DE69017083T2

DE69017083T2 - Kontrollsystem für Papier- oder Kartonmaschine.

Info

Publication number: DE69017083T2
Application number: DE69017083T
Authority: DE
Inventors: Juha Herrala; Jouko Hytoenen; Jarmo Jaervinen; Markku Salmela; Harri Vaehaetalo
Original assignee: Valmet Paper Machinery Inc
Current assignee: Valmet Technologies Oy
Priority date: 1989-06-01
Filing date: 1990-05-25
Publication date: 1995-07-20
Anticipated expiration: 2010-05-26
Also published as: DE69017083D1; ATE118845T1; FI892670A; CA2018114A1; CA2018114C; US5381341A; FI85731C; FI892670A0; EP0401188A3; FI85731B; EP0401188B1; EP0401188A2

Description

Die Erfindung betrifft ein Kontroll- bzw. Regelsystem für eine Papier- oder Kartonmaschine, mit welchem das Querprofil von Eigenschaften der herzustellenden Papierbahn, insbesondere ihr Dickenprofil, reguliert wird, wobei das Regelsystem eine Anzahl von Stellgliedern und eine entsprechende Anzahl (N Stück) von Stellgliedregeleinrichtungen aufweist, wobei die Stellglieder angebracht sind, um über die Breite der Papierbahn wirksam zu sein, deren Profil zu regulieren ist, und das Regelsystem einen Prozeßrechner oder eine gleichwertige logische Komponente sowie eine mit einer Anordnung für die Messung des zu regulierenden Papierbahnprofils vorgesehene Rückführabzweigung aufweist.
Wie aus dem Stand der Technik bekannt, wird ein Fasersuspensionsstrahl aus der in Papier- oder Kartonmaschinen befindlichen Auslauföffnung auf das Formsieb oder in den zwischen den Formsieben befindlichen Zwischenraum gespeist. Das Querprofil der Auslaufäffnung des Stoffauflaufkastens bestimmt ebenfalls das Profil des Faserstrahls. Das Profil der Auslauföffnung wird reguliert, wobei es mit Hilfe dieser Regulierung zudem möglich ist, jegliche im oder vor dem Stoffauflaufkasten auftretende Fehler im Faserstrahl zu kompensieren.
In Stand der Technik ist ein Regelsystem für die Flächengewicht-Profillippe des Stoffauflaufkastens einer Papiermaschine bekannt, wobei das System eine Winkelzahnrad/Schrittmotor-Regelvorrichtung aufweist, bei der die Profilregulierleiste der Regulierlippen mit Hilfe von an der Profilregulierleiste in Abständen von ungefähr 10...15 cm angebrachten Einstellspindeln geregelt wird, wobei die Spindeln mit Hilfe von, an ihren gegenüberliegenden Enden angebrachten Schrittmotoren mittels Winkelzahnrädern verschoben werden. Die aus dem Stand der Technik bekannten Regelsysteme für das Einstellen von Spindeln haben eine Reihe von Nachteilen, von denen die meisten von der Tatsache herrühren, daß die Regelung jedes Stellgiieds direkt von einem, bei einem höheren Niveau in der Hierarchie plazierten System separat stattfindet, woraus beispielsweise die folgenden Nachteile resultieren:
- die Schrittmotoren werden parallel geregelt, so daß, weil üblicherweise die Anzahl von Stellgliedern ungefähr 50 bis 100 beträgt, mehrere Leitungen für jedes einzelne Stellglied erforderlich sind;
- da die Stellglieder keine örtliche Steuerung aufweisen, muß das in der Hierarchie höher plazierte Regelsystem die Regulierung aller Stellglieder gleichzeitig übernehmen, was natürlich das Reguliersystem besonders stark belastet;
- aufgrund dieser Belastung bleibt zudem die Geschwindigkeit des Systems gering und verlängern sich die Ahsprechzeiten;
- da alle Stellglieder auf die gleiche Weise reguliert werden, können örtliche Gegebenheiten und mechanische Unterschiede, beispielsweise bei den Winkelzahnrädern, nicht berücksichtigt werden, so daß die Genauigkeit der Regulierung unzureichend und das Ermitteln fehlerhafter Arbeitsschritte schwierig ist.
Wie zumindest teilweise aus der aus dem Stand der Technik bekannten Technologie ersichtlich geworden ist, findet das Profilieren der Profilregulierleiste der Auslauföffnung des Stoffauflaufkasten mittels seperater Regelung jedes Regulierzahnrades statt, und zwar mittels hintereinander durchgeführter Handlungsabläufe. Damit das Positionieren mit der erforderlichen Genauigkeit von 10µm erfolgreich ist, sind zudem elektrische Schaltungen erforderlich, welche die Stellungen der Einstellspindeln messen. Üblicherweise findet die Positionierung für ungefähr 5 Sek. pro Stellglied statt, wobei lediglich das Lesen von Meßergebnissen 1,2 Sek. benötigt. Somit benötigt das Betätigen aller auf einer Profilregulierleiste mit 80 Einstellspindeln befindlichen Stellglieder 1,5 bis 6,5 Minuten. Informationen über den Zustand eines Stellglieds werden lediglich kurzzeitig erreicht.
Wie aus dem Stand der Technik bekannt, ist die Verkabelung von der Prozessoreinheit mit Hilfe von zwei Syßtemkabeln und Stromversorgungskabeln von den Trockenräumen zu der bei dem Stoffauflaufkasten plazierten (Abstand 50 bis 250 Meter) Verdrahtungseinheit angeordnet, von welcher aus separate Kabel zum Stellungsdetektor und zum Schrittmotor jedes Stellglieds geführt werden (10 bis 30 Meter).
Bei Papier- und Kartonmaschinen und bei Pressen mit ähnlichem Ausmaß, Streichvorrichtungen und Kalandern wird das Profil der hergestellten Papierbahn mit Hilfe von Vorrichtungen reguliert, bei denen, zumindest teilweise, die gleichen Probleme wie bei den vorstehenden, den Stand der Technik repräsentierenden Systemen für die Regulierung des Profils der Auslauföffnung des Stoffauflaufkastens vorhanden sind. Somit ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf ein Regelsystem für die Auslauföffnung eines Stoffauflaufkastens beschränkt, sondern kann bei verschiedenen Regulierungsvorrichtungen für Papier- oder Kartonmaschinen sowie auf ihre Veredelungsausrüstung angewendet werden, wobei mit Hilfe dieser Vorrichtungen das Querprofil von Eigenschaften der Papierbahn geregelt wird. Zusätzlich zu den vorstehend erwähnten Vorrichtungen sind weitere aus dem Stand der Technik bekannte, das Querprofil der Papierbahn verändernde Vorrichtungen, beispielsweise in der Pressenpartie einer Papiermaschine angebrachte Dampfkammern, Vorrichtungen für die Profilierung der Streichrakel in einer Streichmaschine sowie beispielsweise in Verbindung mit Kalanderwalzen angebrachte elektrische Induktionsheizvorrichtungen, wobei mit Hilfe dieser Heizvorrichtungen das Profil linearer Belastungen in einem Kalandrierkniff geregelt wird.
Aus dem Stand der Technik bekannte Regelsysteme, welche die vorstehend erwähnten Nachteile aufweisen, sind in TAPPI JOURNAL, Vol. 67, Nr. 12, Dezember 1984, Atlanta US, Seiten 52-55: STEVEN J. SILER; "Cross-machine basis-weight coontrol: machine consideration"; US-A-3 666 621, US-A-4 748 400 und EP-A-0 041 486 beschrieben. Alle diese aus dem Stand der Technik bekannten Systeme haben Stellglieder, welche direkt von einer, bei einem höheren Niveau der Hierarchie plazierten Regelvorrichtung separat geregelt werden.
Um die vorstehend beschriebenen und später auftauchende Aufgaben zu lösen, ist die Erfindung hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, dar die verschiedenen Stellglieder im Regelsystem mit intelligenten Stellgliedregeleinrichtungen vorgesehen sind und daß die Datenübermittlungen in der Regelhierarchie zwischen einer höheren Regelvorrichtung und den verschiedenen Stellgliedregeleinrichtungen über einen, den verschiedenen Stellgliedregeleinrichtungen gemeinsamen Bus stattfinden.
Bei dem erfindungsgemäßen Regeisystem basiert die Regulierung auf einer dezentralisierten Steuerung von Stellgliedern, welche über das höhere System lediglich dadurch gesteuert werden, daß die Stellwerte ausgegeben werden. Jeder der Stellgliedregeleinrichtung stellt nach oben eine unabhängige Einheit dar, zu der über den seriellen Bus ein Stellwert in digitaler Form ausgegeben wird, woraufhin die Stellgliedregeleinrichtung die mechanische Regulierung gemäß ihrem eigenen Meßregulierungsalgorithmus unabhängig betätigt.
Das bei höheren Niveau in der Regelhierarchie plazierte Regelgerät kann ein spezifisch für diesen Zweck vorgesehener Bus-Server bzw. eine Bus-Zugriffssteuereinrichtung sein, wobei der Server Stellwerte von dem Automationssystem zu den Stellgliedern und sowohl Status als auch Meßwerte von dem Stellglied in Richtung auf das System hin überträgt. Das Automationssysteiu kann die Stellglieder zudem, auf einem speziellen Linienprotokoll basierend, direkt regeln.
Der Bus zwischen dem Automationssystem und der Reihe von Stellgliedern kann aus einer einfachen asynchronen Leitung bestehen. Somit ist lediglich ein Kabel erforderlich, um die gesamte Reihe von Stellgliedern zu versorgen, Überdies wird Arbeitsstrom für die Regelschaltungskarte und für die Schrittmotoren benötigt.
Sind die Stellwerte zu den Stellgliedern übertragen worden, ist das bei höherem Niveau gelegene System ohne Belastung; die Regulierung/Messung findet in den Stellgliedern unabhängig und gleichzeitig statt. Somit belastet die Regulierung das System nicht, wobei die Arbeitsgeschwindigkeit wesentlich höher als beim Stand der Technik ist.
Bei der Erfindung ist jedes einzelne, das Querprofil der Papierbahn regulierende Stellglied als unabhängige Positioniervorrichtung angeordnet, welche, falls notwendig, in der Lage ist, ihre eigenen Arbeitsschritte in Echtzeit zu überwachen. Die Stellglieder sind mit Hilfe eines seriellen Buses mit dem System für die Berechnung der Profilierung verbunden, wodurch die Menge von gleichzeitig stattfindenden Arbeitschritten lediglich durch die Datenübertragungsgeschwindigkeit oder durch die Kapazität der Energiequelle beschränkt ist Wird bei der Erfindung eine Datenübertragungsgeschwindigkeit von beispielsweise 19.200 Baud für die Regelung der in dem Stoffauflaufkasten befindlichen 80 Spindeln angewendet, während die Informationsblocklänge 8+6 Byte beträgt, so wird innerhalb von weniger als zwei Sekunden für jedes Stellglied ein neuer Stellwert erhalten. Ist erwünscht, die Erfindung derart durchzuführen, daß nur zehn (10) Stellglieder gleichzeitig betriebsfähig sind, so benötigt das Positionieren aller Stellglieder weniger als eine halbe Minute.
Bei der Erfindung kann das zwischen dem Regelsystem und der Reihe von Stellgliedern befindliche System von Kabeln mit Hilfe einer kammartigen Spannung und einer Datenverteilungskette gebildet werden, mit der die Stellgliedregeleinrichtungen in unmittelbarer Nähe des beispielsweise aus einem Zahnrad, einem Positionsdetektor und einem Motor bestehenden Stellglieds verbunden sind.
Die elektronischen Systeme der Stellglieder können als Standard-Module ausgebildet werden, welche für jedes Stellglied gleich sind. In Verbindung mit der Installation kann mit Hilfe von, an einer Schaltungskarte vorgesehenen Drehschaltern an jede Vorrichtung ihr eigener Code ausgegeben werden, woraufhin die im Bus befindliche Vorrichtung korrekt arbeiten kann, sofern sie ihren eigenen Code erkennt. Somit überträgt das höhere Regelsystem über den Bus Stellwerte für alle Stellglieder, wobei es den Meßwert sowie den Status lesen kann, welcher Status- und Fehlerdaten enthält.
Die Schaltungskarte jedes einzelnen Stellglieds hat vorzugsweise ihren eigenen Prozessor, Speicher, Schaltungen für die serielle Datenübermittlung, integrierte Steuerschaltungen für den Schrittmotor und einen A/D-Wandler für die Durchführung der Messung von einem LVDT-Detektor. Die in der Schaltungskarte enthaltene Software ist für die seriellen Übermittlung nach oben, für die Regelung des Schrittmotors anhand der gegebenen Stellwerte und für die Rückführmessung bezüglich der Beendigung der Einstellung zuständig.
Während des Betriebs ist es, falls notwendig, möglich, beispielsweise die Betriebstemperatur, die Stabilität des Übertragungssystems, die Genauigkeit der Regulierung, etc. und die Mengen, bei deren Werten eine wesentliche Änderung eine Fehlermeldung und eine Unterbrechung der Regulierung verursacht wird, zu überprüfen. Eine innerhalb normaler Grenzen geänderte Menge wird dadurch kompensiert, daß anhand eines Algorithmus eine geeignete Berichtigung für die Regulierung oder Messung berechnet wird.
Die Tatsache, daß die Regelung und Fehlersuche auf Software basieren, macht die Vorrichtung problemlos an unterschiedlichen Verwendungszwecken und an unterschiedlichen Umgebungen und selbst an Regelmechanik unterschiedlicher Bauart anpaßbar. Später können Feinabstimmungs- und verbesserte Algorithmen in der Vorrichtung ebenfalls problemlos integriert werden.
Nachstehend ist die Erfindung und der am nächsten gelegene Stand der Technik unter Bezugnahme auf die in den beigefügten Zeichnungen befindlichen Figuren und auf einige vorteilhafte veranschaulichende Ausführungsbeispiele der in den Figuren gezeigten Erfindung ausführlich beschrieben.
Es zeigen:
Fig. A den, den Ausgangspunkt der Erfindung bildenden Stand der Technik hinsichtlich der Regulierung der Auslauföffnung eines Stoffauflaufkastens;
Fig. 1 schematisch eine Papiermaschine und die damit in Beziehung stehende Veredelungsausrüstung, bei welchen ein erfindungsgemäßes Regelsystem und eine Reihe von Stellgliedregeleinrichtungen angewendet werden;
Fig. 2 eine schematische Teilaxonometrieansicht eines auf die Regulierung der Auslauföffnung des Stoffauflaufkastens einer Papiermaschine angewendeten erfindungsgemäßen Regelsystems;
Fig. 3 entsprechend Fig. A das Ausführungsprinzip eines erfindungsgemäßen Kontrollsystems und einer erfindungsgemäßen Stellgliedsteuereinrichtung;
Fig. 4 ein Blockdiagramm einer Stellgliedsregeleinrichtung.
Fig. A zeigt ein aus dem Stand der Technik bekanntes Profil-Regulierungssystem für die Auslauföffnung des Stoffauflaufkastens einer Papiermaschine. Das System hat N Stück nebeneinander angeordnete Meß-Schrittmotoreinheiten C&sub1;...CN, wobei mit Hilfe dieser Einheiten die mit der die Auslauföffnung profilierenden Profilregulierleiste verbundenen Einstellspindeln (Fig. 2, Teile 31&sub1;.. .31&sub3;) reguliert und gemessen werden. Der Regelinformationsblock wird von der Verdrahtungseinheit B&sub2; über separate 6-Pol-Kabeln f&sub1;...fN in jede Einheit C&sub1;...CN geleitet und von jeder Einheit die Meßinformationsblöcke der Einheiten C&sub1;...CN auf entsprechendem Weg mit Hilfe ihrer 5-Pol-Kabel e&sub1;...eN zur, in Verbindung mit der Verdrahtungseinheit B&sub2; plazierten Meßeinheit B&sub1; übertragen. Das aus dem Stand der Technik bekannte Regelsystem hat eine Zentraleinheit (CPU) A&sub1; und eine elektrische Energiequelle A&sub2;. Die Zentraleinheit A&sub1; empfängt über das Kabel a die Signale von der Betriebs- und Instandhaltungsstation und über das Kabel b die Daten des Profils der Papierbahn. Zwischen der Zentraleinheit A&sub1; und der Verdrahtungseinheit B&sub1; befinden sich zwei 32-Pol-Kabel c und d. Diesem aus dem Stand der Technik bekannten Regelsystem sind die vorstehend diskutierten Nachteile eigen, welche mit der vorliegenden Erfindung effizient beseitigt werden.
Fig. 1 zeigt verschiedene Aufgaben der Anwendung des erfindungsgemäßen Regelsystems und der erfindungsgemäßen Stellgliedregeleinrichtung bei Papier- oder Kartonmaschinen und eine damit in Beziehung stehende Produktions-Veredelungsausrüstung. Fig. 1 zeigt schematisch lediglich ein veranschaulichendes Ausführungsbeispiel einer Papiermaschine, wobei die Erfindung in keiner Weise auf das Beispiel beschränkt ist, sondern auf eine Anzahl von unterschiedlichen Papier- oder Kartonmaschinen angewendet werden kann, bei denen es notwendig ist, das Querprofil von Eigenschaften der hergestellten Papierbahn zu regulieren, insbesondere ihr Dickenprofil, aber, falls nötig, auch andere Profile von Eigenschaften, wie etwa das Glätteprofil.
Die in Fig. 1 gezeigte Papiermaschine hat eine Siebpartie 11, welche aus einem oberen Sieb 11a und einem unteren Sieb 11b besteht Der Stoffauflaufkasten 10 speist einen Fasersuspensionsstrahl, dessen Querprofil erfindungsgemäß geregelt wird, auf die Initialpartie des unteren Siebs. Hierauffolgt ein Doppelsiebabschnitt 11c. Von dem unteren Sieb 11b wird die Papierbahn beim Abnahmepunkt P gelöst und auf dem oberen Filz 12a, an dessen unterer Seite die Papierbahn W in den in der Pressenpartie befindlichen ersten Kniff N&sub1; geleitet wird, in die Pressenpartie übertragen, wobei der Kniff ein Zweifilz-(12a,12b)-Kniff ist. Nach dem ersten Kniff N&sub1; folgt die Papierbahn W dem oberen Filz 12a und wird in den zweiten Kniff N&sub2; übertragen, von dem aus die Papierbahn w auf die glatte Seite der in der Presse befindlichen Mittelwalze in den dritten Kniff N&sub3; und von diesem aus weiter auf den in der Presse befindlichen vierten Filz 14a übertragen wird.
Fig. 1 zeigt vom Endabschnitt des Vortrockners das obere Trockensieb 14c und das untere Trockensieb 14d sowie die letzten Trockenzylinder 14d. Dem Trockner folgt eine Produktionsstreichvorrichtung, welche mit Rakelstreichvorrichtungen 16 und mit einem Streichkniff NL vorgesehen ist, nach welchem die Papierbahn W in einen Nachtrockner übertragen wird, welcher Trockenzylinder 16b und ein Trockensieb 16a hat. Fig. 1 zeigt die letzten Trockenzylinder 16b und das untere Sieb 16c des Nachtrockners, nach welchem die Papierbahn W durch einen Kalandrierkniff NK läuft und von dort aus auf den Aufroller 19 der Pope-Bauart geht.
Gemäß Fig. 1 werden das erfindungsgemäße Regelsystem 100 und die damit in Beziehung stehenden Stellgliedregeleinrichtungen für die Profilierung der in einem Stoffauflaufkasten 10 befindlichen Auslauföffnung, für die Regelung der Einstellspindeln der Dampfkammer 13, die in Verbindung mit der Saugwalze zwischen den Presskniffen N1 und N2 plaziert ist, für die Profilierung der Streichrakel in der Rakelstreichvorrichtung 16 und/oder für die Profilierung des Kalandrierkniffes NK mit Hilfe der induktiven Heizvorrichtungen 17 angewendet. Gemäß Fig. 1 ist das Regelsystem 100 mit einer Rückführabzweigung vorgesehen, bei der die Eigenschaften der Papierbahn W, z.B. ihr Querdickenprofil, mit Hilfe eines querbeweglichen Meßdetektors 15 oder einer entsprechenden Reihe von nach der Trockenpartie plazierten Detektoren und mit Hilfe eines entsprechenden nach dem Kalander angebrachten Meßbalkens 18 gemessen werden, wobei in Verbindung mit dem Balken zudem eine Messung des Querglätteprofils oder dergleichen der Papierbahn W möglich ist.
Die Papierbahnprofilmeßvorrichtungen 15 und 18 sind mit Hilfe der Verbindungen m&sub1; und m&sub2; mit dem Regelsystem 100 verbunden. Das Regelsystem 100 regelt über die Verbindungen c&sub1;,c&sub2;,c&sub3; und c&sub4; die Reihe der verschiedenen Stellglieder, wobei die Reihe die später beschriebenen erfindungsgemäßen Stellgliedvorrichtungen aufweist. Die Daten über Positionen und Status der verschiedenen Stellglieder werden ebenfalls über die Verbindungen c&sub1;,c&sub2;,c&sub3; und c&sub4; zu dem Regelßystem 100 übertragen
Es sollte angemerkt werden, daß in Fig. 1 das Regelsystem 100 und die Papiermaschine stark schematisch gezeigt sind, wobei Fig. 1 lediglich die verschiedenen Anwendungsgebiete der Erfindung aufzeigen soll, bei der ein Querprofil von Eigenschaften der herzustellenden Papierbahn W reguliert wird.
Fig. 2 ist eine ausführlichere Veranschaulichung der Anmeldung der Erfindung zur Regelung des Querprofils des aus der Auslauföffnung A des Stoffauflaufkastens 10 einer Papiermaschine auf das Formsieb 11b ausgelaufenen Fasersuspensionsstrahls J. Der Stoffauslaufkasten 10 ist hauptsächlich aus dem Stand der Technik bekannt und hat, angefangen von der Auslauföffnung A über die, der Richtung des Fasersuspensionstroms F gegenüberliegenden Richtung zuerst eine Auslaufkanalleitung 21, dann einen Turbulenzgenerator 22, eine Ausgleichkammer 25, einen Satz von Verteilungsrohren 23 und einen Verteilungsbalken 24. An der Vorderwand des oberen Lippenbalkens ist bekanntermaßen die Profilregulierleiste 30 befestigt, welche das Profil der Auslauföffnung A und dadurch das Querprofil des Faserstrahls bestimmt.
Die Profilregulierleiste 30 ist an Einstellspindeln 31&sub1;...31N angebracht. Wenn die Spindeln 31 beispielsweise 10cm voneinander beabstandet sind, so hat eine ungefähr 8m breite Papiermaschine 80 Stück Einstellspindeln (N=80). Jede Einstellspindel 31 ist mit einem Winkelzahnrad 32 verbunden, mit dessen Hilfe die Schrittmotoren 33 die Spindeln 31 in ihrer Längsrichtung verschieben. Jede einzelne Winkelzahnrad/Schrittmotor-Einheit 32,33 ist über ein Kabel 45 mit einer intelligenten Stellgliedregeleinrichtung 42&sub1;...42N verbunden. Die Regeleinrichtungen 42&sub1;...42N gleichen einander, wobei deren vorteilhaftes exemplarisches Ausführungsbeispiel später, insbesondere unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 ausführlicher erklärt ist.
Die einzelnen Stellgliedregeleinrichtungen 42 sind mit einem gemeinsamen Kabel 41 verbunden, welches einen Teil 44 mit einer rechenartigen Unterteilung hat. Das Kabel 41 ist beispielsweise ein 7-Pol-Kabel und hat vier, mit einem Netzwerk-Server 40 bzw. einer Zugriffssteuereinrichtung verbundene Pole und drei, mit der Stromquelle 49 verbundene Pole. Die Regelteile 42 sind mit Hilfe von Kabeln 45 mit dem Meßteil 34 und dem Schrittmotorteil 33 verbunden. Der Netzwerkserver 40 empfängt von der Bedienstation 47 über ein Kabel 48 die Regelsignale und über die Kabeln 46 die Regelsignale von dem Profilmeß- und -regelcomputer 101 für die Papierbahn W.
Fig. 2 zeigt eine Papierbahn-Profilmeßstation 15, bei der sich in Verbindung mit einem System von Meßbalken 26 und mit einem sich auf dem System von Balken bewegenden Schlitten 28 ein Papierbahnprofilmeßdetektor 27 befindet, von dem aus das Meßsignal m&sub1; erhalten wird. Das Meßsignal ml geht zum Meßund Regelcomputer 101, dessen Betriebs- und Instandhaltungsstation mit 102 bezeichnet ist. Von dem Computer 101 werden die Profilregeldaten durch das Kabel 46 zum Netzwerk-Server 40 gespeist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet jede der intelligenten Stellgliedregeleinrichtungen 42, welche einander gleichen und deren Anzahl N Stück ist (in der Regel N = 10...100), als unabhängige Positioniervorrichtung, die zudem ihre eigenen Arbeitschritte in Echtzeit überwachen. Das Kabel 41 und sein Rechenteil 44 bilden einen Teil des seriellen Buses, so daß die Menge von gleichzeitigen Arbeitschritten lediglich durch die Datenübertragungsgeschwindigkeit oder durch die Kapazität der Energiequelle begrenzt ist. Wenn eine Datenübertragungsgeschwindigkeit von 19.200 Baud verwendet wird und wenn die Informationsblocklänge 8+6 Byte beträgt, wird, sofern die Anzahl von Spindeln 31 bei N=80 liegt, in einer Zeit von weniger als 2 Sek. ein neuer Stellwert für jede Regelvorrichtung 42 erhalten.
Gemäß Fig. 4 besteht das elektronische System jeder Betriebsregelvorrichtung 42 aus fünf Betriebsabschnitten, welche sind: Meßteil 58, 59, 59a; Regelteil 51; Stromquelle 52; Prozessorteil 54, 55, 56, 57 und Schalttafel.
Für die Messung der Bewegungen der unteren Enden der Spindeln 31&sub1;...31N werden LVDT-Detektoren 59 verwendet, zu deren Primärwicklung eine geeignete Wechselspannung gespeist wird. In den Sekundärwicklungen der Detektoren 59 plazierte gleichrichtende Operationsverstärkerschaltungen richten die von den Wicklungshälften erhaltenen und zur Bewegung der Spindel 31 proportionalen Wechselspannungen gleich. Die Ausgabespannung wird mit Hilfe eines A/D-Wandlers 58 gemessen, wobei die Prozessoreinheit 54 über einen synchronen seriellen Bus aus Ein-/Ausgabeschaltungen den A/D-Wandler 58 liest und das in dem RAM 56 erhaltene Umwandlungsergebnis plaziert.
Die Regelschaltung des Schrittmotors 33 besteht aus Leistungstransistoren und parallel mit den Transistoren verbundene Rückwärtsdioden. Der durch den Schrittmotor 33 gehende Strom wird mit Hilfe von Vergleichern stabilisiert, welche die Regelung der Leistungstransistoren unterbrechen, wenn der Strom im Schrittmotor übermässig hoch wird. Die den Leistungstransistoren eigenen Regelwerte werden, optisch isoliert, von den Schaltungen der CPU 54 erhalten.
Der Prozessorteil 54.. .57 besteht beispielsweise aus einem Intel-CPU 80C31, welcher 15 Ein-/Ausgangsschaltungen, USART sowie zwei 8-Bit-Zähler enthält. Die Kapazität des Programmspeichers 55 beträgt beispielsweise 65kB, wobei die Kapazität vom Datenspeicher 56 als batteriebetriebener RAM 8kB und als EEPROM 52 128Byte beträgt. Im EEPROM 57 wird der Skalierkoeffizient der Messung sowie der Betriebspunkt der Messung gespeichert. Die Regelung des Schrittmotors 33 wird mit Hilfe von mit Zwischenspeichern versehenen und optisch isolierten Ein/Ausgangsschaltungen durchgeführt. Nach dem Einschalten der Spannungen werden die Wirkungen der Regelung solange unterbunden, bis die Zurücksetzung des CPU 54 entfernt ist und die Durchführung des Programmes gestartet wird. Eine Überwachungseinrichtung überwacht den Ablauf der Programme und setzt, in der ersten Stufe, die CPU 58 solange zurück, bis das Programm die Überwachungseinrichtung von 2o0ms auf null zurücksetzt. Der Prozessorteil schließt zudem die Übertragungsempfänger des Anschlusses 53 ein, welche das durch das USART des CPU verwendeten 0,5 V-Spannungsniveau auf den RS 422-Standard adaptieren.
Die Datenübermittlungen zwischen den Stellgliedregeleinrichtungen 42 und dem Netzwerk-Server 40 finden über den RS422-Anschluß statt. Dieser ist zudem mit einer RS485-Schnittstelle elektrisch kompatibel. Die Datenübermittlungen finden mit 9Bit statt, so daß, wenn das Startsignal (STX) eines Informationsblocks übertragen wird, das letzte zu übertragende Bit "I", jedoch, wenn andere Signalen eines Informationsblocks übertragen werden, das letzte zu übertragende Bit "O" ist. Alle Stellglieder, welche die Ermittlung des 9.Bit in ihrer USART aktiviert haben, empfangen das Startsignal. Ist das Startsignal empfangen worden, aktivieren die Stellglieder ihren USART, um Signale zu empfangen, deren letztes Bit "O" ist, weil alle darauffolgenden Bytes eines Informationsblocks übertragen werden, so daß das letzte zu übertragende Bit "O" ist.
Die Datenübermittlungen zwischen dem Netzwerk-Server 40 und den Stellgliedregeleinrichtungen 42 findet nach dem Anforderungs-Antwort-Prinzip statt, wobei der Netzwerk-Server 40 als Master des Buses wirkt.
Ein Informationsblock besteht aus einem Rahmen, welcher aus einem Startsignal STX, einer Adresse ADRESSE, einem Informationsblock vom Typ INFORMATIONSBLOCK, einer Informationsblocklänge LÄNGE, einer Kontrollsumme BCC sowie aus einem Endsignal ETX besteht. Die Länge des Adressfeldes im Rahmen beträgt 8Bit, so daß maximal 255 Stellglieder mit dem Netzwerk verbunden werden können. Die Formate der Informationsblockdaten und des Informationsblockrahmens sind binär. Üblicherweise antwortet ein Stellglied auf einen Anforderungsinformationsblock mit einem Antwortinformationsblock, ausgenommen bei Fehlersituationen, bei denen das Stellglied einen Zurückweisungsinformationsblock (NACK) zur Steuereinheit überträgt. Fehlersituationen, welche mittels dem Stellglied bei den Datenübermittlungen ermittelt wurden, schließen ein:
- unrichtige Informationsblockart
- unrichtige Informationsblocklänge
- unrichtige Kontrollsumme
- Auszeit zwischen Signalen abgelaufen
- Endsignal des Informationsblockes fehlt
Bei den Datenübermittlungen wird mit Hilfe einer Adresse auf eine einzelne Stellgliedregeleinrichtung 42 Bezug genommen, wodurch das Stellglied mit Hilfe eines Antwortinformationsblocks antwortet. Ist ein Informationsblock für alle mit dem Bus verbundenen Stellglieder erwünscht, so sind die Inhalte des Adressfeldes des Informationsblocks OOH. Die Stellglieder geben keine Empfangsmitteilung an einen zur Adresse OOH gehörenden Informationsblock, sondern führen den erwünschten Betrieb unmittelbar nach Ankunft des Informationsblocks durch.
Der Netzwerk-Server 40 identifiziert die gleichen Fehlersituationen bei den Infomationsblockübermittlungen wie das Stellglied. Überdies überwacht der Netzwerk-Server 40 die zwischen einem Anforderungsinformationsblock und einem Antwortinformationsblock genommene Zeit und wiederholt nach den Ablauf der Auszeit zwischen den Informationsblöcken (5 Sekunden) die Übertragung des Informationsblocks. Die Übertragungen von Auffrischungsinformationsblöcken werden fünfmal wiederholt, wobei, wenn die Stellgliedregeleinrichtung 42 antwortet, die Steuereinheit das Kommunizieren mit der betroffenen Stellgliedeinrichtung stoppt. Bei einer Fehlersituation findet die vorstehende Operation auch statt, wenn die Stellgliedregeleinrichtung 42 einen mit Hilfe eines Zurückweisungsinformationsblocks zu ihr übertragenen Informationsblock bestätigt. Bei einer Fehlersituation werden die Übermittlungen zu weiteren Stellgliedregeleinrichtungen 42 für maximal 25 Sekunden unterbrochen. Die Steuereinheit meldet in einer Fehlermeldung höherer Priorität ein defektes Stellglied zum Prozeßniveau.
Die Stellgliedregeleinrichtungen 42&sub1;...42N kommunizieren über die RS422-Schnittstelle 53 mit der Prozeßrechner/Prozeßstation. Mit Hilfe von über den Anschluß 53 stattfindenden Informationsblockübermittlungen werden die Stellwerte zu dem Stellglied übertragen, wobei die Stellwerte 16-Bit-Zahlen in der 2K-Darstellung sind. Die Stellwerte werden in ijm ausgegeben, so daß, innerhalb des Zahlenbereiches, ein Regelbereich von 65,536 µm erhalten wird. Der Nullpunkt der Stellwerte ist der Mittelpunkt des Meßbereichs der LVDT-Detektoren, welcher durch mechanisches Zurücksetzen der Auslauföffnung A auf null festgelegt wird.
Die Stellgliedregeleinrichtungen 42&sub1;...42N messen unabhängig die Stellungen der Einstellspindeln 31&sub1;...31N und überwachen die Vernünfigkeit der Meßwerte. Bei Meßfehlern ermittelt das Stellglied die Natur des Defekts und meldet dieses, auf der Grundlage seiner Ernsthaftigkeit, den Defekt lediglich oder sperrt die Einstellung der durch das Setzen einer Einstellsperre betroffenen Spindel 31. Die Messung der Stellung wird mit Hilfe eines doppelt-integrierenden A/D-Wandlers durchgeführt, dessen Umwandlungszyklus ungefähr 200ms dauert. Deshalb ist es mit Hilfe der Messung nicht möglich ist, hochfrequente Schwingungen in der Stellung der Spindel 31 zu ermitteln.
Die mit den Winkelzahnrädern 32 gekoppelten Spindeln 31&sub1;...31N werden mit Hilfe von Schrittmotoren 33 eingestellt, bei denen ein Einstellschritt die Spindel 31 um etwa 1,2 µm verschiebt, Die Betätigung der Spindel 31 auf einen neuen Stellwert findet in vier Schritten statt:
Schritt 1: das Spiel in dem Winkelzahnrad und die Stellung der Spindel in Beziehung zu dem Spiel werden gemessen,
Schritt 2: die Spindel läuft auf den neuberechneten Stellwert; das Spiel wird berücksichtigt, wenn die Laufrichtung gewechselt wird,
Schritt 3: Kontrollmessung wird durchgeführt,
Schritt 4: ein Berichtigungslauf wird, falls nötig, durchgeführt
Aufgrund der Unterschiede in der Dichtheit zwischen den Winkelzahnrädern 32 erreichen die Spindeln 31 den neuen Stellwert nicht notwendigerweise in einem Versuch. Die Bedienperson kann, wenn der Stellwert nicht erreicht worden ist, die maximale Anzahl von Versuchen bestimmen, nach denen das Stellglied 42 einen Einstellfehler ermittelt.
Auf Grundlage der Anzahl der Versuche, welche benötigt werden, um einen neuen Stellwert zu erreichen, bestimmt das Stellglied eine sogenannte Regel-Index-Zahl, wobei mit Hilfe der Ermittlung derselben die Bedienperson die Dichtheit eines Winkelzahnrades einstellen kann.
Die Regelausgangsstufe der Schrittmotoren ist mit einem Thermostaten versehen, welches aufgrund einer übermässig hohen Temperatur bei den Ausgangsstufen-Schaltkreisen aktiviert wird, wobei das Thermostat die Regelung des Schrittmotors 33 unterbindet. Die Aktivierung des Thermostates wird vom Stellglied 42 zum Prozeßrechner gemeldet, welcher die Sperre der Einstellung in seiner Abweichungsgrenzüberwachung berücksichtigen muß. Falls erwünscht kann das Thermostat von der Prozeßstation oder von jeder anderen Überwachungsvorrichtung bestätigt oder außer Betracht gelassen werden. Bei einer Regelfehlersituation plaziert sich das Stellglied selbst in einer Betriebssperre, welche jedoch von der Bedienperson nicht berücksichtigt werden braucht
Das Stellglied überwacht ihre Operationen und meldet jegliche Fehler bei der Operation zum Hoch-Niveau der Prozeßregelung. Ist der Fehler ernsthaft, so schaltet das Stellglied die Operationsspannungen aus, in welchem Falle das Stellglied auf die Anforderungsinformationsblöcke von dem Netzwerk-Server 40 nicht antwortet.
Nachstehend werden die Patentansprüche offenbart, wobei die verschiedenen Einzelheiten der Erfindung Änderungen im Bereich des in den Ansprüchen definierten erfinderischen Gedankens zeigen und von den vorstehend beschriebenen Einzelheiten lediglich zur Beispielführung abweichen können.

Claims

1. Regelsystem für eine Papier- oder Kartonmaschine, mit welchem das Querprofil von Eigenschaften der herzustellenden Papierbahn (W), insbesondere ihr Dickenprofil, reguliert wird, wobei das Regelsystem eine Anzahl von Stellglieder (30,31,32) und eine entsprechende Anzahl (N Stück) von Stellgliedregeleinrichtungen (42) aufweist, wobei die Stellglieder angebracht sind, um über die Breite der Papierbahn (W) wirksam zu sein, deren Profil zu regulieren ist, und das Regelsystem einen Prozeßrechner (101) oder eine entsprechende logische Komponente sowie eine mit einer Anordnung (15,26,27,28;18) zur Messung des zu regulierenden Papierbahnprofils vorgesehene Rückführabzweigung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Stellglieder (30,31,32) im Regelsystem mit intelligenten Stellgliedregeleinrichtungen (42&sub1;...42N) vorgesehen sind und daß die Datenübermittlungen in der Regelhierarchie zwischen einer höheren Regelvorrichtung (101,40) und den verschiedenen Stellgliedregeleinrichtungen (42&sub1;...42N) über einen, den verschiedenen Stellgliedregeleinrichtungen (421...42N) gemeinsamen Bus (41) stattfinden.

2. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Stellgliedregeleinrichtungen (421...42N) mit dem System zur Messung und Berechnung (15,101) der Profilierung der mittels einem seriellen Bus (41) zu profilierenden Papierbahn (W) verbunden sind, welches mit einem Netzwerk-Server (40) vorgesehen ist.

3. Regelsystem nach Anspruch in oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Regelsystem eine dezentralisierte Steuerung angewendet wird, deren Parameter mittels dem in der Regelhierarchie höher gelegenen System lediglich dadurch voreingestellt werden, daß die Stellwerte ausgegeben werden, daß jede Stellgliedregeleinrichtung (42&sub1;...41N) in der Hierarchie nach oben eine unabhängige Einheit darstellt, zu der die Stellwerte über den seriellen Bus (41) digital ausgegeben werden, woraufhin die Stellgliedregeleinrichtungen (41&sub1;...42N) die mechanische Regulierung steuern, welche in Übereinstimmung mit ihren eigenen Meßregulierungsalgorithmen unabhängig stattfindet, und daß das in der Regelhierarchie bei einem höheren Niveau plazierte Regelgerät ein Netzwerk-Server (40) ist, welcher Stellwerte von dem Automationssystem zu den Stellgliedregeleinrichtungen (42&sub1;...42N) sowie Status und/oder Meßwerte von den Stellgliedregeleinrichtungen (42&sub1;...42N) in Richtung auf das System überträgt.

4. Regelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Systeme der Stellgliedregeleinrichtungen (42&sub1;...42N) Standardmodule sind, welche in jeder Stellgliedregeleinrichtung einander im wesentlichen entsprechen.

5. Regelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungskarte eines jeden der verschiedenen Stellgliedregeleinrichtungen (421...42N) einen eigenen Prozessor (54), Schaltungen zur Speicherung und zur seriellen Datenübermittlung (53,55,56,57), Steuerschaltungen (51) für den Stellgliedmotor (33) und Wandlerschaltungen (58) für den Meßdetektor (59) der Bewegung des Stellglieds (31) aufweist.

6. Regelsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß n der Schaltungskarte Programme gespeichert worden sind, welche so eingerichtet sind, daß sie die Übermittlungen im seriellen Bus (41) überwachen.

7. Regelsystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungen der Stellgliedregeleinrichtung (42&sub1;...42N) eingerichtet sind, um die Betriebstemperatur des Stellglieds, seine mechanischen Eigenschaften, die Einstellgenauigkeit und/oder entsprechende Beträge zu untersuchenl wobei eine wesentliche Änderung bei den Werten eine Fehlermeldung und eine Unterbrechung der Regulierung bewirken, und daß ein sich in den üblichen Grenzen ändernder Betrag auf der Grundlage eines Algorithmus mittels der Berechnung einer passenden Berichtigung für die Regulierung oder Messung kompensiert wird.

8. Regelsystem nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgliedregeleinrichtungen (42&sub1;...42N) angeordnet sind, um die Einstellspindeln (31&sub1;...31N) der Profilregulierleiste (30) des Stoffauflaufkastens einer Papiermaschine, vorzugsweise mittels einem Winkelzahnrad (32) und einem Schrittmotor (30) (Fig. 2), zu regeln.

9. Regelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das System eingerichtet ist, um eine Reihe von Profilierstellgliedern der Streichrakel oder dergleichen einer Streichvorrichtung (16, NL) für eine Papierbahn (W) zu regeln.

10. Regelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelsystem angebracht ist, um eine in der näheren Umgebung der Papierbahn angebrachte Dampfkammer (13), das Profil linearer Belastungen in einem Presskniff einer Papiermaschine, und/oder das Profil von linearen Belastungen in einem Kalandrierkniff (NK) in einem On-Line-Kaiander einer Papiermaschine zu regeln, wobei das letztere vorzugsweise unter Verwendung einer induktiven Profiliervorrichtung (17) (Fig. 1) geregelt wird.