktualisiert, so daß der Sollwert einen optimalen Wert erhält, der für den vorhandenen Grad an Verteilung oder Steuerfähigkeit der Prozeßanordnung 10 zweckdienlich ist, und zwar insofern, als er die durch das Instrument 14 gemessene und durch die Steuereinrichtung 18 gesteuerte Eigenschaft beeinflußt.

Mit 24 ist ein Teilfehler-Rechner bezeichnet, der auf das Ergebnis eines Vergleichs anspricht, der durch einen Vergleicher 26 vorgenommen wird. Der Vergleicher 26 vergleicht das von dem Meßinstrument 14 über die Leitung 20 zugeführte Signal und ein Grenzsignal, welches von einem die gemessene Prozeßfehlergrenze angebenden Rechner 28 geliefert wird. Der Rechner 28 spricht auf ein Signal von einem Produkt-Fehlergrenzsignalgenerator 30 her an. Dieser Signalgenerator 30 kann eine Einrichtung von höherer oder geringerer Kompliziertheit sein, wie ein Rechner. Der Einfachheit halber sei diese Einrichtung zunächst als einfacher Nuinmernscheibenwähler angenommen, wie er von der Bedienperson der Verarbeitungsanordnung bzw. -anlage benutzt wird, um eine.Produktfehlergrenze einzustellen bzw. einzugeben. So kann z.B. die Bedienperson eine Grenze von 40 Pfund pro Ries als untere Grenze für das Grundgewicht von Papier eingegeben, das von einer Papierherstellmaschine erzeugt bzw. abgegeben wird, die hier durch die Be- bzw. Verarbeitungsanordnung 10 dargestellt ist.

In diesem Fall besteht das Heßinstrument 14 in typischer Weise aus einem Beta-Strahlungsmeßgerät, dessen auf der Leitung 20 auftretendes Ausgangssignal durch das Auftreten von statistischen Änderungen charakterisiert ist, und zwar auf Grund des Strahlungsmeßvorgangs. Diese Änderungen sind den Änderungen

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im tatsächlichen Grundgewicht der Papierbahn überlagert, die hierdurch das Material 12 veranschaulicht ist.

Um die Erläuterung zu vereinfachen, sei auf Fig. 2 Bezug genommen, in der in vereinfachter Form ein analog arbeitendes Aufzeichnungs-Betastrahlungs-Meßgerät gezeigt ist. Wie dargestellt, läuft die beispielsweise angenommene Papierbahn 12 zwischen einer Beta-Strahlungsquelle 32 und dem Strahlungsdetektor 34. Das von dem Detektor 34 abgegebene Signal wird den Meßkreisen bzw. -schaltungen 36 und sodann einem Aufzeichnungsgerät 38 zugeführt, welches eine analoge Aufzeichnung des Grund- bzw. Basisgewichts (Gewicht pro Flächeneinheit) der sich bewegenden Papierbahn 12 und der Abweichungen in der Papierbahn liefert, wenn diese sich zwischen der Strahlungsquelle 32 und dem Detektor 34 bewegt. Während der Durchführung der betreffenden Messungen wird normalerweise auf Grund der Bewegung der Papierbahn 12 der zwischen der Strahlungsquelle und dem Detektor befindliche Bahnteil konstant verändert, und das Basisgewicht erscheint mit den ungesteuerten Änderungen als Aufzeichnungsspur 40 des Meßverfahrens. "Wenn aus irgend- einem Grund das Papier 12 aufhört, sich an der Strahlungsquelle und dem Detektor vorbeizubewegen, so wird dies trotzdem in bekannter Weise festgestellt, und zwar dadurch, daß die Strahlungsmesser-Aufzeichnungsspur weiterhin zufällig auftretende Änderungen zeigt, wie dies durch den Spurteil 42 veranschaulicht ist. ·

Die Dichtefunktion hinsichtlich der durch den Spurteil 40 angezeigten gemessenen Prozeßwerte ist in Fig. 3 durch eine Kurve 44 veranschaulicht. Da die Strahlungs-"Statistiken" oder Zufallsabweichungen, wie sie durch den Spur- bzw. Kurven-

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teil 42 veranschaulicht sind, den tatsächlichen Änderungen hinsichtlich des Basisgewichts des Papiers überlagert sind, ist die Spur 40 sprunghafter, und ferner zeigt sie eine stärkere Streuung als die tatsächlichen Prozeßwerte. Derngeir.cljj ist in Fig. 3 durch die zweite Kurve 46 die tatsächliche Prozeßdichtefunktion veranschaulicht, wie sie tatsächlich! vorhanden ist, ohne daß die überlagerung der statistischen . Strahlung berücksichtigt ist.

In Fig. 3 bedeutet die Linie 48 den Hittelwert AV. Die Linie 50 bedeutet die Produktfehlergrenze XFDA, wie sie durch den Produktfehlergrenz-Signalgenerator 30 festgelegt wird. Gemäß dem vorhergehenden Beispiel würde XFDA die untere Grenze von 40 Pfund pro Ries für das Basisgewicht der Papierbahn darstellen. Sodann wäre jedes Papier, das leichter als das 40-Pfund-Papier wäre, unterhalb der Fehlergrenze. Der Teilfehler wäre dabei durch den Anteil der Fläche unterhalb der Kurve 46 gegeben, der zur linken Seite der Linie 50 und oberhalb der mit X bezeichneten Linie liegt.

Da die statistische Strahlung der tatsächlichen Produktänderung überlagert ist und da das Meßverfahren somit die Kurve 44 liefert anstatt die Kurve 46, wäre der tatsächlich gemessene Teilfehler jedoch durch den Teil der Fläche charakterisiert, der unterhalb der Kurve 44 auf der linken Seite der Linie 50 liegt. Dieser Teilfehler wäre damit größer als der tatsächliche Teilfehler. Demgemäß dürfte einzusehen sein, daß die Grenze 42 als eingestellte Fehlergrenze den Wert XFD besitzen sollte anstatt den Wert XFDA. Demgemäß besteht die Funktion des Heßverfahren-Fehlergrenzrechners 28 darin, die Produktfehlergrenze in eine Meßverfahren-Fehlergrenze entsprechend nachstehender Beziehung

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umzusetzen:

XFDA - AV
XFD = — ■ ■ · +AV (1)

2
1 -

In der vorstehenden Gleichung bedeutet im Hinblick auf das Beispiel & die Standardabweichung der Prozeßmessung, wie sie durch die Spur 40 und die Dichtefunktionskurve 44 veranschaulicht ist, und er bedeutet die Standardabweichung des durch die Spur 42 angezeigten Wertes.

Zurückkommend auf Figo 1 sei bemerkt, daß ersichtlich sein dürfte, daß zusätzlich zu einem Signal XFDA von dem Generator 30 her der Rechner 28 ferner ein Signal AV (von einem Mittelwert-Rechner 54) her erhält, welches in einer Speichereinrichtung 55 gespeichert worden ist. Ferner erhält der Rechner 28 ein Signal er von einem ©'-Rechner her zugeführt, der weiter unten noch näher beschrieben werden wird. Schließlich erhält der Rechner noch ein . σ -Eingangssignal, wie dies kurz angedeutet ist. Dieses Eingangssignal kann entweder von einer manuellen Eingabe oder von einem Rechnerspeicher her stammen«,

Der Wert von <o muß gewöhnlich nur einmal experimentiell bestimmt werden, und zwar zumindest für jedes durch die Be- bzw. Verarbeitungsanordnung 10 be- bzw«, verarbeitete Produkt. Danach kann der Wert aus einem Rechnerspeieher gewonnen oder, wie zuvor erwähnt, manuell eingegeben werden. Es sei darauf hingewiesen, daß die Reclinersteuereinrichtung 16 gemäß einer

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bevorzugten Ausführungsform einen konventionellen digitalen Prozeßsteuerrechner darstellt, der in üblicher Weise programmiert ist, um die Standardabweichung der Messungen zu berechnen. Um den Wert C zu erhalten, ist es somit üblicherweise lediglich erforderlich, eine Materialprobe mit einem typischen-Gewichtr.wert pro Flächeneinheit zwischen die Quelle 32 und den Detektor 3¹' als Ersatz für die Bahn 12 einzuführen und das in Frage kommende Standardabweichungs-Rechenprogramm für das verfügbare Repertoire aufzurufen.

In der zuvor beschriebenen Weise v/erden das Signal XFD von dem Rechner 28 her und das auf der Leitung 20 von dem Meßinstrument 14 her kommende Signal durch den Vergleicher 26 verglichen. Das Vergleicherausgangssignal wird einem Teilfehler-Rechner 24 zugeführt. Dieser Rechner 24 kann ein solcher vom Abweichungszeit-Analysiertyp sein, wie er in der eingangs erwähnten US-Patentanmeldung, Serial No. 706 059 beschrieben ist. Im Unterschied dazu kann der betreffende Rechner auch in der Weise betrieben werden, daß er die Gesamtzahl von Posten bzw. Positionen tatsächlich zählt, wie die Einheitslängen des Produkts 12, und daß er ebenso die Anzahl von Längeneinheiten zählt, die die Meßverfahren-Fehlergrenze XFD überschreitet, und zwar in der in der oben erwähnten US-Patentanmeldung, Serial No. 829 283, beschriebenen Weise. Das Teilfehler-Ausgangssignal FD des Rechners 24 wird sowohl dem cf-Rechner 56 als auch einem Abweichungs-Rechner 60 zugeführt. Der g'-Rechner erhält ferner von dem Rechner 28 das Signal XFD zugeführt und ferner das Signal AF von dem Mittelwert-Rechner 54. Der Rechner 56 führt seine Rechnung entsprechend folgender Gleichung aus:

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(AV -XFD) (FD + O,O61)

Der so bereclmeL;e Wert -O" wird dem Abweichungs-Reebner 60, einem weiteren Abv/eichungs-Rechner 62 und dem zuvor beschriebenen Meßverfalirer.-Fehlergrenz-Rechner 28 zugeführt. Der Abweichraigs-Rechner 60 berechnet ein Abweichungs-Signal, das charakteristisch ist für die Abweichung der Meßverfahren-Fehlergrenze von dem Meßverfahren-Mittelwert, und/zwar ent~ sprechend folgender Beziehung:

X0 = O-(0,16 + 0,47FD) ₍₃₎

O,O61 +FD

In entsprechender Weise benutzt der Abweichungs-Rechner 62 den berechneten Wert von O" und ein Signal FDSP von einem Sollwert-Signalgenerator 64, dessen Signal einen Sollwert für einen Teilfehler anzeigt, dazu, ein weiteres Abweichungssignal entsprechend folgender Beziehung zu berechnen:

YT - Q^-(0,16 + 0,47 FDSP) ,, χ '·

λα - - _{ΟίΟ16 +} Fßsp V^;

Dabei bedeutet XI die Abweichung von dem Mittelwert eines Grenzwertes, wie der Grenzwertlinie 52 gemäß Fig. 3, wobei eine derartige Grenze so zu legen wäre, daß eine Anzahl von Ausscheidungen erhalten wird, die gleich FDSP ist; das ist der Teilfehler-Sollwert, und zwar für den erst gerade durch den ©'-Rechner- 56 berechneten Wert für ^ . Durch jede der Rechnungen gemäß den Gleichungen (3) und (4) wird der Teilfehler-Bereich unter einer normalen Kurve, wie der Kurve

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gemäß Fig. 3, zu der Abweichung von dein Mittelwert 48 in Beziehung gesetzt. Die Abweichung wird durch diese Gleichungen* ziemlich genau ausgedrückt, und zwar solange wie der Teilfehler oder der Sollwert für diesen Teilfehler zwischen Λ% und ΛΟ% liegt. Dies ist bei den üblicherweise umfaßten Prozessen der Fall.

Die beiden Abweichungs-Signale X0 und XI werden einer Summiereinrichtung 66 zugeführt, in der im wesentlichen X0 von XI subtrahiert wird. Das Ergebnis ist ein Fehlersignal, welches in Intervallen durch eine Schalteinrichtung 68 zu einer Summiereinrichtung 70 hin geführt wird. Die Summiereinrichtung 70 besitzt die Form eines Akkumulätorregisters oder einer entsprechenden äquivalenten Einrichtung,' die einfach sämtliche zugeführte Fehlersignale summiert und ein Dauersignal abgibt, das gleich der Summe ist. Das Ausgangssignal der Summiereinrichtung 70 zuzüglich einer gegebenenfalls erforderlichen geeigneten Vorspannung, die über einen Eingang 72 zugeführt werden kann, stellt den Sollwert für die Prozeßsteuereinrichtung 18 dar, wie sie oben beschrieben worden ist.

Die Betriebs- bzw. Operationsfolgen für die Rechnersteuereinrichtung 16 v/erden durch die Programmiereinrichtung Ik gesteuert. Es sei angenommen, daß die Verarbeitungsanordnung damit beginnt, ein neues oder anderes Produkt herzustellen, wie ein Papier einer anderen Klasse. Zunächst wird die Ausgabeeinrichtung des O" -Rechners 56, die normalerweise den berechneten Wert G" für einen vorhergehenden Papierdurchlauf registriert, durch ein auf der Leitung 56a auftretendes Setzsignal auf einen Anfangswert zurückgestellt, der empirisch bestimmt worden ist. Die betreffende Bestimmung kann durch

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Ausführung von vorangehenden Durchläufen des Papiers der betreffenden Klasse vorgenommen und der entsprechende Wert als Teil des Produktcodes aufgezeichnet worden sein. In entsprechender Weise v/erden die Ausgangssignale der Summiereinrichtung 70 und des Mittelwert-Rechners 54 durch Setzsignale zurückgestellt, die auf den Leitungen 70a und 54a auftreten. Auf diese Weise werden Anfangs-Anweisungswerte für den Prozeß-Sollwert registriert. Es kann angenommen v/erden, daß der der Steuereinrichtung 18 über die Leitung 22 zunächst zugeführte Sollwert durch die Steuereinrichtung beibehalten wird und daß er nahe bei dem Hittelwert AV liegt, der ursprünglich durch den Mittelwert-Rechner 54 berechnet worden ist. Ferner sei bemerkt, daß zunächst die Ausgabeeinrichtungen des Teilfehler-Rechners 54 und der beiden Abweichungs-Rechner 60 und zurückgestellt worden sind. Die Rückstellung und Einführung der Anfangswerte erfolgt unter dem Steuereinfluß der Programmiereinrichtung 74, und zwar auf die Aufnahme von Auslösesignalen, die, wie dargestellt, der Programmiereinrichtung 74 über den Eingang 74a zugeführt v/erden.

Beim normalen Betriebsablauf aktiviert die Programmiereinrichtung 74 den Meßverfahren-Fehlergrenz-Rechner, um einen neuen XFD-Wert zu berechnen. Der Rechner 24 wird in Betrieb gesetzt, um einen neuen Wert des Teilfehlers zu berechnen, und der Rechner 54 wird in Betrieb gesetzt, um im allgemeinen gleichzeitig einen neuen Prozeß-Mittelwert zu berechnen. Bei der einfachsten Anordnung, wie sie in der oben angegebenen US-Patentanmeldung, Serial No. 829 283 beschrieben ist, wird eine bestimmte Anzahl N von Abtastprobenlängen gezählt, ferner wird die Anzahl von Fehlern gezählt, und am Ende der Teilfehler-Berechnung stellt das Verhältnis der Anzahl von Fehlern

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zu der Abtastprobenanzahl N den Teilfehlerwert dar. Im Hinblick auf den kechner 54 sei bemerkt, daß in entsprechender Weise ein gemessener V/ert von dem Meßinstrument 14 für jede zuvor erwähnte Proben- bzw. Abtastprobenlänge aufgenommen wird und daß das Verhältnis sämtlicher gemessener Werte zu der Anzahl der Probenlängen den Mittelwert AV darstellt.

Sind die Teilfehler- und Mittelwerte einmal berechnet, so kann der af -Rechner 54 in Betrieb gesetzt werden, um einen Wert für er zu berechnen. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß es, wie dies durch die gestrichelte Verbindungslinie zwischen der Programmiereinrichtung 74 und dem O*-Rechner über das als Sperreinrichtung bezeichnete Kästchen 76 veranschaulicht ist, nicht möglich ist, in jedem Fall einen neuen Wert für er zu berechnen, und zwar entsprechend nachstehend noch näher erläuterten Kriterien. Im Anschluß an den Punkt in dem Programmzyklus, an dem der neue Wert für σ* berechnet wird, v/erden die Abweichungs-Rechner 60 und 62 in Betrieb gesetzt bzw. aktiviert, um die entsprechenden Abweichungs-Signale zu berechnen, die durch die Summiereinrichtung 66 summiert v/erden. Die Schalteinrichtung 68 wird dann freigegeben, um den Wert für die Summe der Abweichungs-Signale zu der Akkumulator-Summiereinrichtung 70 hinführen zu können. Die Programmiereinrichtung 74 bewirkt daraufhin eine Rückstellung des Mittelwert-Rechners 54, des Teilfehler-Rechners 24 und der Abweichungs-Rechner 60 und 62. Der Schalter 68 wird in Abhängigkeit von der Berechnung eines neuen Abweichungs-Differenzsignalwerts geöffnet. Der durch die Ausgabeeinrichtung des <T -Rechners 56 bereitgestellte, gerade berechnete <3 -Wert wird für eine zukünftige Bezugnahme dort zurückbehalten, da in dem Fall, daß die Sperreinrichtung

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nicht die Berechnung eines neuen & -Werts ermöglicht, der vorhandene ¥ert erneut benutzt werden muß. Obv/ohl die Ausgabeeinrichtung des Mittelwert-Rechners 54 auf Null zurückgestellt wird, wird der gerade berechnete Mittelwert vor Auftreten dieses Vorgangs zu der Speichereinrichtung ^5 hin übertragen. Daraufhin wird durch die Programmiereinrichtung 74 ein neuer Rechenzyklus eingeleitet.

Im folgenden sei die Funktion des eine Sperreinrichtung darstellenden Kästchens 76 näher betrachtet. Eine Untersuchung des Systems zeigt, daß der Steuereinrichtungs-Sollwert nicht verschoben werden sollte oder, was auf dasselbe hinausläuft, daß eine Berechnungvcn<rfür Sollwert-Neuordnungszwecke solange nicht vorgenommen werden sollte, bis der Prozeß unter Dauerzustandsbedingungen läuft. Es ist eine Anzahl von Möglichkeiten in Betracht gezogen worden, wobei jedoch lediglich ein zuverlässiges Kriterium des Dauerzustandsbetriebs ermittelt worden ist. Gemäß diesem Kriterium werden zwei Größen verglichen, und zwar durch Ausführung folgender Subtraktion:

Die erste Größe ist die quadrierte Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Mittelwerten. Die zweite Größe ist der quadrierte Wert des Dreifachen der mittleren Differenzabweichung, einer Größe, die in statistischen Verteilungen bekannt ist.

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Der Zweck der Sperreinrichtung 76 besteht darin, den vorhergehenden Differenzwert zu berechnen, und zwar unter Heran- * Ziehung eines vorangehenden Mittelwertsignals aus dem Speicher 55» des letzter, berechneten Hittelwerts aus dem Mittelwert-Rechner 54, des zuvor berechneten Werts C von dem <T-Rechner 56 und des Wertes N, der bei der einfachsten Anordnung konstant ist.

Dem Wesen nach besteht die Funktion der Sperreinrichtung darin, die zweite Größe von der ersten Größe zu subtrahieren und den Betrieb des <2 -Rechners 56 in entsprechender V/eise zu steuern. Ist das Ergebnis der Subtraktion eine negative Größe, so vermag der ^ -Rechner die ¹T-Rechnung während des gleichzeitigen Zyklusses der Programmiereinrichtung 74 auszuführen. Ist das Ergebnis der Subtraktion positiv, so zeigt dies an, daß die quadrierte Differenz zwischen den beiden Mittelwerten der größere Wert ist. Damit ist keine Neuberechnung von CT während des vorliegenden Zyklus der Programmiereinrichtung 74 zugelassen, da nämlich die Prüfung anzeigt, daß der Prozeß nicht unter Dauerzustandsbedingungen läuft.

Wie oben erwähnt, eignet sich die vorliegende Erfindung insbesondere für die Durchführung von Gewinn- bzw. Profitoptimierungsbetriebsvorgängen, und zwar grundsätzlich entsprechend den Prinzipien, wie sie in der oben erwähnten US-Patentanmeldung, Serial No. 829 283 angegeben sind. In der gerade erwähnten US-Patentanmeldung ist eine Gewinnmaximierungs-Steuereinrichtung beschrieben worden, die insbesondere für Zigarettenherstellmaschinen dient, in denen die Abweisungs- bzw. Ausschußgrenze als Standardgewicht W (z.B. 1000 mg pro Zigarette) unterhalb eines gewissen

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Prozentsatzes F des normalen Gewichts festgelegt worden ist. In diesen Ausdrücken kann die Produktfehlergrenze wie folgt angegeben werden:

XFDA = Vi(1 - P/100 ) (5)

Unter Heranziehung der obigen Gleichung (4) kann der Teilfehler-Sollwert wie folgt angegeben v/erden:.

= 0,16 (T - 0,061 (AV-XFDA) AV-XFDA - 0.47 «^

Im folgenden sei angenommen, daß CS die Materialersparnisse darstellen,die erzielt werden können, indem das Steuerziel verschoben wird, und zwar für eine 19öige Herabsetzung. Bei dem oben beschriebenen Papierherstellprozeß würde dies eine Verringerung der Menge der Papierpulpe entsprechen, die bei der Herstellung der Papierbahn 12 verbraucht wird, wenn man einen konstanten Feuchtigkeitsgehalt annimmt. Nimmt man ferner an, daß CL den Verlust bedeutet, der durch die Notwendigkeit gegeben ist, V/a des Materials auszuscheiden, so kann der Profit bzw. Gewinn wie folgt geschrieben werden:

P = 100 (CL ♦ FDSP + · CS) ' (7)

Setzt man die Gleichung (6) in die Gleichung (7) ein, und setzt man die erste Ableitung des Profits P in bezug auf AV gleich Null, so erhält man:

AV-XFDA _ ,/0,1315O CL _n

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Wird die Gleichung (8) sodann in die Gleichung (6) eingesetzt, so ergibt sich der effektive Teil-Sollwert zu:

FDSP = 0,3^25 M · §f - 0,061 (9)

Es ist somit möglich, eine Teilfehler-Steuerung des Sollwerts in einer wirtschaftlichen optimalen Weise heranzuziehen, wenn XFDA und FDSP wie oben beschrieben berechnet werden. Es dürfte einzusehen sein, daß derartige Rechnungen von Hand oder unter Heranziehung einer Tischrechenmaschine ausgeführt werden können und daß die Vierte durch manuell zu bedienende Wählscheiben eingeführt bzw. eingegeben werden können, die dem Frodukt-Fehlergrenz-Signalgenerator 30 und dem Teilfehler-Sollwert-Signalgenerator 64 zugeordnet sind. Ein System, das wesentlich einfacher Ergebnisse liefert, wenn die Funktion jedes der Signalgeneratoren 30 und 64 durch einen Rechner ausgeführt wird, ist jedoch in der Programmiereinrichtung eingebaut, und ferner umfaßt es jegliche gewünschten Wert-Einstelleinrichtungen für die Bereitstellung der gewünschten Eingangsgrößen bzw. -signale W, F, CS und CL.

Aus der vorstehenden Erläuterung dürfte ersichtlich sein, daß das Steuersystem gemäß Fig. 1 in der Form eines Analog-Rechners, eines fest verdrahteten Digital-Rechners oder eines digitalen Allzweck-Prozeßsteuerrechners verkörpert sein kann, der gemäß dem Signalfluß und der Informationsübertragung programmiert ist, wie sie in Fig. 1 enthalten ist, und zwar im Hinblick auf die Betriebsablauffolge, wie sie für die Programmiereinrichtung 74 erläutert worden ist. Die Steuereinrichtung besteht vorzugsweise aus einer digitalen Allzweck-

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Prozeßsteuereinrichtung, die gemäß dem Flußdiagramm nach Fig. 4 programmiert ist, welche sich aus den Teilfiguren 4a, 4b und 4c zusammensetzt.

Im Hinblick auf Fig. 4a sei bemerkt,"daß auf den Beginn des Programms hin eine Entscheidung durch die Operation 80 vorgenommen wird, wenn gewisse Einleitungs- bzw. Auslöseoperationen durchgeführt werden sollen. Diese Entscheidung wird in Abhängigkeit von Einstellmarkierungen vorgenommen," die während eines zuvor ausgeführten Programms gesetzt worden sind, was für ein Verständnis der vorliegenden Erfindung jedoch nicht notwendig ist. Dabei wird, wenn eine automatische Steuerung angefordert wird, eine Prüfung vorgenommen, um sicherzustellen, daß verschiedene Schalter in der richtigen Stellung sind, daß brauchbare Werte von der Bedienperson .der Verarbeitungsanordnung eingegeben worden sind und dgl..

Der übrige Teil des Programms erläutert sich im wesentlichen mit Rücksicht auf die vorstehende Organisationsbeschreibung von selbst, wobei einige wenige Hinweise gegeben selen.- Die · Einleitungs- bzw. Auslöseoperationen 82, 84 und 86 beziehen sich auf die Zählungen der Gesamtzahl gemessener Proben und der Anzahl von Fehlern, wie dies in der oben erwähnten US-Patentanmeldung, Serial No. 829 283, erläutert worden ist. Mit 86 ist eine Operation bezeichnet, die sich auf die Akkumulation der gemessenen Prozeßwerte bezieht, welche normalerweise von dem Meßinstrument 14 in bestimmten Intervallen erhalten und für die Berechnung des Prozeßmittelwerts akkumuliert v/erden. Die mit 88 angedeutete Operation betrifft die Berechnung eines XFD-Wertes, der auf der Basis eines zunächst empirischen Wertes er auf der Basis einer vorhergehenden

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Prozeßerfahrung bzw. -kenntnis berechnet wird, da auf die Auslösung bzw. Einleitung hin keine aktualisierten,berechneten er -Werte zur Verfügung stehen.

Bezugnehmend auf Fig. 4b sei bemerkt, daß die durch 90 bezeichneteOperation darin besteht, zu bestimmen, ob Fehlerposten als obere oder untere Grenzausscheidungen zu behandeln sind. Während Fig. 3 die Gesichtspunkte veranschaulicht, die in die Wertung bzw. Berechnung der gemessenen Prozeßwerte gegenüber einer unteren Grenze erfaßt sind, werden die gemessenen Werte, wie der Feuchtigkeitsgehalt der Papierbahn 12, üblicherweise gegenüber oberen Grenzen bewertet oder gegenüber Grenzen oberhalb des Mittelwerts, wie dies in der eingangs erwähnten US-Patentschrift 3 515 860 angegeben ist.

Wie durch die Entscheidungsoperatioh 98 angedeutet, muß die Anzahl N an Proben ausreichen, um sicherzustellen, daß eine statistisch gültige Abschätzung bzw. Bewertung der Standardabweichung vorgenommen werden kann. Bei der einfachsten Anordnung wird eine Entscheidung einfach auf der Basis vorgenommen, daß festgestellt wird, ob die Anzahl der akkumulierten Proben eine festgelegte Zahl überschreitet.

Im Hinblick auf Fig. 4c sei bemerkt, daß bei der Operation der neue Viert von XFD auf einem neu berechneten Wert von C basiert. Es sei jedoch ferner darauf hingewiesen, daß die obige Gleichung (1) dazu neigt, instabil in dem Fall zu werden, daß & wesentlich kleiner v/erden sollte als etwa 2 CrL. Demgemäß ist der Minimalwert von cK bei der Operation 108 derart begrenzt, daß in dem Fall, daß der aufgenommene Wert

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von er kleiner ist als 2 Cr der Wert 2 er" anstatt des tatsächlichen C -Wertes benutzt wird.

Obwohl vorstehend ein Strahlungsmeßinstrument als Beispiel für ein Meßinstrument verwendet worden ist, dessen Keßausgangssigna?, durch eine nennenswerte Störkomponente charakterisiert ist, deren statistische Wirkungen kompensiert werden können, dürfte ohne weiteres einzusehen sein, daß die Erfindung auch in Verbindung mit vielen anderen Instrumenten benutzt werden kann, deren Signale zufallsmäßig auftretende Störkomponenten enthalten, deren statistische Folge berechnet werden kann.

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Claims

Patentanspruch e

1. Prozeßsteuersystem, bei dem Prozeßmeßgrößen in bezug auf eine Fehlergrenze einem Vergleich unterzogen werden und bei dem ein Prozeßsteuereinrichtungs-Sollwert automatisch entsprechend, einem Teilfehler-Signal zurückgestellt wird, welches auf Grund eines Teilfehler-Vergleichs gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (16) vorgesehen sind die auf die Prozeßmeßgrößen hin ein Sollwert-Fehlersignal erzeugen, welches die Abweichung eines Prozeß-Mittelwerts von der Fehlergrenze als Funktion der Standardabweichung des Prozesses anzeigt, und daß Rückstelleinrichtungen (7^,72) vorgesehen sind, die dieses Fehlersignal zur Änderung des Sollwerts für die Prozeßsteuereinrichtung (18) heranziehen.

2. Anordnung für die Verwendung in dem System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das Sollwert-Fehlersignal liefernden Einrichtungen eine Einrichtung (64) enthalten, welche ein Signal abgibt, welches einen Teilfehler-Sollwert angibt, daß Einrichtungen (60,62,66) vorgesehen sind, die zwei Abweichungs-Signale erzeugen, deren eines die Abweichung der Fehlergrenze von dem Mittelwert und deren anderes die Abweichung einer zweiten Fehlergrenze von dem Mittelwert angibt, und daß diese Einrichtungen den durch den Teilfehler-Sollwert bezeichneten Teilfehlerwert liefern, wobei das Sollwert-Fehlersignal die Differenz zwischen den beiden Abweichungssignalen anzeigt.

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