EP0477589B1 - Verfahren zur Korrektur eines ermittelten Messsignals zur Masse eines Faserbandes an einem Regulierstreckwerk für Faserbänder mit einem Auslaufmessorgan - Google Patents

Verfahren zur Korrektur eines ermittelten Messsignals zur Masse eines Faserbandes an einem Regulierstreckwerk für Faserbänder mit einem Auslaufmessorgan Download PDF

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EP0477589B1
EP0477589B1 EP91114720A EP91114720A EP0477589B1 EP 0477589 B1 EP0477589 B1 EP 0477589B1 EP 91114720 A EP91114720 A EP 91114720A EP 91114720 A EP91114720 A EP 91114720A EP 0477589 B1 EP0477589 B1 EP 0477589B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
drafting
signal
mass
measuring member
sliver
Prior art date
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EP91114720A
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English (en)
French (fr)
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EP0477589A1 (de
Inventor
Erich Jornot
Urs Keller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maschinenfabrik Rieter AG
Original Assignee
Maschinenfabrik Rieter AG
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of EP0477589B1 publication Critical patent/EP0477589B1/de
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01H—SPINNING OR TWISTING
    • D01H5/00—Drafting machines or arrangements ; Threading of roving into drafting machine
    • D01H5/18—Drafting machines or arrangements without fallers or like pinned bars
    • D01H5/32—Regulating or varying draft
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01H—SPINNING OR TWISTING
    • D01H5/00—Drafting machines or arrangements ; Threading of roving into drafting machine
    • D01H5/18—Drafting machines or arrangements without fallers or like pinned bars
    • D01H5/32—Regulating or varying draft
    • D01H5/38—Regulating or varying draft in response to irregularities in material ; Measuring irregularities

Definitions

  • the invention relates to a method for correcting a determined measurement signal for the mass of a sliver on a regulating drafting device for slivers with an outlet measuring element, at least one distortion field, a drive system and a control or regulation for the drive system, the control or regulation being based on a Auslaufmeßorgan supplied measuring signal reacts to change the delay in the said warping field in such a way that mass fluctuations in the supply belts are corrected via the drive system.
  • a further proposal for a "deeper" monitoring of the method can be found in EP 340 756.
  • limit values for the signal supplied by the outlet measuring element are to be determined, an alarm being triggered or the machine being switched off when a limit value is exceeded .
  • the product (the sliver supplied) should be checked by personnel. Depending on the results of this check, measurement errors or control errors should be concluded.
  • a second variant of the same proposal provides for the determination of limit values for the actuating signal which determines the delay, and also if one exceeds Limit value an alarm is triggered or the machine is switched off.
  • the sliver should be checked by the staff, depending on the test results for errors in the inlet measuring system or in the production of the original material (ie in the processing machines in front of this drafting system).
  • monitoring the measurement signal of the outlet measurement system can convey certain information about malfunctions. However, this measure alone is certainly not enough to achieve a significant improvement in quality.
  • the monitoring of the control signal proposed in EP 340 756 has hardly any advantages in combination with an alarm or when the machine is switched off. By the time the staff checked it, the defective sliver had long been processed (corrected) by the drafting system, so that important information regarding the error is no longer available. Because the monitoring is set to react only to a short-term (possibly rare) "outlier", the piece of fiber sliver to be examined by the personnel no longer contains a corresponding "event", so that the risk of a fallacy again arises.
  • the invention relates to a method for correcting a determined measurement signal for the mass of a sliver on a regulating drafting device for slivers with an outlet measuring element, at least one distortion field, a drive system and a control or regulation for the drive system, the control or regulation being based on a Auslaufmeßorgan supplied measuring signal reacts to change the delay in the said warping field in such a way that mass fluctuations in the supply belts are corrected via the drive system.
  • the invention is characterized in that the measurement signal of the outlet measuring device is recorded in a computer unit, the values for the amount of delay and the delivery speed are entered into the computer unit and the computer unit corrects the measurement signal depending on the amount of delay and the delivery speed, so that the computer unit stores a stored map of the map element can correct in order to compensate for the effects of the amount of delay and delivery speed on the measurement signal of the outlet measuring element.
  • the invention is further embodied in that the outlet measuring element is suitable for determining the cross-section of the tape supplied.
  • Means are also provided for obtaining a component which is representative of the sliver mass. This component is assigned to the measurement result of the sliver mass determined in the outlet measuring element for regulating the drive system, the measuring element not reacting to the carried substance in the outlet.
  • the invention is further embodied in that the measurement signals supplied by the output measuring element are fed to a correction element, to which the correction signals resulting from detection elements on the regulating drafting device are determined in order to correct the measurement signal, in accordance with continuously determined operating conditions. It is characteristic here that the transmission of correction signals is controlled on the basis of the determined operating condition by a threshold value element connected upstream of the correction element.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the route.
  • Several slivers 15.1 - 15.6, six in the example, are guided side by side through several roller systems 1 - 6. Due to the fact that the peripheral speed of the rollers increases in two stages in the direction of transport of the fiber material, this is pre-drawn over the first stage (pre-drafting) and further drawn over the second to the desired cross-section (main drafting).
  • the fleece 18 emerging from the route is thinner than the fleece of the fed strips 15.1 - 15.6 and correspondingly longer. Because the warping processes can be regulated depending on the cross-section of the fed tapes, the tapes or the fleece are made more uniform as they pass through the distance, i.e.
  • the cross-section of the emerging fleece is more uniform than the cross-section of the fed fleece or tapes.
  • the present route has a pre-drafting area 11 and a main drafting area 12.
  • the invention can also be used in an analogous manner in connection with routes with only one or more than two delay areas.
  • the belts 15.1 - 15.6 are fed into the line by two systems 1 and 2 of conveyor rollers.
  • a first system 1 consists, for example, of two rollers 1.1 and 1.2, between which the fed belts 15.1 - 15.6, which are combined to form a loose fleece, are transported.
  • a roller system 2 follows, which here consists of an active conveyor roller 2.1 and two passive conveyor rollers 2.2, 2.3.
  • the fed strips 15.1 - 15.6 are brought together to form a composite 16.
  • the two roller systems 1 and 2 of the feed are followed in the transport direction of the fleece 16 by a third system 3 of pre-drafting rollers 2.1 and 3.2, between which the fleece is transported further.
  • the peripheral speed v3 of the pre-drafting rollers is higher than that of the infeed rollers v 1.2 , so that the fleece 16 is stretched in the pre-drafting area 11 between the infeed rollers 2 and the pre-drafting rollers 3, its cross section being reduced.
  • a pre-warped fleece 17 is created from the loose fleece 16 of the fed-in belts 17.
  • the pre-drafting rollers 3 are followed by a further system 4 of, for example, an active conveyor roller 4.1 and two passive conveyor rollers 4.2, 4.3 for further transport of the fleece.
  • the peripheral speed v4 of the conveyor rollers 4 for further transport is the same as v3 of the pre-drawing rollers 3rd
  • the roller system for further transport 4 is followed by a fifth system 5 of main drafting rollers 5.1 and 5.2 in the transport direction of the fleece 17.
  • the main drafting rollers in turn have a higher surface speed v5 than the preceding transport rollers 4, so that Pre-drawn nonwoven 17 between the transport rollers 4 and the main drafting rollers 5 in the main drafting area 12 is further drawn to the finished warped nonwoven 18, the nonwoven 18 being brought together into a belt via a funnel T.
  • the finished stretched belt 18 is guided away from the line and, for example, placed in rotating cans 13.
  • the roller systems 1, 2 and 4 are driven by a first motor 7.1 via a gear or preferably via toothed belts.
  • the pre-drafting rollers 3 are mechanically coupled to the roller system 4, the translation relative to the roller systems 1 and 2 being adjustable or a setpoint being predeterminable.
  • the gear (not visible on the figure) determines the ratio of the peripheral speeds of the inlet rollers (v in ) and the peripheral speed v3 of the pre-drafting rollers 3.1, 3.2, hence the pre-drafting ratio.
  • the inlet rollers 1.1, 1.2 can also be driven by the first motor 7.1 or by an independent motor 7.3.
  • the roller systems 5 and 6 are in turn driven by a second motor 7.2.
  • the two motors 7.1 and 7.2 each have their own controller 8.1 or 8.2.
  • the regulation takes place via a closed control loop 8.a, 8.b or 8.c, 8.d.
  • the actual value of one motor can be transmitted to the other motor in one or both directions via a control connection 8.e, so that everyone can react accordingly to the other's target betting deviations.
  • the total cross-section of the strips 15.1 - 15.6 fed in is measured by an inlet measuring element 9.1.
  • the cross section of the emerging strip 18 is then measured by an outlet measuring element 9.2.
  • a central computer unit 10 transmits an initial setting of the target size for the first drive 7.1 via 10.a to the first controller 8.1.
  • the measured variables of the two measuring elements 9.1, 9.2 are continuously transmitted to the central computer unit via the connections 9.a and 9.b during the stretching process.
  • the setpoint for the second drive 7.2 is determined in the central computer unit and any other elements by means of the method according to the invention. This setpoint is continuously given to the second controller 8.2 via 10.b.
  • Position regulators are used as regulators within the framework of the auxiliary regulation, since they also guarantee regulation when the motor is at a standstill.
  • the corresponding controllers 8.1, 8.2 can contain separate computer units (for example with digital computing elements; microprocessors) or can also be designed as a module of the central computer unit 10.
  • the measuring principle will be explained in more detail below.
  • a constant early delay should take place.
  • the regulation of the strip cross-section or its Uniformity is essentially achieved by changing the delay in the main delay area 12.
  • the inlet measuring element 9.1 supplies the measuring signal on the input side with the information about the cross section of the fed strips 15.1 - 15.6.
  • Obtaining the desired run-in measurement signal is known to present measurement difficulties.
  • a cross-sectional measurement without impairing the material and with high dynamics is difficult to do in the conventional way.
  • an indirect measurement procedure must be carried out with a transducer.
  • Various conventional converters provide insufficient results for the desired purpose.
  • a measuring capacitor 21 according to FIG. 2 is used in connection with this invention, through which the fed strips 15.1-15.6 run. This takes advantage of the fact that the fiber mass of the ribbons between the capacitor plates, which fluctuates during the passage, acts as a change in the dielectric.
  • the dielectric constant ⁇ w of water is 81 compared to the dielectric constant of, for example, cotton ⁇ b, which is approximately 4.
  • the difficulty lies in obtaining the desired signal directly from the transducer via the fiber mass present in the capacitor at a certain point in time.
  • the voltage U is measured across the capacitor and the signal obtained in a real part R x and Imaginary part C x split. As will be explained further below, these signals R x and C x are evaluated as part of the regulation, the outflow measurement signal being used in the process.
  • the control is designed in such a way that measurement errors are compensated for in the context of an adaptive control.
  • the outlet measuring element 9.2 can be a conventional measuring instrument which delivers a signal A out with the information about the cross section of the emerging belt 18. This signal is also subsequently used for the control. It should be noted that the required measurements can not only be carried out directly at the inlet and outlet, but it is only necessary that one measuring element is arranged before and one after the controlled system (in the control-technical sense), ie here the main warpage area 12. With regard to a favorable time dependency of the regulation, it would also be advantageous, for example, to arrange the input-side measuring element directly in front of the main delay area 12.
  • a map R that is preferably determined empirically and continuously adapted during operation is provided.
  • FIG. 3 illustrates the control principle and the method according to the invention in a schematic overview of the main control.
  • the distance is indicated by arrows which indicate the direction of travel of the belt, as well as by two blocks for the pre-draft 11 and the main draft 12.
  • the actual cross section m E of the belts at the inlet is represented by the size m e , the actual cross section m A of the finished warped belt by the size m a .
  • the belts are fed in at the speed v in at the inlet and the finished belt exits at the speed v out .
  • the size of the early draft K1 can be adjusted by means of a specification element 19.
  • the controlled system (in the technical control sense) is formed here by the main delay area 12.
  • the running time between the inlet measuring element 9.1 and the main drafting area 12 is identified by t1, that between the main drafting area and the outlet measuring element 9.2 by T2.
  • the measured variables A out , R x and C x of the measuring elements 9.1, 9.2 represent input variables of a control system.
  • This contains a central computer unit 10 which contains the measured variables C x , R x , the temperature I T and any further information I 1-n , such as humidity, air pressure, etc. be fed.
  • the size A target is specified as the reference variable.
  • a first path 1 contains the central computer unit 10 with inlets and outlets and a plurality of time elements Z1.1-Z3 and, according to the invention, is used to prepare the measurement data.
  • a second path 2 is used to optimize the delay time t1.
  • a third path 3 serves to keep the band mean value constant and to compensate for long-term disturbances.
  • a fourth path 4 is provided, which provides for an optimized compensation of short-term disturbances. It is anticipated that digital control is preferably used in the context of the invention. This makes it possible to implement all elements of the control system in one computer. To illustrate the control principle, the essential elements necessary for the explanation of the invention are broken down schematically in FIG. 3.
  • a comparator 35 is provided the formation of a difference between the outlet signal A out and the target value A is performs.
  • the deviation dA determined in this way is fed via an I-link 38 to an addition point 36.
  • the signal ⁇ m is formed by integrating the mean value deviations in an I element 38.
  • the signal ⁇ m is supplemented by the addition of 1.
  • these deviations and the deviations ⁇ h caused by short-term disturbances, which are determined in path 1 and 4 according to the following explanations, are added and finally the factor 1 + ⁇ m + ⁇ h in a multiplication point 39 with the predetermined nominal value K3 of the main default multiplied.
  • the corresponding Multiplication gives the required manipulated variable y for the regulation of the main delay.
  • the outflow measurement signal A out is further fed to a high-pass element 47 of path 2.
  • the filtered signal is squared at a multiplication point 40 and the signal ⁇ H is obtained therefrom, which indicates the high-frequency portion of the mean value fluctuations.
  • the high-frequency components are taken into account for this path, which in this exemplary embodiment are up to approximately 300 Hz.
  • the signal ⁇ H is fed to a first control element R1 with a transfer function to minimize ⁇ H.
  • the output of the control element R1 forms the signal S t1 , which optimizes the delay time of various time elements Z1.1, Z1.2, Z4 and is fed directly to the central computer unit (10).
  • a map element 50 is provided as the connecting core of paths 1 and 4. This can be designed, for example, as a readable and readable memory and can in turn be integrated into the central computer unit 10.
  • the measured value pairs R x , C x are supplied to the map element 50 and this supplies the quantity m e as the output signal.
  • the map fR is continuously adjusted during operation. This adaptation takes place in path 1.
  • the signals R x , C x are fed into the central computer unit 10 with a delay in corresponding timing elements Z1.1-Z2.2.
  • the timing elements Z1.1 - Z2.2 serve to take into account the total running time t1 + T2 from the inlet to the outlet measuring element.
  • the filtered variable m e (t1) delayed taking into account the running time t1 and adjusted for delay in a division element 43, is sent to a further input of the central computer unit via a timing element Z3 fed.
  • the signal A out with the information about the outlet band cross-section m A , represented by the measured quantity m a is preferably also filtered before it is fed to the central computer unit 10, the low-frequency signal components being trimmed in a corresponding filter 46 of the path 1.
  • the transit time t1 can also be taken into account directly by the central computer unit by supplying the output signal S t1 of path 2 to it.
  • All of the signals supplied to the computer unit are used in the following for cleaning the map R of the map element 50, in that the output of the computer unit 10 in the map element 54 contains the (effective) size m e for the respective value pair C x , R determined by evaluating the measurement data x is transmitted.
  • This ensures a permanent adaptation of the map R to changes within the control process.
  • the central computer unit 10 must at least evaluate the signals m e , R x , C x and m a in order to ensure the map adaptation.
  • the mentioned additional measurement data I T , I 1-n can, however, bring about a further improvement in the control under certain conditions.
  • path 4 provides for filtering the signal A out , but this time with a bandpass element 48 instead of a highpass element.
  • the bandpass element 48 is followed by a multiplication point 44 and a control element R2 for minimizing the corresponding signal B.
  • the control element R2 provides at its output a factor f b , which is linked in a multiplication point 42 with the signal m e (t1) .
  • This signal m e (t1) is present at the output of a filter 49, to which the signal m e from the map element 50 is supplied via a timing element Z4.
  • This filter 49 cuts the low-frequency signal components.
  • the path 4 further contains a threshold switch 25 with an adjustable default value ⁇ on both sides of an average.
  • the switch If the signal m e (t1) lies below this preset value ⁇ , ie within the tolerance limits around the mean value, the switch is in a first position p1. As soon as the preset value ⁇ is exceeded in one direction or the other, ie large fluctuations of m e around the mean value, the switch switches to a position p2 in which the signal m e (t1) is looped directly to path 3, so that these fluctuations are fully taken into account for the main default.
  • path 4 is optimized.
  • the signal m e (t1) is multiplied in the multiplication point 42 by the factor f B determined by means of the minimization function of the control element R2 and the output signal of the multiplication point is fed to the path 3 via the switch 25.
  • the switchover by means of the threshold switch 25 and the consideration of the optimization by the control element R2 prevents that, in the case of small and very small, short-term mean value deviations, any interference, for example caused by noise, is introduced into the path 3.
  • the threshold switch serves to switch the optimization on or off by means of the control elements R1, R2. If m e lies above the preset value ⁇ , the optimization of the control elements R1, R2 is switched off, otherwise switched on. It is not absolutely necessary to switch off the respective optimization brought about by the control elements R1, R2 when the preset value ⁇ is exceeded, since the corresponding regulation can also run away by means of compensation elements. In the context of a digital regulation, however, switching the corresponding regulations on and off is very simple possible, so this variant is preferred. After the optimization R1 has been switched off, the time delay t1 last set remains unchanged until the optimization R1 is switched on again.
  • the threshold switch can also be implemented by a non-linear element or can be integrated in the characteristic map R. In the latter case, in addition to the output variable m e , the map element 50 also supplies the signal required for activating or deactivating the optimization of the control elements R1, R2 or an amplitude-dependent parameter.
  • the high-pass element of the path 2 can, for example, filter frequencies above 100 Hz, the band-pass filter those in the range from 10-100 Hz.
  • the frequency ranges depend on the throughput speed of the bands, which in the above information are in the range around 600 m / min. was accepted.
  • the frequency ranges can also be adjusted based on the delivery speeds.
  • transfer functions of the control elements R1, R2 can vary depending on the configuration of the control system.
  • the filters of paths 2 and 4 can be omitted and instead the transfer functions can be determined in such a way that the relevant frequencies are taken into account as required.
  • the filter 46 of the path 1 can also be omitted and the filtering can be implemented in the central computer unit 10. Due to the possibility of changing the parameters of the corresponding transfer functions, there is also the advantage that an adaptation to different operating conditions (eg variable throughput speed of the belts) can be carried out easily.
  • a special embodiment provides for an adaptive adaptation of the control parameters.
  • the parameters of the transfer functions of the control elements R1, R2 are changed in the course of the control, so that the variation of the manipulated variable is minimized.
  • the parameters of the transfer functions are determined by the central computer unit 10 from the measured variables.
  • great value must be placed on stability, which is achieved by defining key data of the map.
  • the central computer unit 10 is preferably implemented by a digital computing element. It is obvious that the functions of the various paths 1-4 in FIG. 3, which are explicitly illustrated to explain the principle of the method, can be partially or completely integrated in a uniform computer.
  • the output characteristic map R for m e can be determined, for example, by static measurements on the measuring capacitor 21 and then stored in tabular form. It should be noted that in the case of modified measuring methods, other characteristic maps must be determined. The principle according to the invention can therefore also be carried out with corresponding characteristic diagrams for other inlet and outlet measuring elements.
  • the control principle according to the invention ensures a very good uniformity even in the event of unforeseen changes in the operating conditions.
  • measurement errors on the inlet side are also compensated as part of the control. Both short-term disruptions and slow changes can be optimally compensated within the scope of this regulation.
  • FIG. 4 shows a simplified version of FIG. 3.
  • FIG. 4 again shows the inlet and outlet measuring elements 9.1 and 9.2, the pre-delay field 11, the main delay field 12 and the computer 10 with its inputs for the signals R x , C x , A should , A out , 1 T and 1 in .
  • This figure highlights the fact that all rule operations are implemented in the software of the computer, ie the "elements" of paths 1 to 4 of FIG. 3 are aspects of the programming of the computer 10.
  • the size m e should correspond to the mass of the fibers located in the measuring field of the inlet measuring element 9.1.
  • the individual signal components R x and C x do not correspond to this mass because they are also dependent on at least one further variable (the "parameter”). However, it is possible to create a "family” for this important parameter. of “curves” which determine the course of the two signal components R and C as a function of the fiber mass (ie as a function of m e ) for any selected values of the parameter. This has been done in the diagrams 4A (signal component C x ) and 4B (signal component R x ), which is not about the exact course of the characteristics, but only about the representation of the principle.
  • the parameter is the water content of the fiber structure, which can be represented, for example, as a percentage of the fiber mass. As examples, three characteristics are shown in FIGS. 4A and 4B - one characteristic at 10% water, one characteristic at 20% water and one characteristic at 30% water.
  • FIG. 4B shows horizontal "curves" in FIG. 4B, which is not entirely true in practice, but can be assumed as an approximation.
  • a signal component pair R x , C x can be uniquely assigned to any value of m e (fiber mass in the measuring field).
  • the “real” signal component R enables “selection” from the “curves” in FIG. 4A, so that the “imaginary” signal component can be used to determine the fiber mass (size m e ) on the basis of the relevant characteristic.
  • the system Before cleaning the map, which will be described below, the system will not work optimally, since the map, which is largely theoretically formed, will hardly meet the practical conditions.
  • the preferred outlet measuring element is a pair of sensing rollers, for example according to our US Pat. No. 4,539,729.
  • This reconstructed value of the fiber mass in the feed tape is assigned (as the size m e ) in the characteristic diagram to the appropriate signal component pair, the originally (theoretically) calculated value of the size m e for this signal component pair being canceled.
  • the system After a certain period of "experience", the system has built up its own (tailored) map in this way and can work “optimized” accordingly. However, only a single “disruptive factor” (the water content of the supply belt) has been taken into account.
  • the disturbances include, for example, changes in air humidity which influence the "stretchability" of the fiber structure and the delivery speed, which can influence the behavior of the control loop.
  • the changeable variable as a "parameter” and to create a separate map for different values of this parameter. It is then from one map to another depending on, for example, a signal on input 1 changed in or from the setting of delivery speed.
  • the inlet measuring element supplies two signal components that can be clearly assigned as a pair to a determinable fiber mass and that the determination can be carried out on the basis of the signal supplied by the outlet measuring element and known or ascertainable parameters of the controlled system.
  • Fig. 4 therefore shows one way to effect this division.
  • An alternating current source Q supplies energy with a predetermined frequency to the capacitor and also to the rectifier 102, 104 wherein a rectifier 102 is in phase and a rectifier 104 is fed with a 90 ° phase shift with respect to the capacitor.
  • Rectifier 104 provides a signal representing 1 / R x and rectifier 102 provides its signal to an addition element 110, where it is compared with a reference value Co is combined, which corresponds to the capacitance of the "empty" capacitor (ie without sliver).
  • the output line of this element 110 carries the signal C x in the form of deviations from the reference value.
  • the description so far has focused on the advantages of the new system that arise in connection with the "admixing" of a disturbing material (water) in the fiber structure. But even if the fiber structure to be scanned only contains fibers (and air), the new system can offer an additional advantage, namely if the inlet measuring element cannot provide absolute values in itself but only relative results. This is e.g. the case where the inlet measuring element is formed as a measuring capacitor (Fig. 2).
  • the outlet measuring element 9.2 plays an important role both in the regulation (path 3, FIG. 3) for keeping the mean value of the delivered strip constant and in the control (path 1, 2 and 4, FIG. 3) for compensating for short-wave fluctuations in mass. While the inlet measuring element has to react to a “fleece” (FIG. 2), the outlet measuring element can be placed at a measuring point after the stretched nonwoven has been combined into a band (in funnel T, FIG. 1).
  • a pair of sensing rollers in the outlet, which reacts to the cross-section of the tape supplied.
  • a pair of sensing rollers is practically insensitive to the water content of the belt.
  • This type of transducer is therefore ideally suited to suppressing measurement errors caused by moisture in the inlet measuring element via the map.
  • a measuring sensor that reacts to the strip cross section is subject to its own measuring errors, which must also be taken into account. The main error in measuring the cross-section of the strip is caused by the air entrained by fibers inside the strip.
  • Fluctuations in the amount of entrained air are due to changes in the packing density of the fibers in the belt, ie changes in the space between the fibers.
  • the amount of air in the fiber structure during measurement also depends on how much air was squeezed out when the fiber structure was compressed. Both the packing density and the resistance which resists the squeezing of air depend essentially on the degree of parallelization of the fibers.
  • the degree of parallelization of the fibers in a belt supplied by a drafting system depends on the one hand on the degree of parallelization of the fibers in the feed material and on the other hand on the distortion exerted in the drafting system. Since the warping in a regulating drafting system changes constantly, the packing density of the fibers in the delivered belt can be changed and therefore a variable amount of air in the belt cross section can be expected.
  • a correction of the output signal of the outlet measuring element should be carried out at least in the event of high distortion changes in order to eliminate the effects of the variable amount of distortion on the signal level.
  • This can easily be carried out by the computer 10 (FIGS. 3 and 4) because this computer receives the corresponding information about the amount of delay (with a suitable time shift, link Z3, FIG. 3).
  • FIG. 5 schematically shows a "hardware solution” which, however, could also be implemented by programming the computer 10.
  • This solution comprises a "signal generator” 120 (eg element 43, FIG. 3) which delivers a signal dependent on the delay to a time shift element 122 (eg element Z3, FIG. 3).
  • the time-shifted signal is forwarded to a threshold value element 124, so that when the threshold value, which corresponds to a predetermined amount of delay, is exceeded, a correction signal is passed on to the addition point 128 via an amplifier 126.
  • the addition point 128 also receives the output signal A out of the outlet measuring device 9.2 and sums this signal with the correction signal when the latter is received by amplifier 126. The result is passed on to paths 1, 2, 3 and 4 via output 130 for evaluation. If no correction signal is generated because the threshold value determined by the element 124 has not been exceeded, the addition point 128 forwards the signal A out via the output 130 without correction.
  • the degree of parallelization of the fibers in the delivered tape depends not only on the amount of warping applied but also on the degree of parallelization of the fibers in the original material. This increases steadily in the spinning line from the card to the final spinning process. Accordingly, the correction of the output signal of the outlet measuring device becomes more important the earlier the regulating drafting device is used in the processing line - and the appropriate correction also depends on this "environmental factor”. It is therefore advantageous in practice to make the amplifier 126 adjustable so that the correction signal can be adapted at this point in the processing line.
  • threshold switch 124 It is not absolutely necessary to provide the threshold switch 124. A signal dependent on the amount of delay can be continuously supplied to the amplifier 126, so that the signal A out is always corrected as a function of the amount of delay. Two or more threshold values could also be defined that produce different corrections, the corrections being known empirical values.
  • the correction can be avoided by correcting the output signal of the outlet measuring element as a function of the current delivery speed (at least during braking or ramp-up).
  • the correction has not been shown individually in FIG. 5, since it can be carried out essentially as for the distortion correction shown.
  • the correction signal is of course not derived from the delay but from the delivery speed and sent to a suitable point (e.g. the addition point 128) for combination with the output signal from the measuring element 9.2.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur eines ermittelten Meßsignals zur Masse eines Faserbandes an einem Regulierstreckwerk für Faserbänder mit einem Auslaufmeßorgan, mindestens einem Verzugsfeld, einem Antriebssystem und einer Steuerung bzw. einer Regelung für das Antriebssystem, wobei die Steuerung bzw. die Regelung auf ein vom Auslaufmeßorgan geliefertes Meßsignal reagiert, um über das Antriebssystem den Verzug im genannten Verzugsfeld derart zu ändern, daß Masseschwankungen in den Vorlagebändern korrigiert werden.
    • Stand der Technik
  • Die Prinzipien der Steuerungs- bzw. Regeltechnik finden nun seit einigen Jahrzehnten in Regulierstreckwerken Anwendung. Dadurch ist es möglich gewesen, die Qualität der verarbeiteten Faserbänder (sofern diese Qualität allein durch die Gleichmäßigkeit der Masse pro Längeneinheit bestimmt ist) stetig zu verbessern.
  • Über die gleiche Periode sind intensive Anstrengungen zur klaren Definition des Begriffs "Qualität" in Bezug auf Gleichmäßigkeit des Faserbandes unternommen worden. Diese Anstrengungen haben zu allgemein akzeptierten Prüfververfahren mit den konsequenten Verfügungsstellen von geeigneten Prüfgeräten geführt.
  • Mit Hilfe der bisher angewendeten Technik zusammen mit einer qualitätsorientierten Organisation der Spinnerei ist es heute für jeden Spinnereibetrieb möglich, die meisten (relativ groben) Fehler zu vermeiden bzw. zu korrigieren und Faserverbände von guter durchschnittlicher Qualität herzustellen.
  • Wegen kontinuierlich steigender Qualitätsansprüche ist es nun notwendig, dieses gute Qualitätsniveau nochmals zu steigern. Dabei stösst man aber in einen technischen Bereich vor, wo es nicht mehr ausreicht, die Grundprinzipien der Steuerung- bzw. Regelungstechnik oder die Grundprinzipien der statistischen Qualitätskontrolle in der Spinnerei anzuwenden. Um eine weitere wesentliche Qualitätsverbesserung zu erzielen, ist es nun notwendig, auf die intimeren Wechselwirkungen der verwendeten Messprinzipien, Steuerungs- bzw. Regelungsprinzipien, Antriebssysteme, Verzugskräfte und Materialeigenschaften näher einzugehen. Dabei ist es stets notwendig, die schon durch Standards festgelegten Prinzipien der Gleichmässigkeitsprüfung für Faserverbände im Auge zu behalten.
  • Die Qualitätskontrolle in der Spinnerei ist heutzutage weitgehend im Labor ("off line") durchgeführt. Zu diesem Zweck werden Stichproben aus der Verarbeitungslinie entnommen, in das Labor getragen und geprüft. Die Prüfresultate sollen Rückschlüsse zur Einstellung der Maschinen bzw. zur Anpassung des zu verarbeitenden Materials an die Anforderungen für das erwünschte Endprodukt ermöglichen.
  • Im Labor, (off-line-Verfahren) gibt es Zeit, die verschiedenen Informationen zu analysieren, eine geeignete Auslegung der verschiedenen Resultate zu treffen und die entsprechenden Rückschlüsse festzulegen. Wenn versucht wird, solche Methoden beim normalen Betrieb "on line" anzuwenden, wo anhand von gerade ermittelten Messwerten korrigierend in den Prozess eingegriffen werden sollte, kann es kaum überraschen, dass ein grosses Risiko von einem Fehl- bzw. Trugschluss entsteht. Das Steuerungs- bzw. Regelsystem "interpretiert" die vorliegenden Messdaten falsch und greift entsprechend falsch in den Prozess ein.
  • Ein erster Anlauf zur Ueberwindung dieser Problematik ist im europäischen Patent 176 661 (US-PS 4 653 153) zu finden. Nach diesem Vorschlag werden kurzwellige Masseschwankungen des Einlauffaserverbandes durch eine den Verzug bestimmende Steuerung ausgeglichen. Dabei sind zwei Steuerungsparameter nämlich die Verstärkung und die Zeitverschiebung gesteuert anpassbar. Die Resultate der gesteuerten Verzugsveränderungen werden durch eine Ueberwachung im Auslauf des Streckwerkes festgestellt, so dass die zwei erwähnten Steuerungsparameter anhand der Ueberwachung der Resultate optimiert werden können. Aus der Sicht der Steuerungs- bzw. Regelungstechnik ist gegen diesen Vorschlag nichts einzuwenden. Er reicht aber für die erwünschte Verbesserung der Qualität nicht aus, weil er weder messtechnische noch verarbeitungstechnische und technologische Probleme berücksichtigt. Ausserdem beruht er noch auf der Auswertung von augenblicklich gewonnenen Messwerte mit einem Eingriff in das Verfahren, welcher entweder unverzüglich oder nach einer einfachen Zeitverschiebung erfolgt. Die "Geschichte" des Verfahrens bleibt unberücksichtigt. Aehnliche Ideen sind in CH-PS 672 928 (US-PS 4 819 301) zu finden.
  • Ein weiterer Vorschlag zu einer "tieferen" Ueberwachung des Verfahrens befindet sich in EP 340 756. Nach einer ersten Variante dieses Vorschlages sollen Grenzwerte für das vom Auslaufmessorgan gelieferte Signal festgestellt werden, wobei beim Ueberschreiten eines Grenzwertes ein Alarm ausgelöst bzw. die Maschine abgestellt werden kann. In diesem Fall sollte das Produkt (das gelieferte Faserband) vom Personal geprüft werden. In Abhängigkeit von der Resultaten dieser Ueberprüfung soll auf Messfehler bzw. auf regeltechnische Fehler geschlossen werden.
  • Eine zweite Variante des gleichen Vorschlages sieht die Bestimmung von Grenzwerten für das den Verzug bestimmende Stellsignal vor, wobei ebenfalls beim Ueberschreiten eines Grenzwertes die Auslösung eines Alarms bzw. das Abstellen der Maschine erfolgt. In diesem Fall sollte das Faserband vom Personal geprüft werden, wobei in Abhängigkeit von den Prüfresultaten auf Fehler im Einlaufmesssystem oder in der Herstellung des Vorlagematerials (d.h. in der Verarbeitungsmaschinen vor diesem Streckwerk) geschlossen wird.
  • Die Ueberwachung des Messignals des Auslaufmesssystems kann gewisse Informationen über Fehlfunktionen vermitteln. Diese Massnahme allein reicht aber sicher nicht, um eine wesentliche Qualitätsverbesserung zu erzielen. Die in EP 340 756 vorgeschlagene Ueberwachung des Stellsignals bringt in Kombination mit einem Alarm bzw. mit dem Abstellen der Maschine kaum Vorteile. Bis zum Ueberprüfen durch das Personal ist das fehlerhafte Faserband schon längst vom Streckwerk verarbeitet (korrigiert) worden, so dass wichtige Informationen bezüglich des Fehlers nicht mehr vorhanden sind. Weil die Ueberwachung darauf eingestellt ist, bloss auf einen kurzfristigen (möglicherweise seltenen) "Ausreisser" zu reagieren, enthält das vom Personal zu untersuchende Stück des Faserbandes kein entsprechendes "Ereignis" mehr, so dass nochmals das Risiko eines Trugschlusses entsteht.
  • Unsere eigene schweizerische Patentanmeldung Nr. 2955/89 vom 11. August 1989 beschreibt ein weiterentwickeltes System, wonach insbesondere messtechnische Probleme beim Feststellen des hochfrequenten Anteiles der Masseschwankungen (im Einlauf) besser berücksichtigt werden können.
  • Es ist die Aufgabe dieser Erfindung, das Regulierstreckwerk derart weiter zu entwickeln, dass die für seine Funktion massgebenden Wechselwirkungen noch besser als in der obenerwähnten schweizerischen Patentanmeldung berücksichtigt werden.
    • Die Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur eines ermittelten Meßsignals zur Masse eines Faserbandes an einem Regulierstreckwerk für Faserbänder mit einem Auslaufmeßorgan, mindestens einem Verzugsfeld, einem Antriebssystem und einer Steuerung bzw. einer Regelung für das Antriebssystem, wobei die Steuerung bzw. die Regelung auf ein vom Auslaufmeßorgan geliefertes Meßsignal reagiert, um über das Antriebssystem den Verzug im genannten Verzugsfeld derart zu ändern, daß Masseschwankungen in den Vorlagebändern korrigiert werden.
  • Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal des Auslaufmeßorgans in einer Rechnereinheit erfaßt wird, die Werte zur Verzugshöhe und zur Liefergeschwindigkeit in die Rechnereinheit eingegeben werden und die Rechnereinheit das Meßsignal in Abhängigkeit der Verzugshöhe und der Liefergeschwindigkeit korrigiert, so daß die Rechnereinheit ein gespeichertes Kennfeld des Kennfeldelements korrigieren kann, um Auswirkungen von Verzugshöhe und Liefergeschwindigkeit auf das Meßsignal des Auslaufmeßorgans auszugleichen.
  • Die Erfindung ist weiterhin dadurch ausgestaltet, daß das Auslaufmeßorgan zum Feststellen des Querschnittes vom gelieferten Band geeignet ist.
  • Es sind weiterhin Mittel vorgesehen zur Gewinnung einer Komponente, die für die Faserbandmasse repräsentativ ist. Diese Komponente ist dem Meßergebnis der im Auslaufmeßorgan ermittelten Faserbandmasse zur Regelung des Antriebssystems zugeordnet, wobei das Meßorgan im Auslauf nicht auf den mitgetragenen Stoff reagiert.
  • Die Erfindung ist weiterhin dadurch ausgestaltet, daß die vom Ausgangsmeßorgan gelieferten Meßsignale einem Korrekturelement zugeführt werden, welchem die durch Erfassungselemente am Regulierstreckwerk entsprechend fortlaufend ermittelter Betriebsbedingungen resultierenden Korrektursignale zur Korrektur des Meßsignals übermittelt werden. Dabei ist kennzeichnend, daß die Übermittlung von Korrektursignalen anhand der ermittelten Betriebsbedingung von einem dem Korrekturelement vorgeschalteten Schwellwertglied gesteuert wird.
  • Anhand der folgenden Figuren sind das erfindungsgemäße Verfahren und Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei vorerst Systeme gemäß unserer früheren Patentanmeldungen als Ausgangsbasis beschrieben werden:
    • Fig. 1
    zeigt ein Streckwerk mit einem Vor- und Hauptverzugsabschnitt und den prinzipiellen Meßeinrichtungen nach unserer schweizerischen Patentanmeldung Nr. 2834/89 vom 31. Juli 1989,
    Fig. 2
    zeigt einen Meßwandler für das Einlaufmeßorgan 9.1,
    Fig. 3
    zeigt das Funktionsprinzip eines Verfahrens nach unserer schweizerischen Patentanmeldung Nr. 2955/89,
    Fig. 4
    zeigt eine vereinfachte Version eines Verfahrens nach Fig. 3, wobei der Rechner in Vordergrund gestellt wird,
    Fig. 4A,B
    sind Diagramme zur Erklärung der Auswertung des vom Einlaufmessorgan gelieferten Signals, und
    Fig. 5
    zeigt eine Anpassung des Systems zur Berücksichtigung allfälliger Messfehler im Auslaufmessorgan.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles der Strecke. Mehrere Faserbänder 15.1 - 15.6, im Beispiel deren sechs, werden nebeneinander durch mehrere Walzensysteme 1 - 6 geführt. Dadurch, dass die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen in Transportrichtung des Fasermaterials in zwei Stufen zunimmt, wird dieses über die erste Stufe vorverzogen (Vorverzug), über die zweite zum gewünschten Querschnitt weiter verzogen (Hauptverzug). Das aus der Strecke austretende Vlies 18 ist dünner als das Vlies der eingespeisten Bänder 15.1 - 15.6 und entsprechend länger. Dadurch, dass die Verzugsvorgänge in Abhängigkeit des Querschnittes der eingespeisten Bänder geregelt werden können, werden die Bänder bzw. das Vlies während seinem Durchgang durch die Strecke vergleichmässigt, d.h. der Querschnitt des austretenden Vlieses ist gleichmässiger als der Querschnitt des eingespeisten Vlieses bzw. der Bänder. Die vorliegende Strecke weist einen Vorverzugsbereich 11 und einen Hauptverzugsbereich 12 auf. Selbstverständlich kann die Erfindung auch im Zusammenhang mit Strecken mit nur einem oder mehr als zwei Verzugsbereichen in analoger Weise eingesetzt werden.
  • Die Bänder 15.1 - 15.6 werden durch zwei Systeme 1 und 2 von Förderwalzen in die Strecke eingespeist. Ein erstes System 1 besteht z.B. aus zwei Walzen 1.1 und 1.2, zwischen denen die eingespeisten und zu einem lockeren Vlies zusammengefassten Bänder 15.1 - 15.6 transportiert werden. In Transportrichtung der Bänder folgt ein Walzensystem 2, das hier aus einer aktiven Förderwalze 2.1 und zwei passiven Förderwalzen 2.2, 2.3 besteht. Während der Einspeisung durch die Walzensysteme 1 und 2 werden die eingespeisten Bänder 15.1 - 15.6 nebeneinander zu einem Verbund 16 zusammengeführt. Die Umfangsgeschwindigkeiten v₁ und v₂ (= vin) aller Walzen der beiden Walzensysteme 1 und 2 der Einspeisung sind annähernd gleich gross, so dass die Dicke des Vlieses 16 im wesentlichen der Dicke der eingespeisten Bänder 15.1 - 15.6 entspricht.
  • Auf die beiden Walzensysteme 1 und 2 der Einspeisung folgt in Transportrichtung des Vlieses 16 ein drittes System 3 von Vorverzugswalzen 2.1 und 3.2, zwischen denen das Vlies weitertransportiert wird. Die Umfangsgeschwindigkeit v₃ der Vorverzugswalzen ist höher als diejenige der Einlaufwalzen v1,2, so dass das Vlies 16 im Vorverzugsbereich 11 zwischen den Einlaufwalzen 2 und den Vorverzugswalzen 3 verstreckt wird, wobei sich sein Querschnitt verringert. Gleichzeitig entsteht aus dem lockeren Vlies 16 der eingespeisten Bänder ein vorverzogenes Vlies 17. Auf die Vorverzugswalzen 3 folgt ein weiteres System 4 von z.B. einer aktiven Förderwalze 4.1 und zwei passiven Förderwalzen 4.2, 4.3 zum Weitertransport des Vlieses. Die Umfangsgeschwindigkeit v₄ der Förderwalzen 4 zum Weitertransport ist dieselbe wie v₃ der Vorverzugswalzen 3.
  • Auf das Walzensystem zum Weitertransport 4 folgt in Transportrichtung des Vlieses 17 ein fünftes System 5 von Hauptverzugswalzen 5.1 und 5.2. Die Hauptverzugswalzen haben wiederum eine höhere Oberflächengeschwindigkeit v₅ als die vorangehenden Transportwalzen 4, so dass das vorverzogene Vlies 17 zwischen den Transportwalzen 4 und den Hauptverzugswalzen 5 im Hauptverzugsbereich 12 weiter zum fertig verzogenen Vlies 18 verzogen wird, wobei das Vlies 18 über einen Trichter T zu einem Band zusammengeführt wird.
  • Zwischen einem Paar 6 von Auslaufwalzen 6.1, 6.2, deren Umfangsgeschwindigkeit v₆ (= vout) annähernd gleich ist wie diejenige der vorangehenden Hauptverzugswalzen (v₅) wird das fertig verstreckte Band 18 aus der Strecke weggeführt und beispielsweise in rotierende Kannen 13 abgelegt.
  • Die Walzensysteme 1,2 und 4 werden von einem ersten Motor 7.1 über ein Getriebe bzw. vorzugsweise über Zahnriemen angetrieben. Die Vorverzugswalzen 3 sind mechanisch mit dem Walzensystem 4 gekoppelt, wobei die Uebersetzung gegenüber den Walzensystemen 1 und 2 einstellbar sein kann bzw. ein Sollwert vorgebbar ist. Das Getriebe (auf der Figur nicht sichtbar) bestimmt das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeiten der Einlaufwalzen (vin) und der Umfangsgeschwindigkeit v₃ der Vorverzugswalzen 3.1, 3.2, mithin das Vorverzugsverhältnis. Die Einlaufwalzen 1.1, 1.2 können ebenfalls über den ersten Motor 7.1 oder über einen unabhängigen Motor 7.3 angetrieben sein.
  • Die Walzensysteme 5 und 6 werden ihrerseits von einem zweiten Motor 7.2 angetrieben. Die beiden Motoren 7.1 und 7.2 verfügen erfindungsgemäss je über einen eigenen Regler 8.1 bzw. 8.2. Die Regelung erfolgt je über einen geschlossenen Regelkreis 8.a, 8.b bzw. 8.c, 8.d. Zudem kann der Ist-Wert des einen Motors dem anderen Motor in einer oder in beiden Richtungen über eine Kontrollverbindung 8.e übermittelt werden, damit jeder auf Sollwettäbweichungen des anderen entsprechend reagieren kann.
  • Am Einlauf der Strecke wird der Gesamt-Querschnitt der eingespeisten Bänder 15.1 - 15.6 von einem Einlaufmessorgan 9.1 gemessen. Am Austritt der Strecke wird der Querschnitt des austretenden Bandes 18 dann von einem Auslaufmessorgan 9.2 gemessen.
  • Eine zentrale Rechnereinheit 10 übermittelt eine initiale Einstellung der Sollgrösse für den ersten Antrieb 7.1 via 10.a an den ersten Regler 8.1. Die Messgrössen der beiden Messorgane 9.1, 9.2 werden während des Streckprozesses via die Verbindungen 9.a und 9.b dauernd an die zentrale Rechnereinheit übermittelt. Aus diesen Messresultaten und aus dem Sollwert für den Querschnitt des austretenden Bandes 18 wird in der zentralen Rechnereinheit und allfälligen weiteren Elementen mittels dem erfindungsgemässen Verfahren der Sollwert für den zweiten Antrieb 7.2 bestimmt. Dieser Sollwert wird via 10.b dauernd an den zweiten Regler 8.2 vorgegeben. Mit Hilfe dieses Regelsystems können Schwankungen im Querschnitt der eingespeisten Bänder 15.1 - 15.6 durch entsprechende Regelung des Hauptverzugsvorganges kompensiert bzw. eine Vergleichmässigung des Bandes erreicht werden.
  • Als Regler werden im Rahmen der Hilfsregelung Positionsregler (nicht Drehzahlregler) eingesetzt, da diese auch im Falle eines Stillstandes des Motors die Regelung gewährleisten. Die entsprechenden Regler 8.1, 8.2 (oder allfällige weitere Regler im Rahmen der Ausführungsvarianten) können separate Rechnereinheiten (beispielsweise mit digitalen Rechenelemente; Mikroprozessoren) enthalten oder aber auch als Modul der zentralen Rechnereinheit 10 ausgeführt sein.
  • Im folgenden soll das Messprinzip näher erläutert werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel einer geregelten Strecke soll ein konstanter Vorverzug erfolgten. Die Regelung des Bandquerschnittes bzw. dessen Vergleichmässigung wird damit im wesentlichen durch Veränderung des Verzugs im Hauptverzugbereich 12 erreicht. Das Einlaufmessorgan 9.1 liefert das eingangsseitige Messignal mit der Information über den Querschnitt der eingespeisten Bänder 15.1 - 15.6.
  • Der Erhalt des gewünschten Einlauf-Messignals bietet bekannterweise messtechnische Schwierigkeiten. Eine Querschnittsmessung ohne Beeinträchtigung des Materials und mit hoher Dynamik ist in herkömmlicher Weise nur schwer möglich. In der Konsequenz muss ein indirektes Messverfahren mit einem Messwandler durchgeführt werden. Verschiedene herkömmliche Wandler liefern für den gewünschten Zweck nur ungenügende Resultate. Es wird deshalb im Zusammenhang mit dieser Erfindung ein Messkondensator 21 gemäss Fig. 2 verwendet, durch welchen die eingespeisten Bänder 15.1 - 15.6 laufen. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, dass die Fasermasse der Bänder zwischen den Kondensatorplatten, welches beim Durchlauf schwankt, als Veränderung des Dielektrikums wirkt.
  • Beim Durchlauf dieser Bänder durch den Kondensator 21 kann bei angelegtem Wechselstrom U beispielsweise durch Messung der Spannung U über dem Kondensator ein Rückschluss auf das Dielektrikum gezogen werden. Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass der Feuchtigkeitsgehalt der Bänder und andere Störungen die Messung stark beeinträchtigen können. In bezug auf den Feuchtigkeitsgehalt beträgt die Dielektrizitätszahl ε w von Wasser 81 im Vergleich zu Dielektrizitätszahl von beispielsweise Baumwolle ε b, welche ungefähr bei 4 liegt. Mit anderen Worten besteht die Schwierigkeit darin, das gewünschte Signal über die zu einem bestimmten Zeitpunkt im Kondensator befindliche Fasermasse direkt über den Messwandler zu erhalten.
  • Die Spannung U wird über den Kondensator gemessen und das erhaltene Signal in einen Realteil Rx und einen Imaginärteil Cx aufgespalten. Diese Signale Rx und Cx werden, wie weiter unten ausgeführt wird, im Rahmen der Regelung ausgewertet, wobei dabei das Auslauf-Messignal beigezogen wird. Die Schwierigkeiten bei der eingangsseitigen Messung bilden mit einen Grund dafür, dass die Regelung so ausgestaltet wird, dass Messfehler im Rahmen einer adaptiven Regelung kompensiert werden.
  • Das Auslaufmessorgan 9.2 kann ein herkömmliches Messinstrument sein, welches ein Signal Aout mit der Information über den Querschnitt des austretenden Bandes 18 liefert. Auch dieses Signal wird in der Folge für die Regelung weiterverwertet. Es ist zu beachten, dass die erforderlichen Messungen nicht nur unmittelbar am Ein- und Auslauf erfolgen können, sondern es ist nur erforderlich, dass ein Messorgan vor und eines nach der Regelstrecke (im regeltechnischen Sinn), d.h. hier dem Hauptverzugsbereich 12, angeordnet ist. Im Hinblick auf eine günstige Zeitabhängigkeit der Regelung wäre z.B. auch eine unmittelbar vor dem Hauptverzugsbereich 12 liegende Anordnung des eingangsseitigen Messorgans von Vorteil.
  • Es wird davon ausgegangen, dass für eine optimierte Regelung sowohl hoch- als auch niederfrequente Aenderungen bzw. Ungleichmässigkeiten des Bandes korrigiert werden sollen. Die Regelung soll sowohl den Mittelwert des Bandes möglichst konstant halten (erste Priorität) als auch Ungleichmässigkeiten ausregulieren. Die betreffenden Abweichungen der Regelgrösse können im Rahmen der Regelung als hoch- und niederfrequente Anteile der gemessenen Regelungsgrössen erfasst werden. Mess- und regelungstechnisch stellt sich das Problem der Gewinnung der Informationen über diese Grössen und deren Umsetzung in die gewünschte Stellgrösse. Insbesondere bei den hochfrequenten Aenderungen muss die Laufzeit zwischen Mess- und Stellorgan berücksichtigt werden. Eingangsseitig, d.h. beim Einlaufmessorgang 9.1 besteht die Möglichkeit, die hochfrequenten Signalanteile zu gewinnen. Wegen der Totzeit der ausgangsseitigen Messung mittels dem Auslaufmessorgan 9.2 abhängigen Regelung können hier nur die niederfrequenten Anteile des Signals im Rahmen der Regelung kompensiert werden. Messtechnisch bedingte Probleme und Fehler werden nun erfindungsgemäss im Rahmen der Regelung mitberücksichtigt, indem die Messignale des Auslauf-Messorgans 9.2 zur Anpassung der Regelung an einlaufseitige Messfehler oder andere Abweichungen berücksichtigt werden. Erfindungsgemäss wird dafür ein vorzugsweise empirisch ermitteltes und während dem Betrieb laufend angepasstes Kennfeld R vorgesehen.
  • Figur 3 veranschaulicht das Regelprinzip und das erfindungsgemässe Verfahren in einer schematischen Uebersicht der Hauptregelung. Die Strecke ist durch Pfeile, welche die Durchlaufrichtung des Bandes angeben, sowie durch zwei Blöcke für den Vorverzug 11 und den Hauptverzug 12 angedeutet. Der tatsächliche Querschnitt mE der Bänder am Einlauf wird durch die Grösse me, der tatsächliche Querschnitt mA des fertig verzogenen Bandes durch die Grösse ma repräsentiert. Am Einlauf werden die Bänder mit der Geschwindigkeit vin eingespeist und das fertige Band tritt am Auslauf mit einer Geschwindigkeit vout aus. Die Grösse des Vorverzugs K1 kann mittels einem Vorgabeorgan 19 eingestellt werden. Die Regelstrecke (im regeltechnischen Sinn) wird hier durch den Hauptverzugsbereich 12 gebildet. Die Laufzeit zwischen dem Einlaufmessorgan 9.1 und dem Hauptverzugsbereich 12 ist mit t1, diejenige zwischen dem Hauptverzugsbereich und dem Auslaufmessorgan 9.2 mit T2 gekennzeichnet. Die Messgrössen Aout, Rx und Cx der Messorgane 9.1, 9.2 stellen Eingangsgrössen einer Regelanlage dar. Diese enthält eine zentrale Rechnereinheit 10, welcher die Messgrössen Cx, Rx, die Temperatur IT sowie allfällige weitere Informationen I1-n, wie bspw. Luftfeuchtigkeit, Luftdruck usw. zugeführt werden. Als Führungsgrösse wird die Grösse Asoll vorgegeben.
  • Der Uebersichtlichkeit halber wird das Regelsystem in der Darstellung in mehrere "Pfade" 1 - 4 gegliedert. Ein erster Pfad 1 enthält die zentrale Rechnereinheit 10 mit Zu- und Wegführungen sowie mehrere Zeitglieder Z1.1 - Z3 und dient erfindungsgemäss der Aufbereitung der Messdaten. Ein zweiter Pfad 2 dient der Optimierung der Verzögerungszeit t1. Ein dritter Pfad 3 dient der Konstanthaltung des Bandmittelwertes und der Kompensation langfristiger Störungen. Schliesslich ist ein vierter Pfad 4 vorgesehen, der eine optimierte Kompensation kurzfristiger Störungen vorsieht. Es ist vorwegzunehmen, dass bevorzugterweise eine digitale Regelung im Rahmen der Erfindung verwendet wird. Damit wird es möglich, sämtliche Elemente des Regelsystems in einem Rechner zu realisieren. Zur Darstellung des Regelprinzips werden die wesentlichen, für die Erläuterungen der Erfindung notwendigen Elemente in Figur 3 schematisch aufgegliedert.
  • Beginnend bei Pfad 3 (Konstanthaltung des Mittelwertes) ist ein Vergleicher 35 vorgesehen der eine Differenzbildung zwischen dem Auslauf-Signal Aout und dem Sollwert Asoll vornimmt. Die derart ermittelte Abweichung dA wird über ein I-Glied 38 einer Additionsstelle 36 zugeführt. Durch Integration der Mittelwertsabweichungen in einem I-Glied 38 wird das Signal △ m gebildet. In der Additionsstelle 36 wird das Signal △ m durch die Addition von 1 ergänzt. In einer zweiten Additionsstelle 37 werden diese Abweichungen und die durch kurzfristige Störungen verursachten Abweichungen △ h, welche in Pfad 1 und 4 gemäss nachfolgenden Ausführungen bestimmt werden, addiert und schliesslich der Faktor 1 + △ m + △ h in einer Multiplikationsstelle 39 mit dem vorgegebenen Nominalwert K3 des Hauptverzugs multipliziert. Die entsprechende Multiplikation ergibt die erforderliche Stellgrösse y für die Regelung des Hauptverzugs.
  • Das Auslauf-Messignal Aout wird des weiteren einem Hochpassglied 47 des Pfades 2 zugeführt. An einer Multiplikationsstelle 40 wird das gefilterte Signal quadriert und daraus das Signal △ H gewonnen, welches den hochfrequenten Anteil der Mittelwertsschwankungen angibt. Berücksichtigt werden für diesen Pfad die hochfrequenten Anteile, die in diesem Ausführungsbeispiel bei bis ca. 300Hz liegen. Das Signal △ H wird einem ersten Regelglied R1 mit einer Uebertragungsfunktion zu Minimalisierung von △ H zugeführt. Ausgang des Regelgliedes R1 bildet das Signal St1, welches die Verzögerungszeit verschiedener Zeitglieder Z1.1, Z1.2, Z4 optimierend beeinflusst und direkt der zentralen Rechnereinheit (10) eingespeist wird.
  • Als verbindendes Kernstück der Pfade 1 und 4 ist ein Kennfeldelement 50 vorgesehen. Dieses kann beispielsweise als schreib und lesbarer Speicher ausgebildet sein und kann seinerseits in die zentrale Rechnereinheit 10 integriert sein. In diesem Kennfeldelement ist ein empirisch ermitteltes Ausgangs-Kennfeld R bezüglich der Grössen Rx und Cx gespeichert und bezieht sich auf die Grösse me = f(Rx, Cx). Dem Kennfeldelement 50 werden die gemessenen Wertepaare Rx, Cx zugeführt und dieses liefert als Ausgangssignal die Grösse me. Das Kennfeld fR wird während dem Betrieb laufend angepasst. Diese Anpassung erfolgt im Pfad 1. Die Signale Rx, Cx werden in diesem Ausführungsbeispiel, verzögert in entsprechenden Zeitgliedern Z1.1 - Z2.2, in die zentralen Rechnereinheit 10 eingespeist. Die Zeitglieder Z1.1 - Z2.2 dienen der Berücksichtigung der gesamten Laufzeit t1 + T2 vom Einlauf- bis zum Auslaufmessorgan. Die gefilterte Grösse me(t1), unter Berücksichtigung der Laufzeit t1 verzögert und in einem Divisionsglied 43 verzugsbereinigt, wird über ein Zeitglied Z3 einem weiteren Eingang der zentralen Rechnereinheit zugeführt. Das Signal Aout mit der Information über den Auslauf-Bandquerschnitt mA, repräsentiert durch die gemessene Grösse ma wird vorzugsweise ebenfalls gefiltert bevor sie der zentralen Rechnereinheit 10 zugeführt wird, wobei in einem entsprechenden Filter 46 des Pfades 1 die niederfrequenten Signalanteile beschnitten werden. Die Laufzeit tl kann anstelle der Verwendung dieser Zeitglieder auch direkt durch die zentrale Rechnereinheit berücksichtigt werden, indem dieser das Ausgangssignal St1 des Pfades 2 zugeführt wird.
  • Alle der Rechnereinheit gelieferten Signale werden im folgenden für die Bereinigung des Kennfeldes R des Kennfeldelements 50 verwendet, indem als Ausgang der Rechnereinheit 10 in das Kennfeldelement 54 die unter Auswertung der Messdaten ermittelte ("effektive") Grösse me zum jeweiligen Wertepaar Cx, Rx übertragen wird. Dadurch ist eine permanente Anpassung des Kennfeldes R an Veränderungen innerhalb des Regelprozesses gewährleistet. Es ist ersichtlich, dass die zentrale Rechnereinheit 10 mindestens die Signale me, Rx, Cx und ma auswerten muss um die Kennfeldadaption zu gewährleisten. Die erwähnten zusätzlichen Messdaten IT, I1-n können jedoch unter bestimmten Bedingungen eine weitere Verbesserung der Regelung bewirken.
  • Aehnlich wie in Pfad 2 sieht Pfad 4 eine Filterung des Signals Aout vor, diesmal aber mit einem Bandpassglied 48 anstelle eines Hochpassgliedes. Dem Bandpassglied 48 ist eine Multiplikationsstelle 44 sowie ein Regelglied R2 zur Minimalisierung des entsprechenden Signals B nachgeschaltet. Das Regelglied R2 liefert an seinem Ausgang einen Faktor fb, der in einer Multiplikationsstelle 42 mit dem Signal me(t1) verknüpft wird. Dieses Signal me(t1) steht am Ausgang eines Filters 49 an, dem über ein Zeitglied Z4 das Signal me aus dem Kennfeldelement 50 zugeführt wird. Dieser Filter 49 beschneidet die niederfrequenten Signalanteile. Der Pfad 4 enthält des weiteren einen Schwellwertschalter 25 mit einem einstellbaren Vorgabewert δ zu beiden Seiten eines Mittelwertes. Liegt das Signal me(t1) unter diesem Vorgabewert δ, d.h. innerhalb der Toleranzgrenzen um den Mittelwert, so ist der Schalter in einer ersten Position p1. Sobald der Vorgabewert δ überschritten wird, in der einen oder anderen Richtung, d.h. grosse Schwankungen von me um den Mittelwert auftreten, schaltet der Schalter in eine Position p2 bei der das Signal me(t1) direkt zum Pfad 3 durchgeschlauft ist, so dass diese Schwankungen voll für den Hauptverzug berücksichtigt werden.
  • Liegen die Werte für me/t1 jedoch unter diesem Vorgabewert δ, so kommt die Optimierung des Pfades 4 zum Zuge. Das Signal me(t1) wird in der Multiplikationsstelle 42 mit dem mittels der Minimalisierungsfunktion des Regelgliedes R2 bestimmten Faktor fB multipliziert und das Ausgangssignal der Multiplikationsstelle dem Pfad 3 über den Schalter 25 zugeführt. Die Umschaltung mittels des Schwellwertschalters 25 und die Berücksichtigung der Optimierung durch das Regelglied R2 verhindert, dass bei kleinen und sehr kleinen, kurzfristigen Mittelwertsabweichungen allfällige bspw. durch Rauschen verursachte Störeinflüsse in den Pfad 3 eingeschleust werden.
  • Gleichzeitig dient der Schwellwertschalter der Ein- bzw. Ausschaltung der Optimierung durch die Regelglieder R1, R2. Liegt me über dem Vorgabewert δ, so ist die Optimierung der Regelglieder R1, R2 ausgeschaltet, andernfalls eingeschaltet. Es ist nicht unbedingt erforderlich, die jeweilige durch die Regelglieder R1, R2 bewirkte Optimierung bei einem Ueberschreiten des Vorgabewertes δ auszuschalten, kann doch ein Davonlaufen der entsprechenden Regelung auch durch Kompensationsglieder realisiert werden. Im Rahmen einer digitalen Regelung ist jedoch das Ein-/Ausschalten der entsprechenden Regelungen einfachst möglich, so dass diese Variante bevorzugt wird. Nach der Ausschaltung der Optimierung R1 bleibt die zuletzt eingestellte Zeitverzögerung t1 bis zur Neueinschaltung der Optimierung R1 unverändert.
  • Der Schwellwertschalter kann auch durch ein nichtlineares Glied realisiert werden oder im Kennfeld R integriert sein. Im letzteren Falle liefert das Kennfeldelement 50 neben der Ausgangsgrösse me auch das erforderliche Signal zur Aktivierung bzw. Deaktivierung der Optimierung der Regelglieder R1, R2 bzw. einen amplitudenabhängigen Parameter.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel können das Hochpassglied des Pfades 2 bspw. Frequenzen über 100 Hz, der Bandpass solche im Bereich von 10 - 100 Hz filtern. Die Frequenzbereiche sind abhängig von der Durchlaufgeschwindigkeit der Bänder, die bei den vorstehenden Angaben im Bereich um 600 m/Min. angenommen wurde. Die Frequenzbereiche können auch anhand der Liefergeschwindigkeiten angepasst werden.
  • Es muss beachtet werden, dass Uebertragungsfunktionen der Regelglieder R1, R2 je nach Ausgestaltung des Regelsystems variieren können. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung können die Filter der Pfade 2 und 4 entfallen und stattdessen die Uebertragungsfunktionen so bestimmt werden, dass die betreffenden Frequenzen in erforderlicher Weise berücksichtigt werden. Selbstverständlich kann auch der Filter 46 des Pfades 1 entfallen und die Filterung kann im Rahmen der zentralen Rechnereinheit 10 realisiert sein. Durch die Möglichkeit der Veränderung der Parameter der entsprechenden Uebertragungsfunktionen besteht ausserdem der Vorteil, dass eine Anpassung an verschiedene Betriebsbedingungen (z.B. variable Durchlaufgeschwindigkeit der Bänder) einfach vorgenommen werden kann.
  • Eine besondere Ausführungsform sieht in diesem Sinne eine adaptive Anpassung der Regelparameter vor. Die Parameter der Uebertragungsfunktionen der Regelglieder R1, R2 werden im Verlauf der Regelung verändert, so dass die Variation der Stellgrösse minimiert wird. Die Parameter der Uebertragungsfunktionen werden in einer solchen Ausführung durch die zentrale Rechnereinheit 10 aus den Messgrössen bestimmt. Bei der adaptiven Regelung muss grosser Wert auf die Stabilität gelegt werden, was durch entsprechendes Festlegen von Eckdaten des Kennfeldes erreicht wird.
  • Die zentrale Rechnereinheit 10 wird vorzugsweise durch ein digitales Rechenelement realisiert. Es ist offensichtlich, dass die zur Erläuterung des Verfahrensprinzip explizit dargestellten Funktionen der verschiedenen Pfade 1 - 4 in Figur 3 teilweise oder ganz in einem einheitlichen Rechner integriert sein können.
  • Das Ausgangs-Kennfeld R für me kann bspw. durch statische Messungen am Messkondensator 21 ermittelt und anschliessend in Tabellenform gespeichert werden. Zu beachten ist, dass bei abgewandelten Messverfahren andere Kennfelder zu bestimmen sind. Das erfindungsgemässe Prinzip lässt sich demnach auch mit entsprechenden Kennfeldern für andere Einlauf- und Auslauf-Messorgane ausführen.
  • Das erfindungsgemässe Regelprinzip gewährleistet eine sehr gute Vergleichmässigung auch bei unvorhergesehenen Aenderungen der Betriebsbedingungen. Insbesondere werden auch einlaufseitige Messfehler im Rahmen der Regelung kompensiert. Sowohl kurzfristige Störungen als auch langsame Aenderungen können im Rahmen dieser Regelung optimal kompensiert werden. Wird das beschriebene Verfahren zur Hauptregelung des Streckwerkes im Zusammenhang mit der Hilfsregelung der unabhängigen Antriebsgruppen kombiniert und eine entsprechend vermaschte Regelung vorgesehen, so ergeben sich besonders günstige Bedingungen. Die durch die Hauptregelung ermittelte Stellgrösse y wird demnach als Sollwert für den Regler 8.2 des Antriebs für den Hauptverzugsbereich 12 verwendet.
  • Es soll hier nur der Vollständigkeit halber erwähnt sein, dass sich die erfindungsgemässen Verfahren Regelung für alle Vorrichtungen der Textilindustrie eignen, welche eine Regulierung eines Streckprozesses erfordern und nicht auf die im Rahmen der Beschreibung erwähnte Strecke limitiert ist.
  • Anhand von Figur 4 samt der dazugehörenden Diagramme Fig. 4A bis 4C werden nun verschiedene Operationen der Anordnung nach Fig. 3 näher erklärt. Dabei stellt Fig. 4 eine vereinfachte Version der Fig. 3 dar. Fig. 4 zeigt wieder die Einlauf- und Auslaufmessorgane 9.1 und 9.2, das Vorverzugsfeld 11, das Hauptverzugsfeld 12 und den Rechner 10 mit seinen Eingängen für die Signale Rx, Cx, Asoll, Aout, 1T und 1i-n. Diese Figur hebt die Tatsache hervor, dass alle Regeloperationen im Software des Rechners realisiert werden, d.h. die "Elemente" der Pfäde 1 bis 4 der Fig. 3 sind Aspekte der Programmierung vom Rechner 10.
  • Die Operationen, die nun genauer erklärt werden sollen, sind:
    • 1. die Bildung bzw. Anpassung des Kennfeldes, und
    • 2. die entsprechende Aufteilung des Ausgangssignals vom Messorgan 9.1 in seinen Komponenten Rx und Cx.
  • Die Grösse me soll der Masse der Fasern entsprechen, die sich im Messfeld des Einlaufmessorganes 9.1 befinden. Die individuellen Signalkomponenten Rx und Cx entsprechen dieser Masse nicht, weil sie auch von mindestens einem weiteren Variablen (den "Parameter) abhängig sind. Es ist aber möglich, für dieses wichtige Parameter eine "Familie" von "Kurven" festzustellen, welche den Verlauf der beiden Signalkomponenten R und C als eine Funktion der Fasermasse (d.h. als eine Funktion von me) für beliebige ausgewählte Werte des Parameters darstellen. Dies ist in den Diagrammen 4A (Signalkomponente Cx) und 4B (Signalkomponente Rx) gemacht worden, wobei es sich hier nicht um den genauen Verlauf der Charakteristiken geht, sondern nur um die Darstellung des Prinzips. Der Parameter ist der Wassergehalt des Faserverbandes, welcher beispielsweise als ein Prozentsatz der Fasermasse dargestellt werden kann. Als Beispiele sind in Fig. 4A und 4B je drei Charakteristiken gezeigt - eine Charakteristik bei 10 % Wasser, eine bei 20 % Wasser und eine bei 30 % Wasser.
  • Wichtig ist, dass sich die Signalkomponente R hauptsächlich mit dem Wassergehalt ändert und bei geänderter Fasermasse praktisch konstant bleibt (Fig. 4B zeigt waagerechte "Kurven" in Fig. 4B, was in der Praxis nicht ganz stimmt, aber als eine Annäherung angenommen werden kann.
  • Dies bedeutet, dass jedem beliebigen Wert von me (Fasermasse im Messfeld) ein Signalkomponentenpaar Rx, Cx eindeutig zugeordnet werden kann. Die "reale" Signalkomponente R ermöglicht eine "Auswahl" unter den "Kurven" der Fig. 4A, so dass die "imaginäre" Signalkomponent zur Bestimmung der Fasermasse (Grösse me) anhand der zutreffenden Charakteristik ausgenutzt werden kann.
  • Bei der Bildung des Kennfeldes werden dementsprechend einzelne Zuordnungen von empirisch festgestellten Signalkomponentenpaaren Rx, Cx zu bekannten Fasermassen bzw. Faser- und Wassermassen im Kennfeld (in einem Speicher des Rechners 10) eingetragen. Ein theoretisch berechnetes "Modell" des Kennfeldes ermöglicht dann die Extrapolation der empirisch festgelegten Werte, um ein genügend weitreichendes und detaillierteres Kennfeld (als erste Annäherung) zu bilden, um den erwünschten Arbeitsbereich (Fasermasse bzw. Wassergehalt) mit der erwünschten Präzision (d.h. Detaillierungsgrad des Kennfeldes) abzudecken. Mit diesem zum Teil theoretisch, zum Teil empirisch ermittelten Kennfeld, kann das System jetzt (allerdings unoptimiert) arbeiten.
  • Vor der Bereinigung des Kennfeldes, die nachstehend beschrieben werden soll, wird das System nicht optimal arbeiten, da das zum grössten Teil theoretisch gebildete Kennfeld den praktischen Bedingungen wohl kaum entsprechen wird. Es gilt bei der Bereinigung des Kennfeldes, den Signalkomponentenpaaren Rx, Cx der Praxis den ihnen zutreffenden Fasermassen zuzuordnen und das Kennfeld entsprechend zu korrigieren. Dies wird dadurch ermöglicht, dass das Auslaufmessorgan 9.2 einen anderen Aufbau als das Einlaufmessorgan 9.1 hat und direkt auf die Fasermasse (bzw. auf den Querschnitt des Bandes) anspricht. Das bevorzugte Auslaufmessorgan ist ein Tastwalzenpaar z.B. nach unserem US-Patent Nr. 4 539 729.
  • Bei der Durchführung der Bereinigung (d.h. bei der Neuzuordnung der Signalkomponentenpaaren Rx, Cx zu ihren Grössen me) ist es aber notwendig, sowohl die Zeitverschiebung zwischen dem Messen im Einlaufmessorgan und im Auslaufmessorgan als auch die Verarbeitung des Bandes zwischen diesen Organen (im Streckwerk) zu berücksichtigen. Dabei kann vor einem konstanten Vorverzug K1 (Fig. 3) ausgegangen werden, der im Rechner 10 als Maschineneinstellung eingetragen worden ist. Bei konstanter Liefergeschwindigkeit (Drehzahl des Lieferzylinders) kann auch von einer konstanten Durchlaufzeit T₂ vom Streckwerk bis zum Auslaufmessorgan 9.2 ausgegangen werden. Um den erwünschten Ausgleich der Fasermassen pro Längeneinheit des Bandes zu erlangen, ist es aber notwendig, die Drehzahl der Einlaufwalzen bis zum Einlauf in das Hauptverzugsfeld gesteuert zu ändern, mit konsequenten Veränderungen des Hauptverzuges und der Durchlaufzeit vom Einlaufmessorgan 9.1 bis in Hauptverzugsfeld.
  • Bei der Bereinigung des Kennfeldes nach Fig. 3 wird dementsprechend einen augenblicklich durch das Auslauforgan 9.2 festgestellten Wert für die Fasermasse im gelieferten Band einem Signalkomponentenpaar Rx, Cx zugeordnet, das eine bestimmte Zeit früher durch das Einlaufmessorgan 9.1 erzeugt wurde. Diese Zuordnung ist durch die Berücksichtigung der Zeitverschiebungen t₁ und T₂ ermöglicht. Bei der Bereinigung des Kennfeldes interessiert aber nicht die Fasermasse im gelieferten Band, sondern die entsprechende Fasermasse im Vorlageband, was durch die Berücksichtigung des Verzuges, das auf das Vorlageband ausgeübt wurde, rekonstruiert werden kann. Dieser rekonstruierte Wert der Fasermasse im Vorlageband wird (als die Grösse me) im Kennfeld dem zutreffenden Signalkomponentenpaar zugeordnet, wobei der ursprünglich (theoretisch) berechneten Wert der Grösse me für dieses Signalkomponentenpaar ausgelöscht wird.
  • Nach einer gewissen Periode der "Erfahrung" hat das System auf dieser Weise das eigene (ihm zugeschnittene) Kennfeld aufgebaut und kann entsprechend "optimiert" arbeiten. Es ist aber dadurch nur ein einziger "Störfaktor" (das Wassergehalt des Vorlagebandes) berücksichtigt worden. In der Praxis kommen weitere vorhersehbare und unvorhersehbare Störungen. Zu den Störungen gehören z.B. Luftfeuchtigkeitsveränderungen, welche die "Verstreckbarkeit" des Faserverbandes beeinflussen und die Liefergeschwindigkeit, welche das Verhalten des Regelkreises beeinflussen kann. Wo grössere Veränderungen zu erwarten sind, kann es von Vorteil sein, die veränderbare Variable als "Parameter" zu definieren und für verschiedene Werte dieses Parameters je ein eigenes Kennfeld zu bilden. Es wird dann von einem Kennfeld zum anderen in Abhängigkeit von z.B. einem Signal auf dem Eingang 1i-n oder von der Einstellung der Liefergeschwindigkeit gewechselt.
  • Es können aber nicht alle Einflüsse der verschiedenen Störungen vorhergesehen werden. Die Alterung des Einlaufmessorganes (oder des Auslaufmessorganes) oder der Streckwalzen werden das System beeinflussen, so dass das Verhalten des Systems sich mit der Zeit ändert. Ein Wechsel des verarbeiteten Materialtyps kann auch zu Aenderungen im Systemverhalten führen. Solche Aenderungen können aber durch die laufende Anpassung des Kennfeldes berücksichtigt werden.
  • Wichtig dabei ist, dass das Einlaufmessorgan zwei Signalkomponenten liefert, die als ein Paar eindeutig einer feststellbaren Fasermasse zugeordnet werden können und dass die Feststellung anhand des vom Auslaufmessorganes gelieferten Signals und bekannter oder ermittelbarer Parameter des geregelten Systems durchgeführt werden kann.
  • Die Aufteilung des Signals des Einlaufmessorgans 9.1 ist in seinen realen und imaginären Teilen ein wichtiger Aspekt des Verfahrens. Fig. 4 zeigt daher eine Möglichkeit, diese Aufteilung zu bewirken.
  • Das Messorgan 9.1 umfasst in Fig. 4 einen Kondensator 9.1, einen Verstärker 100 und zwei Gleichrichter 102, 104 je mit einem Glättungselement 106 und einem Verstärker 108. Eine Wechselstromquelle Q liefert Energie mit einer vorgegebenen Frequenz an den Kondensator und auch an den Gleichrichter 102, 104 wobei ein Gleichrichter 102 phasengleich und ein Gleichrichter 104 mit einer 90° Phasenverschiebung gegenüber dem Kondensator gespeist wird.
  • Der Gleichrichter 104 liefert ein Signal, welches ¹/Rx darstellt und der Gleichrichter 102 liefert sein Signal an ein Additionselement 110, wo es mit einem Referenzwert Co kombiniert wird, das der Kapazität des "leeren" Kondensators (d.h. ohne Faserband) entspricht. Die Ausgangsleitung dieses Elementes 110 trägt das Signal Cx in der Form von Abweichungen gegenüber dem Referenzwert.
  • Die Beschreibung bislang ist auf die Vorteile des neuen Systems konzentriert, die in Zusammenhang mit dem "Beimischen" von einem Störmaterial (Wasser) im Faserverband entstehen. Sogar aber dann, wenn der abzutastende Faserverband nur Fasern (und Luft) enthält, kann das neue System einen Zusatzvorteil ergeben, nämlich dann, wenn das Einlaufmessorgan an und für sich keine Absolutwerte sondern nur Relativergebnisse liefern kann. Dies ist z.B. der Fall, wo das Einlaufmessorgan als Messkondensator (Fig. 2) gebildet wird.
  • Ein solches Messorgan ist sehr praktisch, wo es notwendig ist, Fasermaterial in Vliesform zu überwachen. Diese Art von Messorgan hat aber bislang den Nachteil gehabt, dass es die Fasermenge selbst nicht angeben sondern nur Schwankungen in der Fasermenge anzeigen konnte. Durch das Kalibrieren des Einlaufmessorgans anhand der Messwerte des Auslaufmessorgans ist es aber nun möglich, Absolutwerte für die Fasermasse (in der Form der Grösse me) auch vom Einlaufmessorgan zu gewinnen. Die Voraussetzung dafür ist natürlich, dass das Kennfeld an den gegebenen Verhältnissen angepasst worden ist.
  • Das Auslaufmessorgan 9.2 spielt eine wichtige Rolle sowohl in der Regelung (Pfad 3, Fig. 3) zur Konstanthaltung des Mittelwertes vom gelieferten Band als auch in der Steuerung (Pfad 1, 2 und 4, Fig. 3) zum Ausgleichen von kurzwelligen Masseschwankungen. Während das Einlaufmessorgan auf ein "Vlies" (Fig. 2) reagieren muss, kann das Auslaufmessorgan an einer Messstelle nach dem Zusammenfassen des verstreckten Vlieses zu einem Band (in Trichter T, Fig. 1) gestellt werden.
  • Es ist daher möglich, im Auslauf ein Tastwalzenpaar vorzusehen, welches auf den Querschnitt des gelieferten Bandes reagiert. Ein Tastwalzenpaar ist gegenüber dem Wassergehalt des Bandes praktisch unempfindlich. Diese Art von Messwandler ist daher bestens geeignet, die durch Feuchtigkeit hervorgerufenen Messfehler im Einlaufmessorgan über das Kennfeld zu unterdrücken. Ein Messensor, der auf den Bandquerschnitt reagiert ist aber eigenen Messfehlern unterworfen, die auch zu berücksichtigen sind. Der Hauptfehler beim Messen des Bandquerschnittes wird durch die von Fasern im Bandinnern mitgeschleppte Luft hervorgerufen.
  • Dabei ist es wichtig, zu erkennen, dass ein konstanter Messfehler weder für die Steuerung noch für die Regelung Probleme hervorruft. Schwierigkeiten entstehen nur dann, wenn der Messfehler unvorhersehbare Schwankungen unterworfen ist, die dann zu Fehlreaktionen des Steuerungs-/Regelungssystems führen.
  • Schwankungen in der Menge der mitgeschleppten Luft sind auf Veränderungen in der Packungsdichte der Fasern im Band zurückzuführen, d.h. auf Veränderungen vom vorhandenen Raum zwischen den Fasern. Die Luftmenge im Faserverband beim Messen hängt auch davon ab, wie viel Luft beim Komprimieren des Faserverbandes abgequetscht wurde. Sowohl die Packungsdichte wie auch der Widerstand, welcher dem Abquetschen von Luft widersteht, hängen im wesentlichen vom Parallelisierungsgrad der Fasern ab. Der Parallelisierungsgrad der Fasern in einem von einem Streckwerk gelieferten Band hängt einerseits vom Parallelisierungsgrad der Fasern im Vorlagematerial und andererseits vom im Streckwerk ausgeübten Verzug ab. Da sich der Verzug in einem Regulierstreckwerk stetig ändert ist mit veränderbarer Packungsdichte der Fasern im gelieferten Band und daher mit einem variablen Luftanteil im Bandquerschnitt zu rechnen.
  • Eine noch stärkere Wirkung kann bei einem Bandbruch im Einlauf festgestellt werden. Dies führt zu einer entsprechenden Abnahme des Verzugs und daher zu einem niedrigeren Faserparallelisierungsgrad. Im Faserverband ist mehr Platz vorhanden, um Luft mitzuschleppen, und das Tastwalzenpaar quetscht einen niedrigeren Anteil der mitgeschleppten Luft aus dem Faserverband aus. Die Messung der "Fasermenge" im Tastwalzenpaar (das auf den Querschnitt des "Faserverbandes" reagiert) ist dementsprechend zu hoch.
  • Dementsprechend sollte mindestens bei hohen Verzugsänderungen eine Korrektur des Ausgangssignals des Auslaufmessorgans ausgeführt werden, um die Auswirkungen der veränderbaren Verzugshöhe auf das Signalniveau zu eliminieren. Dies kann ohne weiteres durch den Rechner 10 (Fig. 3 und 4) durchgeführt werden, weil dieser Rechner die entsprechenden Informationen zur Verzugshöhe (mit einer geeigneten Zeitverschiebung, Glied Z3, Fig. 3) erhält.
  • Dabei wird es kaum notwendig sein, das Signal Aout an jede kleine Verzugsveränderung anzupassen. Es kann aber mindestens eine Anpassung stattfinden, wenn das Vorlagematerial einem relativ hohen Verzug unterworfen wird, z.B. nach einem Bandbruch im Einlauf. Fig. 5 zeigt schematisch eine "Hardware-Lösung" die aber auch durch Programmierung des Rechners 10 zu verwirklichen wäre. Diese Lösung umfasst einen "Signalgeber" 120 (z.B. das Element 43, Fig. 3), welcher ein vom Verzug abhängiges Signal an ein Zeitverschiebungselement 122 (z.B. das Element Z3, Fig. 3) liefert. Das zeitverschobene Signal wird an ein Schwellwertelement 124 weitergeleitet, so dass beim Ueberschreiten des Schwellwertes, welches einer vorgegebenen Verzugshöhe entspricht, ein Korrektursignal über einen Verstärker 126 an die Additionsstelle 128 weitergegeben wird.
  • Die Additionsstelle 128 erhält auch das Ausgangssignal Aout des Auslaufmessorgans 9.2 und summiert dieses Signal mit dem Korrektursignal, wenn letzteres vom Verstärker 126 erhalten wird. Das Resultat wird über den Ausgang 130 an die Pfade 1, 2, 3 und 4 zur Auswertung weitergegeben. Falls kein Korrektursignal erzeugt wird, weil den vom Glied 124 bestimmten Schwellwert nicht überschritten wurde, leitet die Additionsstelle 128 das Signal Aout ohne Korrektur über den Ausgang 130 weiter.
  • Wie schon erwähnt, hängt der Parallelisierungsgrad der Fasern im gelieferten Band nicht nur vom ausgeübten Verzug sondern auch vom Parallelisierungsgrad der Fasern im Vorlagematerial ab. Dieser nimmt in der Spinnereilinie von der Karde bis zum Endspinnverfahren stetig zu. Die Korrektur des Ausgangssignals des Auslaufmessorgans wird dementsprechend wichtiger, je früher das Regulierstreckwerk in der Verarbeitungslinie eingesetzt wird - und die geeignete Korrektur hängt auch von diesem "Umgebungsfaktor" ab. Es wird daher in der Praxis vorteilhaft, den Verstärker 126 einstellbar auszuführen, so dass das Korrektursignal an dieser Stelle in der Verarbeitungslinie angepasst werden kann.
  • Es ist nicht unbedingt notwendig, den Schwellwertschalter 124 vorzusehen. Ein von der Verzugshöhe abhängiges Signal kann kontinuierlich an den Verstärker 126 geliefert werden, so dass das Signal Aout stets als Funktion der Verzugshöhe korrigiert wird. Es könnten auch zwei oder mehrere Schwellwerte definiert werden, die verschiedene Korrekturen hervorrufen, wobei die Korrekturen bekannte Erfahrungswerte sind.
  • Ein weiteres Problem in der Auswertung des Ausgangssignals vom Auslaufmessorgan entsteht durch das erwähnte Abquetschen von Luft beim Messverfahren selbst. Diese Wirkung ist auch von der Liefergeschwindigkeit abhängig. Je höher die Liefergeschwindigkeit, desto weniger Luft kann durch das Walzenpaar abgepresst werden. Eine Zunahme der Liefergeschwindigkeit ergibt daher eine scheinbare Abnahme des Bandquerschnittes (der Fasermasse).
  • Bei konstanter Liefergeschwindigkeit im Betrieb entsteht deswegen kein Fehlet aber beim Stoppen bzw. Hochlaufen des Streckwerkes werden die Messwerte des Auslaufmessorganes dadurch verfälscht. Im Fall eines Streckwerkes mit veränderbarer Liefergeschwindigkeit zur Anpassung des Verzuges an Fasermasseschwankungen kann bei hohen Verzugsänderungen auch im Normalbetrieb eine Fehlauswertung verursacht werden.
  • Dies kann dadurch vermieden werden, dass das Ausgangssignal des Auslaufmessorgans in Abhängigkeit von der momentanen Liefergeschwindigkeit (mindestens während des Abbremsens bzw. Hochlaufens) korrigiert wird. Die Korrektur ist in Fig. 5 nicht einzeln gezeigt worden, da sie im wesentlichen wie für die dargestellte Verzugskorrektur durchgeführt werden kann. Dabei wird das Korrektursignal natürlich nicht vom Verzug sondern von der Liefergeschwindigkeit abgeleitet und an eine geeignete Stelle (z.B. die Additionsstelle 128) zur Kombination mit dem Ausgangssignal vom Messorgan 9.2 geleitet.
  • Es ist im Zusammenhang mit dem Auslaufmessorgan keine automatische Optimierung durch Nachprüfung der Ergebnisse möglich, weil das Auslaufmessorgan selbst die letzte Kontrolle über die erzielten Resultate darstellt. Es ist aber daher umso wichtiger, Verfälschungen des Signals an dieser Stelle auszugleichen. Die Optimierung der Korrektur kann empirisch durch das Bedienungspersonal durchgeführt werden.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Korrektur eines ermittelten Meßsignals zur Masse eines Faserbandes an einem Regulierstreckwerk für Faserbänder (15.1-15.6) mit einem Auslaufmeßorgan (9.2), mindestens einem Verzugsfeld (11, 12), einem Antriebssystem (7.1, 7.2) und einer Steuerung bzw. einer Regelung (8.1, 8.2) für das Antriebssystem, wobei die Steuerung bzw. die Regelung auf ein vom Auslaufmeßorgan (9.2) geliefertes Meßsignal (Aout) reagiert, um über das Antriebssystem den Verzug im genannten Verzugsfeld derart zu ändern, daß Masseschwankungen in den Vorlagebändern (15.1-15.6) korrigiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal (Aout) des Auslaufmeßorganes (9.2) in einer Rechnereinheit (10) erfaßt wird, die Werte zur Verzugshöhe und zur Liefergeschwindigkeit in die Rechnereinheit (10) eingegeben werden und die Rechnereinheit (10) das Meßsignal (Aout) in Abhängigkeit der Verzugshöhe und der Liefergeschwindigkeit korrigiert, so daß die Rechnereinheit (10) ein gespeichertes Kennfeld (R) des Kennfeldelements (50) korrigieren kann, um Auswirkungen von Verzugshöhe und Liefergeschwindigkeit auf das Meßsignal (Aout) des Auslaufmeßorgangs (9.2) auszugleichen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaufmeßorgan (9.2) zum Feststellen des Querschnittes vom gelieferten Band geeignet ist.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei dem Streckwerk zusätzlich ein Meßorgan (9.1) im Einlauf vorgelagert ist, das auf die einlaufende Faserbandmasse (15.1-15.6) und die Menge eines mit der Faserbandmasse mitgetragenen Stoffes reagiert, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind zur Gewinnung einer Komponente (me), die für die Faserbandmasse repräsentativ ist und diese Komponente (me) dem Meßergebnis der im Auslaufmeßorgan (9.2) ermittelten Faserbandmasse zur Regelung des Antriebssystems zugeordnet wird, wobei das Meßorgan (9.2) im Auslauf nicht auf den mitgetragenen Stoff reagiert.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Ausgangsmeßorgan (9.2) gelieferten Meßsignale (Aout) einem Korrekturelement (128) zugeführt werden, welchem die durch Erfassungselemente am Regulierstreckwerke entsprechend fortlaufend ermittelter Betriebsbedingungen resultierenden Korrektursignale zur Korrektur des Meßsignals (Aout) übermittelt werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Übermittlung von Korrektursignalen anhand der ermittelten Betriebsbedingungen von einem dem Korrekturelement (128) vorgeschalteten Schwellwertglied (124) gesteuert wird.
EP91114720A 1990-09-26 1991-09-02 Verfahren zur Korrektur eines ermittelten Messsignals zur Masse eines Faserbandes an einem Regulierstreckwerk für Faserbänder mit einem Auslaufmessorgan Expired - Lifetime EP0477589B1 (de)

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