-
Verfahren zur Uberwachung des ordnungsmäßigen Verlaufs von Arbeitsprozessen
nach Maßgabe eines Musterprozesses Wenn ein Arbeitsprozeß nach Maßgabe eines Musterprozesses
überwacht werden soll, dann ist diese Aufgabe nur durchführbar, wenn für den Musterprozeß
der Verlauf einer oder mehrerer Meßgrößen, z. B. der elektrischen Leistung des Antriebsmotors
oder eines Druckes oder einer Temperatur u. dgl. mehr, bekannt ist. Die Aufgabe
setzt mit anderen Worten voraus, daß für den Musterprozeß die Augenblickswerte einer
Meßgröße als Funktion der Zeit gegeben und daß außerdem die etwa betriebsmäßig zulässigen
Toleranzen der Meßgröße bekannt sind.
-
Zur Überwachung des ordnungsmäßigen Verlaufs von Arbeitsprozessen
sind Einrichtungen bekanntgeworden, bei denen die Meßgröße als Funktion der Zeit
eingegrenzt zwischen den Hüllkurven der Augenblickswerte, als betriebsmäßig zulässige
obere und untere Grenzkurven des Musterprozesses, überwacht wird. Diese Art der
Überwachung hat den Nachteil, daß alle vorübergehenden oberen oder unteren Spitzenwerte
in den von den Hüllkurven eingegrenzten Überwachungsbereich aufgenommen werden müssen,
so daß die Grenzkurven außerordentlich weit auseinanderzuliegen kommen und das Überwachungsverfahren
für viele praktische Bedürfnisse, insbesondere der chemischen Industrie, zu ungenau
oder ganz unbrauchbar wird.
-
Die Erfindung wählt eine grundsätzlich andere Art der Überwachung,
welche sich anlehnt an das zur Überwachung einer konstanten oberen Grenze der Leistungsentnahme
übliche Verfahren der Unterteileng
in Überwachungsabschnitte, unter
Verwendung sogenannter, an sich bekannter Maximumwerke bzw. Maximumwächter. Da es
sich bei der Erfindungsaufgabe indessen um die Überwachung einer als Funktion der
Zeit gegebenen Meßgröße des Musterprozesses handelt, kann mittels eines nur konstante,
d. h. zeitunabhängige Meßgrößen überwachenden Maximumwächters die gestellte Aufgabe
nicht gelöst werden.
-
Nach dem Überwachungsverfahren der Erfindung erfolgt die Überwachung
der als Funktion der Zeit gegebenen Meßgrößen in des Arbeitsprozesses in vorbestimmten,
unter sich gleichen oder ungleichen Zeitabständen (Meßperioden) in der Weise, daß
aus den Augenblickswerten der Istmeßgröße des in Überwachung befindlichen Arbeitsprozesses,
durch Summierung über jeweils eine Meßperiode, die Produktgrößen
gebildet und am Ende jeder Meßperiode jeweils auf elektrischem Wege verglichen werden
mit der der entsprechenden Meßperiode des Musterprozesses zugeordneten Produktgröße
P1', p2' usf., unter Berücksichtigung etwaiger betriebsmäßig zugelassener Toleranzen.
-
Dieses Verfahren überwacht, wenn zunächst keine Toleranzen berücksichtigt
werden, jeweils am Ende von willkürlich festgesetzten Meßperioden, die während einer
jeden Meßperiode aufsummierten Produktgrößen P1, P2 usf. und vergleicht damit jeweils
die für dieselben Meßperioden des Musterprozesses gültigen Werte p1=, P2' usf.,
unabhängig von etwaigen unteren oder oberen Spitzenwerten der Augenblickswerte innerhalb
einer Meßperiode und unabhängig von Hüllkurven. Werden betriebsmäßig zulässige Toleranzen
berücksichtigt, dann erfolgt die Überwachung erfindungsgemäß nach demselben Vergleichsverfahren,
aber für einen oberen und einen unteren Grenzwert jeder Produktgröße.
-
Handelt es sich um die Überwachung einer elektrischen Meßgröße, beispielsweise
der Leistungsaufnahme eines Mischermotors der Gummiindustrie, dann können die jeweiligen
Produktgrößen p1, p2 usf. aus den Augenblickswerten der Istmeßgröße, gemessen in
Kilowatt, mittels eines elektrischen Zählers mit an sich bekanntem Impulsgeber und
mittels eines sogenannten an sich bekannten Maximumwerkes als Kilowattstundengrößen
gebildet werden, in der Weise, daß der Impulsgeber die Zählerumdrehungen dem Maximumwerk,
das mit oder ohne Anzeige-, Schreib-oder Druckwerk ausgelegt sein kann, mitteilt,
welches sie in Form von Drehwinkelwerten summiert, und welches mittels einer Schaltuhr
jeweils am Ende einer Meßperiode den Drehwinkel- der Summierachse immer wieder auf
Null zurückverstellt, so daß die Produktgrößen p1, P2 usf. der aufeinanderfolgenden
Meßperioden jeweils als Drehwinkelendwerte ablesbar sind oder auch zu Überwachungszwecken
weiterverwendet werden können.
-
Sind die Augenblickswerte der Istmeßgröße in des in Überwachung befindlichen
Arbeitsprozesses nicht direkt mittels eines elektrischen Zählers summierbar, so
werden sie nach der Erfindung zunächst in verhältnisgleiche elektrische Meßgrößen
umgeformt, so daß sie mittels eines elektrischen Zählers summierbar werden. Beispielsweise
können die Istmeßgrößen in Form von Instrumentenausschlägen (Drehwinkel- oder Drehmomentenwerten)
gegeben sein und für die Zwecke der Erfindung mittels an sich bekannter Regelwiderstände
oder Meßwertumformer in verhältnisgleiche Gleichstromwerte umgeformt werden. Oder,
wenn die Meßgrößen Drücke sind, können sie über Druckmeßvorrichtungen, z. B. Druckmeßdosen
und Verstärker, in Gleichstromwerte umgeformt werden und mittels eines elektrischen
Zählers mit Impulsgeber von einem Maximumwerk in Produktgrößen pi, p2 usf. überführt
werden.
-
Die als Drehwinkelendwerte eines Maximumwerkes gebildeten Produktgrößen
p1, p2 usf. der Istmeßgrößen lassen sich in an sich bekannter Weise, z. B. mittels
eines Regelwiderstandes, Potentiometers oder eines einem Meßwertumformer ähnlichen
Geräts, in verhältnisgleiche Gleichstromwerte formen und nach der Erfindung jeweils
am Ende bzw. unmittelbar vor Beendigung einer Meßperiode nittels einer Schaltuhr
mit den für die entsprechende Meßperiode gültigen Gleichstromwerten der Produktgrößen
pi , PZ usf. des Musterprozesses vergleichen.
-
Hierzu ist die Erzeugung von den Produktgrößen Pr', P2' usf. des Musterprozesses
entsprechenden Gleichstromwerten erforderlich. Diese Gleichstromwerte können wie
bei den bekannten Überwachungsverfahren mit Hilfe von Leitkurvenscheiben erzeugt
werden, deren Einstellwinkel und Drehzahlen den Meßperioden entsprechend synchronisiert
sind, und deren Abtastvorrichtungen beispielsweise Widerstandsregler- oder Potentiometerkontakte
eines Vergleichsgleichstromkreises verstellen.
-
An Stelle von Leitkurvenscheiben können auch von Lichttastern abgetastete
Leitkurven der Augenblickswerte der Meßgröße des Musterprozesses oder der Produktgrößen
P,', P2' des Musterprozesses verwendet werden. Werden aufgezeichnete Augenblickswerte
abgetastet, dann ist aus ihnen erst auf dem für die Istmeßgröße beschriebenen Umweg
über einen elektrischen Zähler mit Impulsgeber und ein Maximumwerk der der jeweiligen
Produktgröße p1', P2 usf. verhältnisgleiche Gleichstromwert zu bilden, während bei
gegebenen abzutastenden Produktgrößen Q51', @2 usf. dieser Umweg erspart bleibt.
-
Bei einem Verfahren nach der Erfindung werden jeweils kurz vor Beendigung
einer Meßperiode mittels einer Schaltuhr die Gleichstromwerte der Produktgrößen
P1, P2 usf. des in Überwachung befindlichen Arbeitsprozesses über elektromagnetische
Relais verglichen mit den entsprechenden, betriebsmäßig zulässigen Gleichstromwerten
der Produktgrößen p2 usf. des Musterprozesses und etwaige Abweichungen signalisiert
oder auch zu Steuerzwecken weiter verwertet.
-
Nach der Erfindung werden ferner die zum Vergleiche dienenden Produktgrößen
p,', P2' usf. des Musterprozesses bzw. deren Gleichstromwerte so ausgelegt,
daß sie sowohl die bei den einzelnen Meßperioden betriebsmäßig zulässigen zeitlichen
Abweichungen
(Toleranzen) berücksichtigen als auch die betriebsmäßig
zulässigen Abweichungen der Absolutwerte der Augenblickswerte der Meßgröße. Bei
Berücksichtigung von Toleranzen werden für die Produktgrößen jeweils obere und untere
Grenzwerte festgelegt, deren Über- bzw. Unterschreitung von einzeln zugeordneten
elektromagnetischen Vergleichsrelais überwacht werden.
-
Zur Erläuterung der Erfindung ist in Fig. i der zeitliche Verlauf
eines durch die Kurve L gegebenen Musterprozesses eingezeichnet. Auf die vergleichsweise
Eintragung der bei den bisher bekannten Überwachungsverfahren verwendeten Hüllkurven
als Grenzwerte für das Ansprechen der Überwachungseinrichtungen, wurde verzichtet.
Die Kurve L sei beispielsweise eine Leistungskurve, deren Augenblickswerte m in
Kilogramm in irgendeinem Maßstab zu messen sind. Der Flächeninhalt zwischen der
Kurve I. und der Abszissenachse entspricht dann in irgendeinem Maßstab der Leistungsaufnahme
des Arbeitsprozesses in Kilowattstunden und kann von einem elektrischen Zähler gemessen
werden. Nach dem Verfahren der Erfindung ist der Prozeß im Beispiel in gleich groß
gewählte Meßperioden a bis g unterteilt, und es sind für alle Meßperioden die durch
ein Kreuz angedeuteten Ordinatenmittelwerte eingetragen, welche ein Maß der vom
Zähler während der betreffenden Meßperiode gezählten Kilowattstundenwerte sind und
die jeweiligen Produktgrößen
darstellen, wenn zunächst keine Toleranzen berücksichtigt werden. Da bei den meisten
Arbeitsprozessen indessen mit einer gewissen zeitlichen Toleranz betriebsmäßig gerechnet
werden muß, ist in -Fig. Z noch gezeigt, wie bei einer zugelassenen Verfrühung oder
Verspätung des Eintritts irgendeiner der Meßperiodenkurvenabschnitte die dann einzusetzenden
oberen und unteren Grenzwerte der Produktgrößen des Musterprozesses gefunden werden.
-
Das Kurvenstück für den Zeitabschnitt b beispielsweise wird bei einer
Verfrühung von den Abszissenwerten 2o bis 4o abrückend nach links verschoben und
zwischen den Abszissenwerten 15 bis 35 auftreten, d. h. es wird einen etwas höher
liegenden mittleren Ordinatenwert aufweisen. Umgekehrt wird es bei Verschiebung
nach rechts (Verspätung) zwischen die Abszissenwerte 25 bis 45 geraten und einen
kleineren mittleren Ordinatenwert aufweisen. Die Produktgröße Pb wird mithin zwischen
Punkt 3 und 3' als oberer und unterer Grenzwert betriebsmäßig zuzulassen sein. Auf
dieselbe Weise sind die übrigen oberen und unteren Grenzwerte 2, 2', 4, 4' usf.
bis 8, 8' erhalten worden. Die diese Punkte verbindenden Kurven grenzen aber keine
sogenannte Toleranzfläche mehr ein, wie bei Überwachungseinrichtungen mit Hüllkurvengrenzwerten,
sondern sollen nur andeuten, wie bei der Bildung von Leitkurvenscheiben der Übergang
von einem Grenzwert zum nächsten erfolgen kann, wobei darauf geachtet ist, daß jede
Produktwertordinate gleichwertige Nachbarordinaten erhält, um eine sichere Einstellung
der Abtastvorrichtungen zu gewährleisten. Je kürzer die Meßperioden gewählt werden,
um so genauer wird die Überwachung des Arbeitsprozesses. Für viele Fälle genügt
die Überwachung nur der oberen Grenzwerte der Produktgrößen.
-
In Fig. 2 ist ein Musterprozeß eingezeichnet, für den bereits die
Produktgrößen der einzelnen Meßperioden a bis g gegeben sind durch die mit Kreuzen
versehenen Ordinatenmittelwerte. Zu jedem Ordinatenmittelwert ist die betriebsmäßig
zugelassene Toleranz, im Beispiel etwa io °/o, eingetragen. Außerdem ist, wie in
Fig. i, eine zeitliche Toleranz zugelassen. Die Konstruktion der oberen und unteren
Grenzwerte der Produktgrößen jeder Meßperiode ist für die mit o bezeichnete Meßperiode
eingezeichnet, und zwar unter der Annahme, daß der Einfluß der zeitlichen Toleranzen
durch Überschneidung benachbarter Ordinatenmittelwerte ausreichend berücksichtigt
werde. Da die benachbarten Ordinatenmittelwerte beiderseits d kleiner sind
als der von d, ist Punkt i der höchstmögliche Wert der Produktgröße p,'.
Den kleinsten benachbarten Ordinatenmittelwert hat die Meßperiode e. Der kleinstmögliche
Wert der Produktgröße Pd' ist also vorhanden, wenn für d die Ordinate 3 gilt
und für e die Ordinate 4. Rückt infolge Verfrühung Punkt 3 nach 2, dann wird der
Flächeninhalt von d um das Rechteck 2, 3, 4, 5 kleiner, und der kleinstmögliche
Wert der Produktgröße pä wird durch die Ordinate zu Punkt 6 gegeben. Dieselbe Art
der Konstruktion gilt für die übrigen Produktgrößen bzw. die Verbindungskurven I
und II der oberen und unteren Grenzwerte derselben.
-
Die Fig. 3 und 4 zeigen Einzelheiten einer erfindungsgemäßen Einrichtung
zur Überwachung der Leistungsaufnahme eines Motors i nach Maßgabe eines von Leitkurvenscheiben
14, 16 vorgeschriebenen Musterprozesses. Motor i wird beispielsweise aus einem Drebstromnetz
2 über einen Leistungszähler 3 gespeist, welcher einen an sich bekannten Impulsgeber
betätigt. Die gelieferten Impulse werden über die Leitungen 4 an ein sogenanntes
Maximumwerk 5 weitergegeben, dort in Drehwinkelwerte umgeformt, die nach Ablauf
einer Meßperiode von einem Uhrwerk auf Null zurückverstellt werden, um einer neuen
Impulsspeicherung für die neue Meßperiode Raum zu geben. Diese Drehwznkelwerte können
beispielsweise mittels eines an eine konstante Gleichstromquelle 13 angeschlossenen
Regelwiderstandes mit verstellbarem Kontaktarm in Gleichstromwerte umgeformt werden
und über Leitungen 6, 7 einer Vergleichsrelaisanordnung 8, 8, zugeführt werden.
Die am Ende jeder Meßperiode erreichten Drehwinkelwerte bzw. deren Gleichstromwerte,
sind dann jeweils ein Maß der Überwachungsgrößen p1, p2 usf., wie in der vorangegangenen
Beschreibung erläutert wurde.
-
Das Zeitschaltwerk des Maximumwerkes 5, welches die Meßperioden nach
vorgegebenen gleichen oder ungleichen Zeitabschnitten schaltet und die Drehwinkelwerte
auf Null zurückgehen läßt, wenn eine vorgegebene Meßperiode zu Ende ist, steuert
mit seinem Uhrwerk in an sich bekannter Weise den Synchronlauf einer Kontaktgebevorrichtung
zo, welche hier dazu dient, kurz vor der Rückführung der Drehwinkelwerte
auf
Null eine Vergleichung der erreichten Produktgrößen p1, P2 usf. der betreffenden
Meßperiode mit den von synchron bewegten Leitkurvenscheiben 1q., 16 einer angegliederten
Vorrichtung g gelieferten Grenzgrößen P1', P2 usf. des Musterprozesses vorzunehmen.
-
Eine Ausführungsform an sich bekannter Vergleichsrelais 8a, 8b zeigt
Fig. q.. An Stelle polarisierter Relais sind mittels einander entgegenwirkender
Wicklungen p und q vormagnetisierte Relais verwendet. Die Gleichstromwerte der Produktgrößen
P1, P2 usf. der Istmeßgröße werden über die Leitungen 6, 7 den beiden Spulen a1
und bi zugeführt und mit den jeweils entgegenwirkend geschalteten Spulen a, und
b. verglichen, in denen die Gleichstromwerte der betriebsmäßig zulässigen oberen
und unteren Grenzwerte P2' usf. der Produktgrößen des Musterprozesses wirksam sind.
Die Ströme in den Spulen a. und b, sind erzeugt mittels Regelwiderständen 15, 17,
deren Kontaktarme von den Tastern der Leitkurvenscheiben 16, 14, welche beispielsweise
den Kurven I und II der Fig. 2 entsprechend ausgelegt sind, gesteuert werden.
-
Die Vergleichsrelais 8a, 8b besitzen gegenseitige Verriegelungskontakte
18, ig, um bei zu großen Ab-
weichungen der Istmeßgröße über eine Meßperiode
mit Sicherheit nur das Relais ansprechen zu lassen, welches dem über- bzw. unterschrittenen
Grenzwert zugeordnet ist.
-
Wie die eingezeichneten Magnetisierungspfeile erkennen lassen, spricht
Relais 8a nur an, wenn die Wirkung von a1 die von ao überwiegt, d. h. wenn eine
der Produktgrößen P1, P2 usf. der Istmeßgröße, in a1 wirksam, im Augenblick der
Vergleichung die Grenzgröße p1', P2 usf., in ao wirksam, des Musterprozesses überschreitet;
es spricht nicht an, wenn a, die Wirkung von ccl überwiegt. Anderseits spricht Relais
8b nur an, wenn b, die Wirkung von b1 überschreitet bzw. b1 < bo. Beim Ansprechen
eines dieser Relais werden die Kontakte 2o bzw. 21 geschlossen, und wenn das Kontaktwerk
io am Ende einer Meßperiode Kontakt gibt und einen der Kontakte 2o, 21 geschlossen
vorfindet, wird dies durch Aufleuchten der Signallampen ii bzw. 12 zu Überwachungszwecken
signalisiert oder kann zu Steuerzwecken weiterverwertet werden.
-
An Stelle von Leitkurvenscheiben können auch Lichttasteranordnungen
treten, welche zeitgerecht bewegte Kurvenaufzeichnungen der Produktgrößen abtasten
und in Gleichstromwerte umformen.