DE4232826C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Totzeit einer Regelgröße und ihre Verwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Totzeit einer Regelgröße in einer Regelstrecke, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und bevorzugte Verwendung der Vorrichtung.

Nahezu jede Regelgröße in einem technischen System ist mit einer mehr oder weniger großen Totzeit belastet. Diese stellt für die Steuerung und Regelung des Systems ein besonderes Problem dar, da z. B. die Auswirkung eines Stelleingriffes am Eingang der Regelstrecke erst nach Ablauf der Totzeit in der mindestens einen, am Ausgang der Regelstrecke erfaßten Meßgröße beobachtet werden kann. Diese totzeitbedingte Verzögerung zwischen der Stellgröße und dem meßtechnisch erfaßten Verlauf einer hiervon abhängigen Regelgröße behindert die Arbeit einer zur Führung der Regelstrecke eingesetzten Regeleinrichtung unter Umständen sehr stark. So wird z. B. die Stabilität eines aus einer Strecke und einer Regeleinrichtung gebildeten Regelkreises durch das Vorhandensein von u. U. in der Größe nicht genau bekannten und möglicherweise zeitveränderlichen Totzeiten in der bzw. den Regelgrößen verschlechtert.

Insbesondere bei technischen Anlagen zur Erzeugung oder Bearbeitung von strangförmigem bzw. band- oder bahnartigem Material, und bei technischen Anlagen zum Transport und zur Verarbeitung von Massenströmen ist mit besonders großen und vom aktuellen Betriebszustand der Anlage abhängigen Totzeiten zu rechnen. Als eine von vielen möglichen technischen Anlagen dieser Art sei beispielhaft eine Papiermaschine genannt, bei der eine Vielzahl von relativ großen Totzeiten auftreten. Beispielhaft sei hierbei auf die Regelung des aaktuellen Flächengewichtes der von der Papiermaschine produzierten Papiersorte hingewiesen. Die Einstellung des Flächengewichtes erfolgt dabei prozeßtechnisch weit vor der eigentlichen Papiermaschine in der sogenannten Stoffaufbereitung. Hierbei wird die Hinzugabe von sogenanntem Dickstoff in den Dünnstoffkreislauf der Papiermaschine geregelt. Die Auswirkung eines Stelleingriffes bei der Dickstoffzugabe kann aber erst nach Ablauf einer relativ großen Totzeit im Inneren der Papiermaschine selbst beobachtet wrden. Wird nämlich die Dickstoffzugabe verändert, so muß diese Veränderung erst die langen Rohrleitungswege der Stoffaufbereitung durchlaufen, welche der eigentlichen Papiermaschine vorgelagert ist.

Mit Erreichen des sogenannten Stoffauflaufes der Papiermaschine am Ende der Stoffaufbereitung gelangt der Stoff zunächst auf das Sieb der Papiermaschine, auf der sich durch Wasserablauf und Verdichtung die Papierbahn allmählich stabilisiert. Erst nach Abheben der Papierbahn vom Sieb und deren Durchlauf durch diverse Pressen und Trockenzylinder der Papiermaschine hat sich das innere Gefüge der Papierbahn derart stabilisiert, daß der Istwert des Flächengewichtes durch eine bevorzugt über die gesamte Breite der Papierbahn traversierende Meßanlage erfaßt werden kann. Dieser Meßgeber für die Regelgröße Flächengewicht ist aber etwa im ersten Drittel im Inneren der Papiermaschine und somit räumlich einen sehr langen Prozeßweg hinter dem Stellort für den Dickstoff angeordnet. Die sich durch den Transport des Stoffes durch Stoffaufbereitung bis zum Beginn der Papiermaschine und die durch den Transport der sich allmählich ausbildenden Papierbahn am Anfang der Papiermaschine bis zum Erreichen der Meßanlage ergebende Totzeit stellt für die Regelung des Flächengewichts ein außerordentliches Problem dar. Zudem ist diese Totzeit nicht konstant, sondern mit der Laufgeschwindigkeit der Papiermaschine veränderlich. Insbesondere abhängig von der Sorte des jeweils zu produzierenden Papieres und z. B. abhängig von der Qualität des aktuell zur Produktion zur Verfügung stehenden Holzstoffes unterliegt die Maschinengeschwindigkeit und damit die o. g. Totzeit während der Produktion ständig Veränderungen. Sie muß vom Maschinenführer insbesondere zur Vermeidung von unerwünschten Papierbahnabrissen überwacht und angepaßt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bevorzugt zur Ausführung mit Hilfe von programmgesteuerten elektronischen Rechenanlagen wie z. B. speicherprogrammierbaren Steuerungen bzw. Prozeßrechnern geeignetes Meßverfahren zur bevorzugt ständig mitlaufenden Bestimmung des Istwertes einer Totzeit einer Regelgröße einer technischen Regelstrecke anzugeben.

Die Erfindung geht dabei davon aus, daß bei der betroffenen totzeitbehafteten Strecke die maßgeblichen Meßwerte mit Hilfe von sogenannten Abtastverfahren diskontinuierlich erfaßt werden. Bei derartigen, z. B. bei Abtastregelungen eingesetzten Verfahren wird der kontinuierliche Verlauf einer Meßgröße zyklisch nach Ablauf eines fest vorgegebenen Zeitraumes punktartig abgetastet. Dieser Zeitraum wird auch Abtastzeit genannt und stellt eine mit einem Systemtakt vergleichbare kleinste Zeiteinheit in der Abtastregelung dar. Alle in einer derartigen Regelung auftretenden Vorgänge können sich nur in einem Abtastzzeitpunkt ereignen und eine Dauer aufweisen, welche ein ganzzahliges Vielfaches der Abtastzeit darstellt.

Die obige Aufgabe wird gelöst mit Hilfe der Merkmale des im Anspruch 1 enthaltenen Verfahrens. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und bevorzugte Verwendungen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die Erfindung wird unter Zuhilfenahme eines in den nachfolgend kurz angeführten Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 ein allgemeines Blockschaltbild einer Regelstrecke, bei der die Istwerte einer Stellgröße und einer Regelgröße zyklisch jeweils nach Ablauf einer vorgegebenen Abtastzeit erfaßt werden,

Fig. 2 die Darstellung beispielhafter, stark vereinfachter Verläufe einer zeitdiskret abgetasteten Stellgröße und einer dazugehörigen formgleichen und um eine Totzeit zeitverschobenen Regelgröße,

Fig. 3 die zeitdiskret abgetasteten Werte der Stell- und Regelgröße von Fig. 2, welche in Form von Tabellen mit jeweils einer erfindungsgemäß dazugehörigen Binärwert-Änderungstabelle dargestellt sind, und

Fig. 4 eine tabellenartige Zusammenstellung zur Veranschaulichung der Bestimmung der Totzeit zwischen der Stellgröße und der Regelgröße aus dem Beispiel der Fig. 2 durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Gemäß der Erfindung werden in einem ersten Verfahrensschritt eine erste und zweite Gruppe von Meßwerten derart gebildet, daß jeweils nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitraumes die Istwerte einer Stellgröße und der zugehörigen Regelgröße einer Strecke abgetastet und gespeichert werden.

Dies ist in Fig. 1 in Form eines allgemeinen Blockschaltbildes dargestellt. Dieses zeigt eine technische Strecke RS, welcher an einem Eingang eine Stellgröße u(t) zugeführt wird. Hiermit kann eine Regelgröße v(t) am Ausgang der Strecke beeinflußt werden. Im dargestellten Beispiel sei angenommen, daß eine bevorzugt stoßartige Änderung der Stellgröße u(t) sich nach Ablauf einer Totzeit Tt in der Regelgröße v(t) abbildet. Erfindungsgemäß werden die kontinuierlichen Verläufe der Stell- und Regelgröße u(t), v(t) mit Hilfe von Meßgebern MG1, MG2 jeweils nach Ablauf eines als Abtastzeit dienenden, vorgegebenen Zeitraumes Ta abgetastet und einer programmgesteuerten elektronischen Rechenanlage C zugeführt. Die Rechenanlage liest somit bevorzugt programmgesteuert zyklisch die Istwerte u(n·Ta) der Stellgröße und v(n·Ta) der Regelgröße zu den vorgegebenen äqudistanten Abtastzeitpunkten AS=n·Ta ein. Dabei symbolisiert n in Form eines Lauffaktors das jeweilige Vielfache der Abtastzeit Ta. Die programmgesteuerte Rechenanlage C ermittelt schließlich aus den abgetasteten Werten der Stell- und Regelgröße unter Zuhilfenahme des erfindungsgemäßen Verfahrens die Totzeit Tt der technischen Strecke RS wiederum als ein Vielfaches r der Abtastzeit Ta, d. h. Tt=r·Ta.

Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Fig. 2 beispielhaft die Verläufe einer Stellgröße u(n·Ta) und einer dazugehörigen Regelgröße v(n·Ta) dargestellt. Zur besseren Veranschaulichung der Erfindung handelt es sich dabei nicht um reale, sondern stark vereinfachte Musterverläufe. So sind z. B. beide Verläufe ideal formgleich, und der Verlauf der Regelgröße v(n·Ta) ist gegenüber dem Verlauf der Stellgröße u(n·Ta) beispielhaft um eine vier Abtastzeiträume Ta umfassende Totzeit verschoben, d. h. Tt=r·Ta mit r=4. Die Verläufe der beispielhaften Stell- und Regelgrößen bestehen aus Meßpunkten, welche in Fig. 2 jeweils mit einem kleinen Kreis markiert sind und in dem durch die Abtastzeitpunkte AS=n·Ta vorgegebenen Zeitraster äquidistant aufeinander folgen. zur Verdeutlichung der beispielhaften Formgleichheit der Verläufe sind in Fig. 2 zusammengehörige Meßpunkte sowohl im Verlauf der Stellgröße u(n·Ta) als auch im Verlauf der Regelgröße v(n·Ta) mit einer durchgezogenen Linie zu je einem Signalverlauf verbunden. Man erkennt, daß beide Signalverläufe über die gleiche Anzahl von entsprechenden Meßpunkten verfügen. So gehört z. B. zum Meßpunkt u=10 bei t=1·Ta der um die Totzeit Tt=4·Ta verschobene Meßpunkt v=1 bei t=5·Ta. In Fig. 2 ist dies durch einen geschwungenen Pfeil zwischen beiden Meßpunkten verdeutlicht. In der gleichen Weise gibt es zu jedem Meßpunkt im Verlauf von u einen dazugehörigen Meßpunkt im Verlauf von v. So gehört z. B. zum Meßpunkt u=15 im Abtastzeitpunkt t=6·Ta der korrespondierende Meßpunkt v=6 im Abtastzeitpunkt AS=10·Ta. Schließlich gehört zum Meßpunkt u=15 im Abtastzeitpunkt AS=26·Ta am Ende des durchgezogenen Verlaufes von u der Meßpunkt v=6 im Abtastzeitpunkt AS=30·Ta ebenfalls am Ende des durchgezogenen Verlaufes der Regelgröße v(n·Ta). Auch diese letzten beiden Punkte sind in Fig. 2 zur Verdeutlichung wiederum durch einen geschwungenen Pfeil miteinander verbunden. Zur einfachen Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Verläufe der beispielhaften Stellgröße u und der dazugehörigen Regelgrößen v in Fig. 2 folglich so gestaltet, daß jeder Meßpunkt von v einem Meßpunkt von u zugeordnet werden kann, und jeder Meßpunkt in v um die gleiche Totzeit Tt gegenüber dem dazugehörigen Meßpunkt in u zeitverschoben ist.

Erfindungsgemäß werden nun in einem zweiten Verfahrensschritt aus der ersten und der zweiten Gruppe von Meßwerten jeweils eine erste und zweite Tabelle derart gebildet, daß im Falle einer Zunahme eines Meßwertes in der ersten bzw. zweiten Gruppe im Vergleich zu dem unmittelbar zeitälteren Meßwert in der jeweiligen Gruppe ein erster Binärwert, und im Falle einer Abnahme ein zweiter Binärwert in die erste bzw. zweite Tabelle eingetragen werden.

Dies wird des weiteren unter Zuhilfenahme der Fig. 3 näher erläutert. Dort sind die diskret abgetasteten Werte der Verläufe der Stellgröße u(n·Ta) und der Regelgröße v(n·Ta) gemäß dem Beispiel von Fig. 2 in Tabellenform zusammengestellt. Dabei sind zunächst in der linken Tabelle von Fig. 3 die einzelnen Abtastzeitpunkte AS=n·Ta, beginnend beim Abtastzeitpunkt mit n=0 und endend beim Abtastzeitpunkt mit n=30 untereinander liegend aufgelistet. Diese Abtastzeitpunkte bilden quasi eine diskrete Zeitachse und geben die Zeitpunkte an, in denen die in Fig. 2 mit kleinen Kreisen markierten Meßpunkte in den Signalverläufen von u und v auftreten. Dementsprechend bilden in Fig. 3 die Abtastzeitpunkte AS mit dem jeweiligen Wert des Vielfachen n der Abtastzeitpunkt Ta die Zeilen der Tabelle. Dabei sind in einer mittleren Tabelle die zum jeweiligen Abtastzeitpunkt AS auftretenden Meßwerte der Stellgröße u(n·Ta), und schließlich in einer rechten Tabelle die zu den Abtastzeitpunkten AS auftretenden Meßwerte der Regelgröße v(n·Ta) aufgelistet.

Erfindungsgemäß wird nun aus der ersten Gruppe von Meßwerten u(n·Ta) eine erste Tabelle Du und aus der zweiten Gruppe von Meßwerten v(n·Ta) eine zweite Tabelle Dv abgeleitet. Darin sind im Falle einer Zunahme eines Meßwertes in der ersten bzw. in der zweiten Gruppe u(n·Ta) bzw. v(n·Ta) im Vergleich zu dem unmittelbar zeitälteren Meßwert u((n-1)·Ta) bzw. (v((n-1)·Ta) in der jeweiligen Gruppe ein erster Binärwert von z. B. 1, und im Falle einer Abnahme ein zweiter Binärwert von z. B. 0 eingetragen.

So weist z. B. der Meßwert der Stellgröße im Abtastzzeitpunkt AS mit n=1 den Wert u=10 auf. Der unmittelbar darauf folgende Meßwert bei n=2 weist die Größe u=11 auf. Da somit der Meßwert von u im Zeitpunkt AS=2·Ta im Vergleich zum unmittelbar zeitälteren Meßwert im Abtastzeitpunkt AS=1·Ta zugenommen hat, wird in die erste Tabelle Du im Abtastzeitpunkt AS bei n=2 ein erster Binärwert 1 eingetragen. In entsprechender Weise ist in der ersten Tabelle Du z. B. bei n=7 ein zweiter Binärwert 0 eingetragen, da der dazugehörige Meßwert u=14 im Vergleich zu dem unmittelbar zeitälteren Meßwert u=15 bei n=6 abgenommen hat. In der eben beschriebenen Weise werden in die erste und zweite Tabelle Du, Dv für jeden Abtastzeitpunkt AS=t·Ta bei n=0 bis 30 jeweils ein erster bzw. zweiter Binärwert eingetragen. Die so entstehenden Tabellen Du und Dv können auch als "Binärwert-Änderungstabellen" bezeichnet werden.

Die erste und zweite Gruppe von Meßwerten u und v wird somit in dazugehörige Tabelle Du und Dv abgebildet. Aus dem Vorhandensein eines ersten bzw. zweiten Binärwertes in der Tabelle Du bzw. Dv ist zu entnehmen, daß der dazugehörige Meßwert im jeweiligen Abtastzeitpunkt RS im Verlauf der Stellgröße u bzw. in der Regelgröße v im Vergleich zum unmittelbar zeitälteren Meßwert im vorangegangenen Abtastzeitpunkt zugenommen bzw. abgenommen hat. Dabei ist das in den Fig. 2, 3 dargestellte Beispiel lediglich zum Zwecke der besseren Übersicht gerade so ausgelegt, daß die Meßwerte der Stellgröße u und der Regelgröße v pro Abtastzeitpunkt RS nur um den ganzzahligen Wert 1 zu- bzw. abnehmen können. So nehmen z. B. die Werte der Regelgröße v zwischen den Abtastzeitpunkten mit n=5 und m=10 jeweils um eins beginnend vom Wert 1 bis zum Wert 6 zu. In der Realität können selbstverständlich in den Verläufen der Meßwert von u und v zwischen aufeinander folgenden Abtastzeitpunkt erheblich größere bzw. auch kleinere Werteveränderungen auftreten.

Gemäß der Erfindung werden nun ausschließlich die Werte in der ersten und zweiten Tabelle weiteren Verfahrensschritten unterworfen, um den gewünschten Istwert der jeweiligen Totzeit zu ermitteln. So wird in einem dritten Verfahrensschritt in den Tabelle zunächst ein Meßfenster mit einer ausgewählten Anzahl an Positionen festgelegt. Bei jeder Position im Meßfenster werden die Binärwerte in der ersten und der zweiten Tabelle paarweise verglichen, und es wird anschließend ein erster Summenwert gebildet. Dieser entspricht der Anzahl von Paaren mit gleichem Binärwert. Daraufhin werden die Binärwerte in der ersten oder in der zweiten Tabelle um eine Position in Richtung auf zeitältere oder auf zeitjüngere Werte verschoben, wiederum die im Meßfenster liegenden Binärwerte der ersten und zweiten Tabelle paarweise verglichen und schließlich ein zweiter Summenwert gebildet, welcher der Anzahl von Paaren mit übereinstimmendem Binärwert entspricht. Anschließend wird dieser Verfahrensschritt wiederholt durchlaufen und jeweils der Summenwert aus den Paaren mit gleichem Binärwert gebildet. Schließlich wird in einem vierten und letzten Verfahrensschritt das Maximum aus der Gruppe der derart gebildeten Summenwerte ausgewählt, die dazugehörige Anzahl an Verschiebungen der ersten bzw. zweiten Tabelle bestimmt und diese Anzahl zur Bildung des Meßwertes der Totzeit der Regelgröße mit dem Wert des vorliegenden Abtastzeitraumes multipliziert.

Dies wird unter Zuhilfenahme der tabellenartigen Zusammenstellung von Fig. 4 wiederum an Hand der beispielhaften Meßwertverläufe u und v von Fig. 2, 3 näher erläutert. Das Beispiel in Fig. 4 ist dabei so gestaltet, daß die Binärwerte der zweiten Tabelle Dv in Richtung auf zeitjüngere Werte hin verschoben werden. Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Verfahren uneingeschränkt auch derart durchgeführt werden, daß die Binärwerte der ersten Tabelle Du jeweils um eine Position in Richtung auf zeitältere Werte verschoben werden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist diese Ausführung des Verfahrens bildlich nicht dargestellt.

So sind in Fig. 4 wiederum in der linken Tabelle die Abtastzeitpunkte AS=n·Ta durch Angabe des Vielfachen n in Form einer diskreten Zeitachse aufgelistet, wobei der Wertbereich des Lauffaktors n von 0 bis 30 reicht. Auch hier werden wiederum durch die Werte von n die Zeilen in der Tabelle von Fig. 4 festgelegt. Rechts neben der Tabelle für die Abtastzeitpunkte AS befindet sich die erste Tabelle Du für die erste Gruppe von Meßwerten u(n·Ta) und wiederum rechts davon die zweite Tabelle Dv für die zweite Gruppe von Meßwerten v(n·Ta). Bis dahin ist die Darstellung in Fig. 4 identisch mit der Darstellung in Fig. 3.

Gemäß der Erfindung wird nun in den Tabellen Du und Dv ein Meßfenster MF festgelegt, welches eine ausgewählte Anzahl von Positionen umfaßt. Im Beispiel der Fig. 4 beginnt das Meßfenster MF im Abtastzzeitpunkt AS mit n=2 und endet im Abtastzeitpunkt mit n=20. Bei jeder Position n=2 . . . 20 im Meßfenster MF werden nun die Binärwerte in der ersten und zweiten Tabelle Du und Dv (0) paarweise miteinander verglichen. In Fig. 4 ist dies durch die Doppelpfeile in den Zeilen n=2, 3, 4 und 18, 19, 20 symbolisch dargestellt. Dabei bedeutet die Markierung (0) bei Dv(0), daß die zweite Tabelle Dv noch nicht um eine Position, d. h. einen Abtastzeitraum Ta, in Richtung auf z. B. zeitjüngere Werte hin verschoben wurde, sondern im unveränderten Zustand vorliegt. Entsprechend ist unterhalb der Tabelle Dv(0) als Anzahl der Verschiebungen r=0 angegeben. Erfindungsgemäß wird nun ein erster Summenwert ÜS gebildet, welcher der Anzahl von Paaren mit gleichem Binärwert in den Tabellen Du und Dv(0) entspricht. Man erkennt, daß bei den Positionen n=6, 14, 16, 17, 19 übereinstimmende Binärwerte 1-1, 0-0, 1-1, 1-1, 0-0 in den Tabellen auftreten. Die fünf Übereinstimmungen bilden den Summenwert ÜS=5. Der Wert 5 ist in der letzten Zeile von Fig. 5 unter die Tabelle Dv(0) eingetragen.

Gemäß der Erfindung werden nun die Binärwerte in der zweiten Tabelle Dv um eine Position Ta in Richtung auf zeitjüngere Werte hin verschoben. Es entsteht somit die in Fig. 4 eingetragene Tabelle Dv(1), welche ganz unten mit r=1 markiert ist. Nun werden auch hier innerhalb des Meßfensters MS die Binärwerte der ersten Tabelle Du und der verschobenen zweiten Tabelle Dv(1) paarweise verglichen. Ein zweiter Summenwert ÜS(r=1) gibt wiederum die Anzahl der Paare mit gleichem Binärwert an. Im vorliegenden Beispiel weisen bei den Abtastpunkten AS mit n=5, 6, 10 und 16 die Tabellen Du und Dv(1) übereinstimmend die Binärwerte 1-1, 1-1, 0-0 und 1-1 auf. Es ergibt sich somit ein zweiter Summenwert ÜS(r=1)=4, welcher in der letzten Zeile von Fig. 4 direkt unter die Tabelle von Dv(1) eingetragen ist.

Gemäß der Erfindung wird nur der Verfahrensschritt der Tabellenverschiebung und Summenwertbildung wiederholt durchlaufen. In Fig. 4 sind somit die Tabellen Dv(2) . . . Dv(10) eingetragen, welche jeweils um die Anzahl r=2 . . . 10 an Abtastzeiträumen Ta bzw. Positionen n in Richtung auf zeitjüngere Werte verschoben wurden. In der Darstellung von Fig. 4 zeigt sich dies um eine Verschiebung von n nach rechts oben. So werden wiederum die im Meßfenster MF liegenden Binärwerte der ersten Tabelle Du und der um r=2 verschobenen zweiten Tabelle Dv(2) paarweise miteinander verglichen und ein zweiter Summenwert ÜS(r=2)=7 gebildet. In der gleichen Weise entstehen die weiteren Summenwerte 13, 19, 14, 9, 5, 5, 9, 10, welche zu den um r=3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 verschobenen zweiten Tabellen Dv(3) . . . Dv(10) gehören.

Zur Bestimmung der gewünschten Totzeit muß nun in einem letzten Verfahrensschritt das Maximum der derart gebildeten Summenwerte ausgewählt werden. Bei dem Beispiel von Fig. 4 ist dies der mit einem umgebenden runden Kreis markierte Summenwert ÜS(r=4)=19. Dieser gehört zur zweiten Tabelle Dv(4), welche um r=4 Abtastzeiträume in Richtung auf zeitjüngere Werte verschoben wurden. Auf Grund der Besonderheit der in den Fig. 2, 3 zugrunde gelegten beispielhaften Verläufe der Stellgröße u und der Regelgröße v entspricht dieser Summenwert gerade der Anzahl der im Meßfenster MF befindlichen Meßwerte. Im ausgewählten Beispiel stimmen somit zwischen den Abtastzeitpunkten AS mit n=2 bis n=20 alle Binärwerte in der ersten Tabelle Du mit den Binärwerten in der zweiten Tabelle Dv(4) überein.

Zur Bildung des gewünschten Meßwertes der Totzeit Tt wird schließlich die zum Maximum der Summenwerte gehörige Anzahl r der Verschiebungen mit dem Wert der jeweils vorliegenden Größe des Abtastzeitraumes Ta multipliziert, d. h. Tt=r·Ta. Bei dem in den Fig. 2, 3, 4 dargestellten Beispiel ergibt sich somit Tt=4·Ta. Dieser mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens meßtechnisch gewonnene Istwert der Totzeit stimmt mit der Darstellung im Zeitdiagramm der Fig. 2 überein, bei der jeder Meßpunkt der Regelgröße v um 4·Tr gegenüber dem dazugehörigen Meßpunkt der Stellgröße u zeitverschoben ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders geeignet, um mit Hilfe von programmgesteuerten elektronischen Rechenanlagen, wie z. B. einer speicherprogrammierbaren Steuerung, einem sogenannten Automatisierungssystem bzw. einem Prozeßrechner, ausgeführt zu werden. Hierzu sind gemäß Fig. 1 Meßgeber MG1, MG2 zur Erfassung der Istwerte der Stellgröße u(t) und der Regelgröße v(t) der Strecke RS vorgesehen. Diese Meßgeber führen die Istwerte dem Eingang der elektronischen Rechenanlage C zu, welche diese programmgesteuert zyklisch zu vorgegebenen, äqudistanten Abtastzeitpunkten AS=n·Ta einliest. Es entstehen die zeitdiskreten, gerasterten Gruppen von Meßwerten u(n·Ta) und v(n·Ta). Es entsteht somit durch Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Hilfe einer programmgesteuerten elektronischen Rechenanlage eine neue Vorrichtung, mit der vollautomatisch und insbesondere regelmäßig wiederkehrend ein unter Umständen veränderlicher Istwert der Totzeit Tt einer Regelgröße in einer technischen Strecke RS meßtechnisch erfaßt werden kann. Sind in der elektronischen Rechenanlage auch Regeleinrichtungen programmgesteuert vorhanden, insbesondere sogenannte Abtastregelungen bzw. auf dem Konzept der sogenannten "fuzzy-control" basierende Steuereinrichtungen, so kann der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnene Istwert der Totzeit programmgesteuert direkt diesen Regeleinrichtungen zum Zwecke der Verbesserung der Regelqualität zugeführt werden.

Eine derartige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist besonders geeignet zur Verwendung bei einer technischen Anlage zur Erzeugung und/oder Bearbeitung von strangförmigem bzw. band- oder bahnartigem Material, und bei einer technischen Anlage zum Transport und/oder zur Verarbeitung von Massenströmen insbesondere flüssiger Stoffe. Gerade bei derartigen technischen Anlagen ist mit dem Auftreten von großen und zeitveränderlichen Totzeiten zu rechnen.

Claims (4)

1. Verfahren zur Messung der Totzeit (Tt) einer Regelgröße (v(t)) in einer Regelstrecke (RS), wobei

• a) eine erste und zweite Gruppe von Meßwerten (u(n·Ta), v(n·Ta)) derart gebildet werden, daß jeweils nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitraumes (Ta) ("Abtastzeit") die Istwerte einer Stellgröße (u(t)) als erste Gruppe und der dazugehörigen Regelgröße (v(t)) als zweite Gruppe der Regelstrecke (RS) gemessen abgetastet (n) und gespeichert werden (Fig. 1, 2),
• b) eine erste und zweite Tabelle (Du, Dv) derart gebildet werden, daß im Falle einer Zunahme eines Meßwertes in der ersten bzw. zweiten Gruppe (u(n·Ta), v(n·Ta)) im Vergleich zu dem unmittelbar zeitälteren Meßwert in der jeweiligen Gruppe ein erster Binärwert (1), und im Falle einer Abnahme ein zweiter Binärwert (0) in die erste bzw. zweite Tabelle (Du, Dv) eingetragen werden (Fig. 3),
  • c1) in den Tabellen (Du, Dv) ein Meßfenster (MF) mit einer ausgewählten Anzahl an Positionen (n=2 . . . 20) festgelegt wird,
  • c2) bei jeder Position (n) im Meßfenster (MF) die Binärwerte der ersten und zweiten Tabelle (Du, Dv) paarweise verglichen werden und ein erster Summenwert (ÜS(r=0)=5) gebildet wird, welcher der Anzahl von Paaren (n=6, 14, 16, 17, 19) mit gleichem Binärwert (1-1, 0-0) entspricht,
  • c3) die Binärwerte entweder der ersten oder zweiten Tabelle (Dv) um eine Position (n) in Richtung auf zeitältere bzw. zeitjüngere Werte verschoben werden, im Meßfenster (MF) die Binärwerte der ersten und zweiten Tabelle (Du, Dv(1)) wiederum paarweise verglichen werden und ein zweiter Summenwert (ÜS(r=1)=4) der Paare (n=5, 6, 10, 16) mit gleichem Binärwert (1-1; 0-0) gebildet wird,
  • c4) der Verfahrensschritt c3) wiederholt (r) durchlaufen und jeweils der Summenwert (ÜS(r=2)=7 . . . ÜS(r=10)=10) der Paare mit gleichem Binärwert (1-1; 0-0) gebildet wird (Fig. 4), und
• d) das Maximum der Summenwerte (ÜS(r=4)=19) ausgewählt, die dazugehörige Anzahl (r=4) an Verschiebungen der ersten bzw. zweiten Tabelle (Dv(4)) bestimmt, und diese Anzahl (r) zur Bildung des Meßwertes der Totzeit (Tt) der Regelgröße (v) mit dem Wert der vorgegebenen Abtastzeit (Ta) multipliziert wird (Tt=r·Ta) (Fig. 4).

2. Vorichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit

• a) Meßgebern (MG1, MG2) zur Erfassung der Istwerte der Stellgröße (u(t)) und Regelgröße (v(t)) der Strecke (RS), und
• b) einer daran angekoppelten elektronischen Rechenanlage (C), insbesondere einer speicherprogrammierbaren Steuerung, einem Automatisierungssystem bzw. einem Prozeßrechner, welche programmgesteuert zyklisch die Istwerte (u(n·Ta), v(n·Ta)) zu fest vorgegebenen, äquidistanten Abtastzeitpunkten (AS=n·Ta) einfließt und die Verfahrensschritte von Anspruch 1 programmgesteuert ausführt.

3. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 2 bei einer Anlage zur Erzeugung und/oder Bearbeitung von strangförmigem, bzw. band- oder bahnartigem Material.

4. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 2 bei einer Anlage zum Transport und/oder zur Verarbeitung von Massenströmen, insbesondere flüssiger Stoffe.