FI108262B - Menetelmä toimilaitteen asemoimiseksi - Google Patents

Description

«•i 108262*

Menetelmä toimilaitteen asemoimiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä toimilaitteen asemoimiseksi, missä menetelmässä toimilaitetta ohjataan jatkuvalla ohjauspulssilla kohti tavoitearvoa 5 ja mitataan toimilaitteen asemaa, määritetään ennen tavoitearvoa sijaitseva puls-situsalueen raja, pysäytetään toimilaitteen jatkuva liike toimilaitteen aseman ylitettyä pulssitusalueen rajan, jolloin pulssitusalueen raja on määritetty niin kauas tavoitearvosta, että toimilaite pysähtyy ennen kuin sen asema olennaisesti ylittää tavoitearvon, toimilaitteen pysähtymisen jälkeen mitataan sen asema ja tarvitta-10 essa suoritetaan korjausajo lyhyiden vakiomittaisten ohjauspulssien avulla.

Toimilaitteita käytetään esimerkiksi ohjaamaan erilaisten väliaineiden, kuten veden ja höyryn virtausta erilaisissa prosesseissa. Tällöin toimilaitteet ohjaavat väliainetta syöttävää venttiiliä, suutinta tms. elementtiä. Toimilaite voi olla moottori, sylinteri tai vastaava laite, jota voidaan ohjata useilla eri tavoilla, kuten 15 esimerkiksi mekaanisesti, sähköisesti, hydraulisesti tai pneumaattisesti.

Tyypillisesti toimilaite ohjataan mahdollisimman lähelle haluttua ase-tusarvoa, minkä jälkeen suoritetaan tarkistusmittaus. Tarkistusmittauksen jälkeen suoritetaan tarvittavat korjausajot. Tällainen ohjaustapa on kuitenkin varsin epätarkka ja korjausajoja täytyy suorittaa varsin paljon, jolloin ohjauksesta tulee han-20 kala ja toimilaitetta joudutaan liikuttamaan edestakaisin, jolloin välykset edelleen lisäävät epätarkkuutta. Edellä esitetty ohjaustapa on esitetty esimerkiksi Fl-patentissa 85731. Kyseissä julkaisussa on edelleen esitetty välyksen mittaaminen ja julkaisun mukaisessa ratkaisussa välys pyritään huomioimaan, mutta ohjauksen tarkkuus ja nopeus eivät silti ole riittävän hyviä.

25 Edelleen tunnetaan tapa ohjata toimilaite asetusarvoonsa jatkuvatoimi- sesti, jolloin ohjauksen kanssa samanaikaisesti mitataan toimilaitteen asemaa. Kun mittaamalla todetaan, että toimilaite on saavuttanut halutun aseman, toimilaitteen liike pysäytetään. Mittausohjelmiston hitauden vuoksi mittaustulos saadaan kuitenkin viiveellä, jolloin toimilaite ohjautuu ohi halutun aseman ja aseman 30 korjausta varten täytyy suorittaa vastakkaiseen suuntaan korjausajoja. Tällöin siis välykset aiheuttavat asemointiin epätarkkuutta ja ohjauksesta tulee monimutkainen ja hankala.

i Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä, jossa edellä mainittuja epäkohtia pystytään välttämään.

35 Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että määrite tään ennakko siten, että ennakko sijaitsee lähempänä tavoitearvoa kuin pulssitusalueen raja ja ohjataan toimilaite jatkuvalla ohjauspulssilla ennakon määrittä- 108262 2 mään asemaan, joka ennakko on määritetty niin kauas tavoitearvosta, että toimilaite pysähtyy ennen kuin sen asema olennaisesti ylittää tavoitearvon.

f

Keksinnön olennainen ajatus on, että toimilaitetta ohjataan jatkuvatoi-misesti ja mittaamalla ohjaukseen otetaan takaisinkytkentä toimilaitteen asemas-5 ta. Edelleen olennaisena ajatuksena on, että määritetään ennen tavoitearvoa sijaitseva pulssitusalueen raja, jolloin takaisinkytkentämittauksella huomattaessa pulssitusalueen rajan ylitys toimilaitteen liike pysäytetään. Tarkistusmittauksen jälkeen tarvittaessa toimilaitteen ohjausta jatketaan edellisen ohjauksen kanssa samaan suuntaan. Olennaista on, että pulssitusalueen raja on määritetty siten, 10 että ohjelmiston viiveestä huolimatta toimilaite ei siirry tavoitearvon ohi. Erään edullisen sovellutusmuodon ajatuksena on, että pulssitusalueen rajan ylityksen jälkeen toimilaitteen ohjaukseen käytetään lyhyitä vakiomittaisia pulsseja. Erään toisen edullisen sovellutusmuodon ajatuksena on, että toimilaitteen ohjaamiseen käytetään vakionopeuksista synkronimoottoria, jolloin ohjauspulssien pituus mää-15 rää toimilaitteen liikkeen pituuden.

Keksinnön etuna on, että ohjaus on tarkka, nopea ja yksinkertainen ja toimilaite saadaan ohjattua tavoitearvoon yhdestä suunnasta käsin, jolloin välykset eivät pääse vaikuttamaan asemoinnin tarkkuuteen. Käyttämällä pulssitusalueen rajan ylityksen jälkeen lyhyitä vakiomittaisia pulsseja saadaan ohjaus toteu-20 tettua yksinkertaisesti ja tarkasti. Vakionopeuksista synkronimoottoria käyttämällä laitteisto on yksinkertainen ja ohjaus helppoa.

Keksintöä selitetään tarkemmin oheisessa piirustuksessa, jossa kuvio 1 esittää kaaviota keksinnön mukaisesta ohjaustavasta ja kuvio 2 esittää kaavamaisesti käytettävää ohjauspulssia.

25 Toimilaitteen aseman ollessa kaukana tavoitearvosta 1 ohjataan toimi laite tavoitearvoa 1 kohti jatkuvalla ohjauspulssilla 2a.

Keksinnön mukainen menetelmä toimilaitteen asemoimiseksi soveltuu esimerkiksi paperikoneen toimilaitteelle. Termillä paperikoneen toimilaite tarkoitetaan tämän hakemuksen yhteydessä paperi- tai kartonkikoneessa esimerkiksi 30 höyrylaatikossa, perälaatikossa tai kostuttimessa tai jossain muussa paperi- ja kartonkikoneen kohdassa olevaa sinänsä tunnettua toimilaitetta. Paperiradan poikkiprofiilisuureiden parantamiseen käytetään ohjattavia profilointilaitteita, jotka yleensä on jaettu säätölohkoihin radan poikkisuunnassa. Kutakin profilointi-laitteen säätölohkossa olevaa paperin suureeseen vaikuttavaa venttiiliä, suutinta 35 tms. elementtiä ohjataan lohkossa olevilla toimilaitteilla. Toimilaitteilla ja elementeillä aikaansaatu muutos, kuten liike, voima, virtaus tms. ominaisuus, vaikuttaa välillisesti paperin poikkiprofiiliominaisuuksiin, joita ovat esimerkiksi neliöpaine, 108262 3 kosteus, paksuus ja kiilto. Elementin liike, voima tai muu edellä mainittu muutos aikaansaadaan toimilaitteilla.

Esimerkiksi paperikoneen höyrylaatikon höyryn syötön ohjauksessa on keksinnön mukainen menetelmä toimilaitteen asemoimiseksi erityisen hyö-5 dyllinen. Nykyään rainan pintaan höyrylaatikosta syötettävän höyryn määrää säädetään sisäänmenevän höyryn paineen avulla. Painetta on vaikea säätää tarkasti, eikä yksittäisten höyrysuuttimien läpi viilaavan höyryn määrää voida määrittää. Paineen määritys tehdään analogisella mittarilla, mikä on kallis ratkaisu. Keksinnön mukainen ratkaisu on halpa ja erityisen tarkka, koska höyryn 10 säätöakselin asema tiedetään tarkasti. Höyrymäärän laskeminen tapahtuu pulssitiedon perusteella, jolloin erillisiä mittareita ei tarvita. Höyrymäärän säätö tapahtuu myös nopeasti ja tarkasti pulssitiedon ja säätöakselin avulla. Keksinnön avulla voidaan siis korvata kalliita mittalaitteita ja saada aikaan suuria taloudellisia säästöjä.

15 Toimilaitteen asemaa mitataan edullisesti jatkuvatoimisesti ja aseman saavuttaessa pulssitusalueen rajan 3 lähetään toimilaitteen ohjauslaitteelle 4 pulssitusalueen rajan 3 ylityksen takaisinkytkentätieto 5a. Tällöin ohjauslaitteista 4 ohjaa toimilaitteen jatkuvan liikkeen pysähtymään. Ohjauslaitteiston 4 ohjelmiston hitauden vuoksi toimilaite ei pysähdy täsmälleen pulssitusalueen ra-20 jän 3 kohdalle vaan jatkaa matkaansa hieman eteenpäin. Toimilaite voidaan ohjata myös pulssitusalueen rajan 3 yli määrittämällä ennakko 8, jolloin toimilaite ohjataan ennakon 8 määräämään kohtaan. Toimilaitteen pysähdyttyä toimitetaan ohjauslaitteelle 4 toimilaitteen sijaintitieto 5b. Mikäli toimilaitteen sijainti ei ole riittävän lähellä tavoitearvoa 1 eli se on hystereesiä 6 kauempana tavoi-25 tearvosta 1, ohjataan toimilaitetta eteenpäin lyhyiden vakiomittaisen ohjaus-pulssin 2b avulla. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa käytetään lyhyitä vakiomittaisia ohjauspulsseja 2b toimilaitteen ohjaamiseen aina, kun toimilaitteen asema on pulssitusalueen rajaa 3 lähempänä tavoitearvoa 1. Vakiomittaisen ohjauspulssin 2b jälkeen mitataan jälleen toimilaitteen sijainti ja toimilaitetta oh-30 jataan vakiomittaisilla ohjauspulsseilla 2b siihen saakka, kunnes toimilaite on alittanut hystereesin 6 määrittämän etäisyyden tavoitearvosta 1 eli se on riittävän lähellä tavoitearvoa 1. On tärkeää, että pulssitusalueen raja 3 ja ennakko 8 ovat riittävän kaukana tavoitearvosta 1, jottei toimilaitteen asema ohjaudu olennaisesti tavoitearvon 1 yli eli hystereesiä 6 kauemmaksi tavoitearvosta 1, koska 35 tällöin toimilaitteen ohjaussuuntaa jouduttaisiin kääntämään, mikä monimutkaistaisi ohjausta ja jolloin toimilaitteen välykset aiheuttaisivat epätarkkuutta oh- 108262 4 jaukseen. Samoin vakiomittaiset ohjauspulssit 2b täytyy määrittää niin lyhytaikaisiksi, että niiden avulla toimilaite ei siirry liikaa eteenpäin eli toimilaitteen siirtymän tulee olla pienempi kuin hystereesin 6 ja tavoitearvon 1 välinen etäisyys. Ohjauslaitteeseen 4 syötetään tapauskohtaisesti halutut tavoitearvon 1, pulssi-5 tusalueen rajan 3, hystereesin 6 ja ennakon 8 arvot. Eräs tyypillinen arvo hystereesille 6 on 2 μηη ja pulssitusalueen rajalle 3 10 μίτι.

Keksinnön mukaista ohjaustapaa käytettäessä täytyy kompensoitava suunnanvaihtovälys 7 huomioida ainoastaan jatkuvan ohjauspulssin 2a alussa, mikäli siinä vaiheessa toimilaitteen liikesuunta on muuttunut, koska keksinnön 10 mukaisella ohjaustavalla muuta toimilaitteen liikesuunnan muutosta ei tapahdu.

Kuviossa 2 on kaavamaisesti esitetty keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettävä ohjauspulssi. Toimilaitteen aseman ollessa pulssitusalueen rajaa 3 kauempana tavoitearvosta 1 käytetään jatkuvaa ohjauspulssia 2a, eli ohjauspulssi on jatkuvasti binääriarvossa 1. Jatkuvaa ohjauspulssia 2a lasketaan vii-15 vojen A osoittamalla hetkellä, jolloin laskentahetkien välimatka voi tyypillisesti olla esimerkiksi 500 millisekuntia. Ohjaus siis näyttää jatkuvalta, vaikka käytännössä ohjauspulssia lasketaankin tietyin välein. Jatkuva ohjauspulssi 2a voidaan määrittää päättyväksi ennakon 8 päähän tavoitearvosta 1. Koska toimilaitetta ohjataan nopeimmin jatkuvan ohjauspulssin 2a avulla kannattaa ennakko 8 valita mahdolli-20 simman pieneksi. Ennakon 8 suuruus täytyy luonnollisesti kuitenkin olla riittävä, jottei toimilaitteen asema ohjaudu olennaisesti tavoitearvon 1 yli. Kun toimilaitteen asema on ylittänyt pulssitusalueen rajan 3 ohjataan toimilaitetta tavoitearvoa 1 kohti lyhyiden vakiomittaisten ohjauspulssien 2b avulla.

Edullisesti toimilaitteen ohjaamiseen käytetään vakionopeuksista synk- • 25 ronimoottoria, jolloin ohjauspulssien pituus määrittää toimilaitteen aseman muu toksen pituuden ja laitteisto on yksinkertainen ja ohjaus helppoa.

Toimilaitteen asema mitataan edullisesti asettamalla toimilaitteen akselin yhteyteen ainakin yksi magneetti ja laitteistoon ainakin yksi Hall-anturi, jolloin akselin pyöriessä Hall-anturi huomioi ohitseen kulkevan magneetin ja lähettää 30 mittauspulssin. Toimilaitteen asema lineaarisuunnassa on verrannollinen mitta- • < uspulssien väliin, jolloin mittauspulssien avulla pystytään määrittämään toimilaitteen asema. Tällainen mittauslaitteisto on yksinkertainen ja kestää erittäin hyvin myös hankalia prosessiolosuhteita.

Mittauspulssien välit voidaan vielä haluttaessa jakaa osiin, jolloin toimi-35 laitteen asema saadaan määritettyä tarkasti myös pulssien välillä. Toimilaitteen

F

108262 5 asema voidaan myös osiin jaettujen pulssien avulla ennustaa pulssien väleissä.

Piirustus ja siihen liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan keksinnön ajatusta. Yksityiskohdiltaan keksintö voi vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.

*. ·

• I

Claims (5)

108262 ,

1. Menetelmä toimilaitteen asemoimiseksi, missä menetelmässä toimilaitetta ohjataan jatkuvalla ohjauspulssilla (2a) kohti tavoitearvoa (1), mita- 5 taan toimilaitteen asemaa, määritetään ennen tavoitearvoa (1) sijaitseva pulssi-tusalueen raja (3), pysäytetään toimilaitteen jatkuva liike toimilaitteen aseman ylitettyä pulssitusalueen rajan (3), jolloin pulssitusalueen raja (3) on määritetty niin kauas tavoitearvosta (1), että toimilaite pysähtyy ennen kuin sen asema olennaisesti ylittää tavoitearvon (1), toimilaitteen pysähtymisen jälkeen mita- 10 taan sen asema ja tarvittaessa suoritetaan korjausajo lyhyiden vakiomittaisten ohjauspulssien (2b) avulla, tunnettu siitä, että määritetään ennakko (8) siten, että ennakko (8) sijaitsee lähempänä tavoitearvoa (1) kuin pulssitusalueen raja (3) ja ohjataan toimilaite jatkuvalla ohjauspulssilla (2a) ennakon (8) määrittämään asemaan, joka ennakko (8) on määritetty niin kauas tavoitear- 15 vosta (1), että toimilaite pysähtyy ennen kuin sen asema olennaisesti ylittää tavoitearvon (1).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toimilaitteen ohjaamiseen käytetään vakionopeuksista synkronimoottoria, jolloin ohjauspulssien (2a, 2b) pituus määrää toimilaitteen aseman muutoksen 20 pituuden.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että määritetään hystereesi (6) siten, että korjausajo suoritetaan toimilaitteen sijainnin ollessa hystereesiä (6) kauempana tavoitearvosta (1) ja vakiomittaisen ohjauspulssin (2b) kesto määritetään niin lyhyeksi, että sen vaikutuksesta toimi- 25 laite siirtyy eteenpäin vähemmän matkaa kuin on hystereesin (6) ja tavoitearvon (1) välinen etäisyys.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, t u n-n e 11 u siitä, että ohjattaessa toimilaitetta jatkuvalla ohjauspulssilla (2a) sa- Γ manaikaisesti mitataan jatkuvatoimisesti toimilaitteen asemaa.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, t u n- n e tt u siitä, että asemoitava toimilaite on paperi- tai kartonkikoneen toimilaite. 108262