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Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zum Positionieren eines Betätigungsgliedes, wobei bei dem
Verfahren das Betätigungsglied
durch einen kontinuierlichen Steuerimpuls zu einem erwünschten Wert
gesteuert wird; wobei die Position des Betätigungsgliedes gemessen wird;
wobei eine Impulsbereichsbegrenzungsposition befindlich vor dem
erwünschten
Wert definiert wird; wobei die kontinuierliche Bewegung des Betätigungsgliedes
angehalten wird, wenn die Position des Betätigungsgliedes hinter dem Impulsbereichsgrenzwert
ist, wobei der Impulsbereichsgrenzwert so definiert ist, dass er
so weit von dem erwünschten
Wert weg ist, dass das Betätigungsglied
anhält,
bevor seine Position wesentlich hinter dem erwünschten Wert ist; und wenn
das Betätigungsglied
angehalten ist, die Position des Betätigungsgliedes gemessen wird
und bei Bedarf ein Korrekturlauf mittels Kurzsteuerimpulsen einer
Standardlänge
ausgeführt
wird.
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Betätigungsglieder werden beispielsweise verwendet,
um die Strömung
von verschiedenen Medien, wie beispielsweise Wasser und Dampf bei
verschiedenen Prozessen zu steuern. Die Betätigungsglieder steuern ein
Ventil, eine Düse
oder ein anderes derartiges Element, das das Medium liefert. Das
Betätigungsglied
kann ein Motor, ein Zylinder oder dergleichen sein, das in vielen
verschiedenen Weisen gesteuert werden kann, wie beispielsweise mechanisch,
elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch.
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Das Betätigungsglied läuft üblicherweise
so nahe zu einem erwünschten
Wert wie möglich,
nachdem eine Überprüfungsmessung
ausgeführt
worden ist. Nach der Überprüfungsmessung
werden jegliche erforderliche Korrekturläufe ausgeführt. Diese Art an Steuerung
ist jedoch sehr ungenau und verschiedene Korrekturläufe sind
erforderlich, wodurch die Steuerung schwierig auszuführen ist,
und das Betätigungsglied
muss vor- und zurückbewegt
werden und die Zwischenräume
erhöhen
weiter die Ungenauigkeit. Das vorstehend erwähnte Steuerverfahren ist beispielsweise
in dem Finnischen Patent 85 731 offenbart. Das Patent zeigt außerdem das
Messen des Zwischenraumes auf, wobei jedoch, obwohl die Lösung des
Patentes den Zwischenraum berücksichtigt,
die Genauigkeit und die Geschwindigkeit der Steuerung nicht ausreichend
gut sind.
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Ein anderes bekanntes Verfahren ist
das Steuern des Betätigungsgliedes
zu dem erwünschten
Wert auf einer kontinuierlichen Basis, wodurch die Position des
Betätigungsgliedes
gleichzeitig mit der Steuerung gemessen wird. Wenn die Messung zeigt,
dass das Betätigungsglied
die erwünschte
Position erreicht hat, wird die Bewegung des Betätigungsgliedes angehalten.
Da die Messsoftware langsam ist, wird das Messergebnis jedoch mit
einer Verzögerung
erhalten, wodurch das Betätigungsglied
an dem erwünschten
Wert vorbeitritt, und um die Position zu korrigieren, müssen Korrekturläufe in der
entgegengesetzten Richtung ausgeführt werden. Die Zwischenräume gestalten
somit das Positionieren ungenau, und die Steuerung ist kompliziert
und schwierig auszuführen.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
41 03 422 lehrt eine Lösung,
bei der das Betätigungsglied
durch ein kontinuierliches Steuersignal gesteuert wird, wenn die
Position des elektropneumatischen Betätigungsgliedes weiter von dem
erwünschten
Wert entfernt ist als der Abstand, der durch bestimmte zuvor eingestellte
Grenzwerte angezeigt wird. Wenn die Position des Betätigungsgliedes
näher zu
dem erwünschten
Wert als der Abstand ist, der durch die Grenzwerte angezeigt wird,
wird das Betätigungsglied
durch Steuerimpulse einer Standardlänge und -frequenz gesteuert.
Die Länge
der Steuerimpulse ist so eingerichtet, dass die Position des Betätigungsgliedes
nicht an dem Zwischenraumbereich des erwünschten Wertes aufgrund der
Impulse vorbeitritt. Die Lieferung der Steuerimpulse zu dem Betätigungsglied
wird fortgesetzt, bis die Position des Betätigungsgliedes innerhalb des
Zwischenraumes ist. Diese Lösung
verbessert die Genauigkeit des Positionierens, jedoch wird das Betätigungsglied
nicht ausreichend schnell zu der korrekten Position bei jeder Anwendung
gesteuert, da die durch die Steuerimpulse bewirkte Bewegung langsamer
als die Bewegung ist, die durch ein kontinuierliches Steuersignal
bewirkt wird.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, ein Verfahren zu schaffen, bei dem die vorstehend erwähnten Nachteile
vermieden werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist in Anspruch
1 definiert.
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Die wesentliche Idee der Erfindung
ist, dass das Betätigungsglied
auf einer kontinuierlichen Basis gesteuert wird und dass die Messung
der Position des Betätigungsgliedes
zu der Steuerung zurückgeführt wird.
Eine weitere wesentliche Idee ist es, eine Impulsbereichsbegrenzung
zu definieren, die sich vor dem erwünschten Wert befindet, wodurch
die Bewegung des Betätigungsgliedes
angehalten wird, wenn die Rückführmessung
zeigt, dass die Impulsbereichsbegrenzung passiert worden ist. Nach
einer Überprüfungsmessung
wird die Steuerung des Betätigungsgliedes
bei Bedarf in der gleichen Richtung wie bei der vorherigen Steuerung
fortgesetzt. Der wesentliche Punkt ist, dass die Impulsbereichsbegrenzung
so definiert ist, dass trotz einer Verzögerung bei der Software das
Betätigungsglied
sich nicht hinter den erwünschten
Wert bewegen wird. Die Idee eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
ist, dass, wenn die Impulsbereichsbegrenzung passiert worden ist, kurze
Impulse einer Standardlänge
verwendet werden, um das Betätigungsglied
zu steuern. Die Idee eines anderen bevorzugten Ausführungsbeispiels ist, dass
ein Synchronmotor mit einer Standardrate verwendet wird, um das
Betätigungsglied
zu steuern, wodurch die Länge
der Steuerimpulse die Länge
der Bewegung des Betätigungsgliedes
definiert.
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Der Vorteil der Erfindung liegt darin,
dass die Steuerung genau, schnell und einfach ist, und das Betätigungsglied
kann auf einen erwünschten
Wert von einer Richtung gesteuert werden, wodurch der Zwischenraum
nicht die Genauigkeit des Positionierens beeinträchtigt. Wenn kurze Standardlängenimpulse
verwendet werden, nachdem die Impulsbereichsbegrenzung passiert
worden ist, ist die Steuerung einfach und genau. Die Verwendung
eines Standardratensynchronmotors gestaltet das Gerät einfach
und die Steuerung leicht.
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Die Erfindung ist nachstehend detaillierter anhand
der beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Steuerverfahrens der Erfindung.
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2 zeigt
eine schematische Ansicht eines verwendeten Steuerimpulses.
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Wenn die Position des Betätigungsgliedes von
einem erwünschten
Wert 1 entfernt ist, wird das Betätigungsglied näher zu dem
erwünschten
Wert 1 unter Verwendung eines kontinuierlichen Steuerimpulses 2a gesteuert.
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Das Verfahren der Erfindung zum Positionieren
des Betätigungsgliedes
ist beispielsweise auf das Betätigungsglied
einer Papiermaschine anwendbar. Der Ausdruck „Betätigungsglied einer Papiermaschine" bedeutet hierbei
ein Betätigungsglied,
das an sich bekannt ist und beispielsweise bei einem Dampfkasten,
einem Stoffauflaufkasten oder einem Befeuchter oder einem anderen
Teil einer Papiermaschine oder Kartonmaschine verwendet wird. Eine steuerbare
Profilieranlage, die üblicherweise
in Steuerabschnitte quer zu der Bahn geteilt ist, wird verwendet,
um die Querprofilvariablen der Papierbahn zu verbessern. Jedes Ventil,
jede Düse
oder jedes andere derartige Element, das sich in dem Steuerabschnitt
der Profilieranlage befindet und die Variablen des Papiers beeinflusst,
wird durch die in diesem Abschnitt angeordneten Betätigungsglieder
gesteuert. Jegliche durch die Betätigungsglieder oder Elemente bewirkte Änderung,
wie beispielsweise eine Bewegung, eine Kraft, eine Strömung oder
dergleichen, haben eine indirekte Auswirkung auf die Querprofilvariablen
des Papiers, die das Grundgewicht, die Feuchtigkeit, die Dicke und
den Glanz umfassen. Die Bewegung, die Kraft oder eine andere vorstehend
erwähnte Änderung
kann bei dem Element durch die Betätigungsglieder bewirkt werden.
Besonders bevorzugt wird ein elektromechanisches Betätigungsglied
bei der Erfindung angewandt.
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Das Verfahren der Erfindung zum Positionieren
des Betätigungsgliedes
ist insbesondere bei der Steuerung der Dampfzufuhr eines Dampfkastens
bei einer Papiermaschine nützlich.
Die von dem Dampfkasten zu der Oberfläche der Bahn gelieferte Menge an
Dampf wird gegenwärtig
durch den Druck des gelieferten Dampfes eingestellt. Es ist schwierig,
den Druck genau einzustellen, und die Menge des durch die einzelnen
Dampfdüsen
strömenden
Dampfes kann nicht definiert werden. Der Druck wird mit einem analogen
Messgerät
definiert, das kostspielig ist. Die Lösung der Erfindung ist kostengünstig und
sehr genau, da die genaue Position der Dampfsteuerwelle bekannt
ist. Die Menge an Dampf wird auf der Grundlage der Impulsdaten berechnet,
wodurch keine separaten Messeinrichtungen erforderlich sind. Die Menge
an Dampf wird schnell und genau mittels der Impulsdaten und der
Steuerwelle eingestellt. Die Erfindung ermöglicht somit, dass kostspielige
Messvorrichtungen ersetzt werden und dadurch Geld eingespart wird.
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Die Position des Betätigungsgliedes
wird vorzugsweise auf einer kontinuierlichen Basis gemessen, und
wenn die Position eine Impulsbereichsbegrenzung 3 erreicht,
werden Rückführdaten 5a beim
Passieren der Impulsbereichsbegrenzung 3 zu einer Steuereinheit 4 des
Betätigungsgliedes übertragen.
Die Steuereinheit 4 steuert dadurch das Betätigungsglied
derart, dass die fortlaufende Bewegung des Betätigungsgliedes angehalten wird.
Da die Software der Steuereinheit 4 langsam ist, hält das Betätigungsglied
nicht genau bei der Impulsbereichsbegrenzung 3 an, sondern
geht nach vorn geringfügig
weiter. Das Betätigungsglied
kann außerdem
hinter die Impulsbereichsbegrenzung 3 gesteuert werden,
indem ein Voreilen 8 definiert wird, wodurch das Betätigungsglied
zu der durch das Voreilen 8 bestimmten Position gesteuert
wird. Wenn das Betätigungsglied
angehalten worden ist, werden die Ortsdaten 5b an dem Betätigungsglied
zu der Steuereinheit 4 geliefert. Wenn der Ort des Betätigungsgliedes nicht
ausreichend nahe zu dem erwünschten
Wert 1 ist, das heißt
weiter weg von dem erwünschten
Wert 1 als der durch eine Hysterese 6 angezeigte Abstand, wird
das Betätigungsglied
durch Kurzsteuerimpulse 2b einer Standardlänge vorwärts gesteuert.
Kurzstandardlängensteuerimpulse 2b werden
bei der vorliegenden Erfindung verwendet, um das Betätigungsglied
stets dann zu steuern, wenn die Position des Betätigungsgliedes näher zu dem
erwünschten
Wert 1 als die Impulsbereichsbegrenzung 3 ist. Nach dem Standardlängensteuerimpuls 2b wird
der Ort des Betätigungsgliedes
erneut gemessen, und das Betätigungsglied
wird durch Standardlängensteuerimpulse 2b gesteuert,
bis das Betätigungsglied
näher zu
dem erwünschten
Wert 1 als der durch die Hysterese angezeigte Abstand ist, das heißt bis es
ausreichend nahe zu dem erwünschten
Wert 1 ist. Der wichtige Punkt ist, dass die Impulsbereichsbegrenzung 3 und das
Voreilen 8 ausreichend weit von dem erwünschten Wert 1 weg sind, so
dass die Position des Betätigungsgliedes
nicht wesentlich an dem erwünschten Wert
1 vorbeitreten wird, das heißt
weiter von dem erwünschten
Wert 1 als der durch die Hysterese 6 angezeigte Abstand
weg ist, da die Steuerrichtung des Betätigungsgliedes dann geändert werden
müsste, was
wiederum die Steuerung komplizierter gestalten würde und die Zwischenräume des
Betätigungsgliedes
die Steuerung ungenau gestalten würde. Des Weiteren müssen die
Standardlängensteuerimpulse 2b derart
definiert sein, dass sie so kurz sind, dass sie nicht das Betätigungsglied
zu weit nach vorn bewegen, das heißt der Versatz des Betätigungsgliedes muss
kleiner als der Abstand zwischen der Hysterese 6 und dem
erwünschten
Wert 1 sein. Der erwünschte Wert
1, die Impulsbereichsbegrenzung 3 und die Werte der Hysterese 6 und
des Voreilens 8 werden zu der Steuereinheit 4 spezifisch
für den
Fall geliefert. Ein typischer Wert für die Hysterese 6 ist
2 μm und
für die
Impulsbereichsbegrenzung 3 ist er 10 μm.
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Wenn das Steuerverfahren der Erfindung
angewandt wird, muss ein Zwischenraum 7 für die Richtungsänderung
zum Zwecke des Ausgleichens lediglich zu Beginn des Steuerimpulses 2a berücksichtigt werden,
wenn die Bewegungsrichtung des Betätigungsgliedes dann geändert worden
ist, da keine andere Richtungsänderung
des Betätigungsgliedes stattfindet,
wenn die Steuerung der Erfindung angewandt wird.
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2 zeigt
eine schematische Ansicht eines bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
verwendeten Steuerimpulses. Wenn die Position des Betätigungsgliedes
weiter von dem erwünschten
Wert 1 weg als die Impulsbereichsbegrenzung 3 ist, wird
der kontinuierliche Steuerimpuls 2a angewandt, das heißt der Steuerimpuls
hat fortlaufend einen Binärwert „1". Der kontinuierliche
Steuerimpuls 2a wird zu dem Zeitpunkt berechnet, der durch
Linien A angezeigt ist, wodurch der Abstand zwischen den Berechnungsfällen beispielsweise
500 ms betragen kann. Die Steuerung erscheint daher kontinuierlich,
obwohl in der Praxis der Steuerimpuls bei gewissen Intervallen berechnet
wird. Der kontinuierliche Steuerimpuls 2a kann so definiert
werden, dass er bei einem Abstand von dem erwünschten Wert 1 endet, der durch das Voreilen 8 angezeigt
ist. Da das Betätigungsglied
am schnellsten durch den kontinuierlichen Steuerimpuls 2a steuert,
sollte das Voreilen 8 so gewählt werden, dass es so kurz
wie möglich
ist. Das Voreilen 8 muss jedoch natürlich derart ausreichend sein,
dass die Position des Betätigungsgliedes
nicht wesentlich den erwünschten
Wert 1 passiert. Wenn die Position des Betätigungsgliedes die Impulsbereichsbegrenzung 3 passiert
hat, wird das Betätigungsglied
zu dem erwünschten
Wert 1 durch Kurzstandardlängensteuerimpulse 2b gesteuert.
Das Voreilen 8 ist sehr leicht zu wählen und spezifisch für das Betätigungsglied
einzustellen. Die Impulsbereichsbegrenzung 3 kann die gleiche
bei sämtlichen
Betätigungsgliedern
sein, was bedeutet, dass die Impulsbereichsbegrenzung 3 so definiert
sein kann, dass sie weit von dem erwünschten Wert entfernt ist,
dass kein Betätigungsglied, wenn
es durch einen kontinuierlichen Steuerimpuls gesteuert wird, den
erwünschten
Wert 1 passiert. Des Weiteren kann das Voreilen 8 sehr
schnell und einfach geändert
werden. Es ist somit leicht, sicherzustellen, dass bei Bedarf der
kontinuierliche Steuerimpuls 2a sogar erheblich hinter
die Impulsbereichsbegrenzung 3 weiter gehen kann. Dies
stellt sicher, dass das Betätigungsglied
zu seiner Position so schnell wie möglich in einer beliebigen Situation
gesteuert werden kann.
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Das Betätigungsglied wird vorzugsweise durch
einen Standardratensynchronmotor gesteuert, wodurch die Länge der
Steuerimpulse die Länge
der Positionsänderung
des Betätigungsgliedes
definiert, und das Gerät
einfach ist und die Steuerung leicht ist.
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Die Position des Betätigungsgliedes
wird vorzugsweise so gemessen, dass zumindest ein Magnet in Verbindung
mit einer Welle des Betätigungsgliedes
und zumindest ein Hall-Sensor in dem Gerät angeordnet wird: wenn die
Welle dreht, erfasst der Hall-Sensor den vorbeitretenden Magnet
und sendet einen Messimpuls. Die Position des Betätigungsgliedes
in der linearen Richtung ist proportional zu dem Intervall zwischen
den Messimpulsen, wodurch die Position des Betätigungsgliedes durch die Messimpulse
definiert werden kann. Eine derartige Messvorrichtung ist einfach
und hält
sogar schwierige Prozessbedingungen gut aus.
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Wenn dies erwünscht ist, können die
Intervalle der Messimpulse ebenfalls in Teile geteilt werden, wodurch
die Position des Betätigungsgliedes sogar
zwischen den Impulsen genau definiert werden kann. Die geteilten
Impulse ermöglichen
ein Abschätzen
der Position des Betätigungsgliedes
sogar zwischen den Impulsen.
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Die Zeichnungen und die zugehörige Beschreibung
sollen lediglich die Idee der Erfindung veranschaulichen. Die Erfindung
kann in Bezug auf ihre Einzelheiten innerhalb des Umfanges der Ansprüche variieren.