Das technische Gebiet der Erfindung ist die Einstellung einer Regulierstrecke in der Textilindustrie, die die Aufgabe hat, Bänder aus Textilfaser (Faservlies) mehrfach zu verstrecken und durch die Verstreckung eine Vergleichmäßigung herbeizuführen.
Ein Beispiel einer Regulierstrecke ist in der gattungsbildenden EP 176 661 B1 beschrieben, unter Unterscheidung zwischen einer Kurzstapelspinnerei und Langstapelspinnerei, wobei im Rahmen der Langstapelspinnerei die Regulierstrecken als nach dem Prinzip des offenen Regelkreises (Vorsteuerung) arbeitend beschrieben wird. Auch nach dem Prinzip der Vorsteuerung arbeitet das durch Benutzung der Öffentlichkeit seit etwa August 1990 zugänglich gewordene elektronische Reguliersystem RSB 851 der Rieter Ingolstadt AG, bei dem am Eingang der Maschine die Stärke der einlaufenden Faserbänder (aus mehreren Einzelbändern zusammengelegtes Gesamtband) mittels mechanischer Abtastung (Nutwalze/Tastwalze) kontinuierlich gemessen wird und in elektrische Signale umgewandelt wird. Die Messwerte werden einem elektronischem Gedächtnis mit variabler Verzögerung zugeführt. Durch die Veränderung der Verzögerung wird bei der RSB 851 erreicht, daß die Verzugsänderung zwischen Mittelwalze und Lieferwalze der Strecke genau in dem Augenblick erfolgt, zu dem sich das zuvor vom Tastrollenpaar gemessene Bandstück mit geänderter Dicke im Verzugspunkt befindet. Die Verzugsänderung wirkt also genau zu dem Zeitpunkt im Haupt-Verzugsfeld, zu dem sie benötigt wird. Die Verzögerung des Meßwertes bewirkt, daß die entsprechende Banddicke im Faserband den Abstand zwischen Eingangs-Tastwalzenpaar und Verzugsort durchlaufen kann. Wenn die Banddicke den fiktiven Verzugspunkt im Verzugsfeld ereicht, wird der entsprechende Meßwert durch das elektronische Gedächtnis freigegeben. Dieser Abstand zwischen Meßort des Tastwalzenpaares und Verzugsort wird Regeleinsatzpunkt R genannt. Ist der Regeleinsatzpunkt erreicht, erfolgt in Abhängigkeit vom Meßwert eine Stellhandlung am Regelmotor.
In der Vergangenheit wurde der Regeleinsatzpunkt auch "Laufzeit T" genannt. Da das Abtastsystem zur Gewinnung von Meßwerten bei der RSB 851 aber unabhängig von der Geschwindigkeit des Faserbandes stets kontant vorgegebene Faserbandabschnitte abtastet, ist der Begriff Regeleinsatzpunkt sinnvoll.
Die Einstellung der Vorsteuerung und damit des elektronischen Gedächtnisses ist nicht unproblematisch und erfordert vor Inbetriebnahme eine zeitaufwendige Anpassung. Zur Kontrolle der eingestellten Steuerungsparameter konnte in Zeitabständen vom Bediener ein sogenannter Bändertest vorbereitete werden (beschrieben in der Bedienungsanleitung, Strecke RSB 851(4135), SB 851(4131) "Rieter Spinning Systems" der Schubert & Salzer Maschinenfabrik AG vom August 1990, Pkt. 4.5.6, Seite 40 - 42). Deshalb ist versucht worden, die Paramter der Vorsteuerung, bestehend aus dem Regeleinsatzpunkt und einer Verstärkung on-line anzupassen, wobei in einer dauernden Regelbewegung die Parameter der Vorsteuerung aufgrund von Meßwerten am Ausgang des Streckwerkes beeinflußt werden. Diese Art der Einstellung läßt zwar den zeitaufwendigen Bändertest entfallen, diese Art der Einstellung bewirkt aber auch eine kontinuierliche unerwünschte Regelbewegung hinsichtlich der Parameter der Vorsteuerung (des elektronischen Reguliersystems). Diese dauernde Regelbewegung sorgt für Unruhe in der Steuerung. Maschineninterne Fehlereinflüsse (z.B. schadhafte Walzen, Schlupf der Walzen, Spiel im Getriebe u.a.) können sich auf das Faserband auswirken, obwohl sie als Fehler im einlaufenden Faserband nicht enthalten waren. Aber nur Einflüsse des einlaufenden Faserbandes sind erwünscht und diese können im auslaufenden, verstreckten Faserband nicht ohne weiteres von den maschineninternen Einflüssen getrennt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Beschleunigung der Optimierung ebenso herbeizuführen, wie das in der eingangs erwähnten Druckschrift umschrieben ist, die Optimierung aber nicht so zu gestalten, daß sie eine inhärente Unruhe der Streckenregulierung erzeugt.
Ausgangspunkt und Erkenntnis der Erfindung ist es dabei, die online-Adaption der Parameter der Regulierung zu verlassen und dazu überzugehen, die Parameter der Regulierung in einem vorbetrieblichen Test- oder Einstellauf der Strecke oder Karde zu ermitteln und im Betrieb weitgehend unverändert zu belassen (Anspruch 1). In dem vorbetrieblichen Einstellauf werden eine Mehrzahl von Meßwerten ermittelt, die eine qualitäts-kennzeichnende Größe, betreffend das verstreckte Faserband, darstellen. Anhand dieser mehreren Meßwerte wird ein Funktionsverlauf bestimmt, dessen Minimum demjenigen Wert entspricht, der die beste Anpassung der Regulierung an das aktuelle Faserband verspricht. Die mehreren Meßwerte, die aufgezeichnet werden und mit denen der Funktionsverlauf ermittelt wird, werden bei einem jeweils anderen Einstellwert der Regulierung gemessen, so daß für die Definition des auszuwertenden Funktionsverlaufs ein sich incrementell ändernder Parameter, z.B. der Regeleinsatzpunkt des "elektronischen Gedächtnisses", mit jedem seiner Incrementwerte einem der Meßwerte zuzuordnen ist.
Aufgrund der Minimalwert-Ermittlung kann gemäß der Erfindung der günstigste Wert eines Parameters im vorbetrieblichen Testlauf ermittelt werden. Dieser Wert wird gemäß der Philosophie der Erfindung entweder direkt oder nach Durchlaufen einer Plausibilitätskontrolle oder aber nach Vorschlagen an einen Benutzer und auf dessen Bestätigung hin in die Regulierung übernommen, um im Betrieb ein längerfristig konstant gehaltener Wert zu bleiben. Gemäß der Erfindung wird dabei vermieden, die einmal als gut befundenen Einstellwerte für die Regulierung laufend zu ändern und dabei in die Gefahr zu geraten, Änderungen aufgrund von Störgrößen vorzunehmen, die für das Faserband an sich nicht spezifisch sind.
Gute Einstellwerte werden also beibehalten, nicht on-line dauernd verändert.
Als qualitäts-kennzeichnende Größe kann der CV-Wert herangezogen werden, der als kontinuierlich gemessene Größe eine Amplitudenauswertung der Faserbanddicke im selektiven Längenbereich gelieferten Faserbandes charakterisiert. Ein Mikroprozessor kann dazu verwendet werden, diesen CV-Wert für eine bestimmte Bandlänge zu bestimmen und als einen qualitätskennzeichnenden Meßwert für einen der sich incrementell ändernden Parameter in einen Speicherbereich aufzunehmen (Anspruch 8), bevor die Minimalwert-Suche erfolgt.
In gleicher Weise kann ein weiterer Parameter der Regulierung vorbetrieblich optimiert werden, namentlich die Verstärkung K der Vorsteuerung.
Nacheinander kann jeweils der eine und der andere Parameter optimiert werden (Anspruch 2, Anspruch 3); der jeweils nicht optimierte Parameter ändert vorteilhaft seinen Wert während der Meßwert-Aufzeichnung für die Minimalwert-Funktion nicht.
Bei Erkennen einer langfristig besseren Qualität des einlaufenden Faserbandes (am Eingangs-Tastrollenpaar) kann der Abstand der Meßwerte für die qualitäts-kennzeichnende Größe herabgesetzt werden (Anspruch 11). Damit wird die Erkennbarkeit des Minimums verbessert, da eine zu gute Qualität des einlaufenden Faserbandes ein nur noch schwach ausgeprägtes Minimum der CV-Meßwerte über dem jeweilig incrementell verstellten Parameter der Regulierung zeigt. Wird das Minimum zu flach, kann bei der Auswertung auch eine Differenzierung oder eine approximative Methode eingesetzt werden.
Langfristig gute Qualität kann in der Zeitdauer etwa einer Kannenfüllung des versteckten Bandes liegen.
Wird im vorbetrieblichen Test- oder Einstellauf einer der Parameter quasi-kontinuierlich (incrementell in kleinen Schritten, aber langfristig kontinuierlich) verändert, so kann nach einem jeweiligen Incrementalschritt eine gewisse Zeit vergehen und das Band durch die Strecke oder Karde hindurchlaufen, ohne daß die qualitäts-kennzeichnende Größe gemessen wird oder ihre Meßwerte für die Funktion zur Ermittlung des Minimums berücksichtigt werden (Anspruch 12).
Vorteilhaft orientieren sich die äquidistanten Werte für den Regeleinsatzpunkt an dem Abstand zwischen Eingangs-Tastrollenpaar und Verzugspunkt; sie werden also in einer Längeneinheit normiert sein.
Die erfindungsgemäßen Vorschläge arbeiten schneller und gleichzeitig genauer, wobei vermieden wird, daß nicht faserbandspezifische Einflüsse auf die Adaption der Regulierung Einfluß nehmen. Die Minimalwertsuche ist eine algorithmisch von einem Rechner ohne weiteres auszuführende Arbeit. Als Ergebnis erst wird einem Benutzer ein oder mehrere Wert(e) für die Einstellung der Regulierung vorgeschlagen, die dieser dann verwenden oder verwerfen kann.
Ein gewichtiger Vorteil der Messung des Bandes vor der Ablage liegt darin, daß Fehler durch die Ablage keinen Einfluß mehr auf die Optimierung haben, wie das noch bei einer CV-Wert-Ermittlung im Textillabor der Fall war oder bei dem "Bändertest" der Fall war, bei dem nach Ablage des Faserbandes in der Kanne das verstreckte Faserband herausgenommen wurde und abschnittsweise in Sortierungen von unterschiedlichen Bandlängen zerlegt wurde, um über das jeweilige Gewicht Aussagen über die Qualität der Einstellung der Regulierung zu erhalten.
Die Erfindung(en) werden nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele erläutert und ergänzt.
In der Figur 1 sind mechanische und elektronische Elemente schematisch dargestellt, um deren Zusammenwirken in steuerungstechnischer und regelungstechnischer Hinsicht zu erläutern. Ziel der Steuerung und Regelung ist es, den Verzugspunkt 21 im Verzugsfeld VF, in dem ein starker Faserverzug des einlaufenden Faserbandes 20 entsteht, so genau wie möglich zu kennen und dafür zu sorgen, daß es von einem Dickenmess-Signal d0(n), das von einem Eingangs-Tastrollenpaar stammt, das den Mittenwalzen M und ggf. diesen vorgeschalteten Einlaufwalzen vorgelagert ist, über einen Kanal oder Vorsteuerung 10 so beeinflußt wird, daß eine Verzugsänderung durch Verändern der Geschwindigkeit der Mittenwalzen M genau dann eintritt, wenn eine geänderte Dicke d0, die zuvor gemessen wurde, sich im Verzugspunkt 21 befindet.
Das Faserband 20 setzt sich aus mehreren Einzelsträngen zusammen, die vor den hier nicht dargestellten Eingangs-Tastrollen zusammengeführt werden und deren Dicke gemeinsam bestimmt wird. Abhängig von der Qualität des Faserbandes und abhängig davon, ob ein Faserband dicker oder dünner oder ggf. gerissen ist, ändert sich die Dicke des Bandes 20, entsprechend muß sich der Verzug im Verzugsfeld VF ändern, was über eine Vorsteuerung 10 erreicht wird. Mit dieser Vorsteuerung 10 wird die Geschwindigkeit v0 der Mittenwalzen M verändert, bei weiterhin konstanter Geschwindigkeit der Lieferwalzen L, die im hier dargestellten Beispiel etwa die sechsfache Liefer-Geschwindigkeit haben, wenn sechs Faserbänder am Eingang zu einem Strang 20 zusammengeführt werden. Ein entsprechender Kanal für die Geschwindigkeit v0 über 1/6 der stationären Geschwindigkeit 6·v0 der Lieferwalzen L kann in der Vorsteuerung 10 ebenfalls integriert sein.
Der mechanische Teil endet hinter den Lieferwalzen L mit Kalanderwalzen F zum Abzug des verstreckten Faserbandes 20a. Als Ablage kann eine Kanne dienen. Hinter dem Ausgang der Lieferwalzen L und vor der Ablage wird eine Messung am verstreckten Faserband vorgenommen. Diese Messung betrifft im hier dargestellten Beispiel das Kalanderwalzenpaar, mit dem die Qualität des Faserbandes 20a nach dem Verstrecken gemessen werden kann. Es eignet sich als qualitäts-kennzeichnende Größe der CV%-Wert, der während des Transports des Faserbandes direkt gemessen werden kann (vgl. Veröffentlichung von Rieter Link, Heft 2/95, Seiten 14 und 15). Die in längendiskreten Abtastwerten vorliegenden Abtastwerte (Meßwerte) werden durch eine Berechnung über eine definierte Länge als CV-Wert bereitgestellt. Der CV-Wert bildet eine Bewertungsgröße einer Systemsteuerung 11.
Die Steuerung 11 erhält einen Optimierungsbefehl "OPT" und erzeugt daraus Befehle für die Incrementierung von Regeleinsatzpunkt R und Verstärkung K.
In einem Einstell- oder Testlauf wird Faserband 20 zwischen Mittenwalzen M und Lieferwalzen L verstreckt und von einer Ablagevorrichtung in eine Kanne gefördert. Separate Messungen oder Untersuchungen des abgelegten Bandes 20a brauchen indes nicht stattzufinden, da die CV-Wert-Messung mit der Meßvorrichtung 12 vorgesehen ist. Auf einen Befehl "OPT" hin stellt die Steuerung einen beliebigen, meist einen vermuteten, zuvor aus Erfahrungswerten (z.B. Tabelle) ermittelten ersten Wert Rmin für den Regeleinsatzpunkt in einem Kanal der Vorsteuerung 10 ein. Der Erfahrungswert aus der Materialtabelle kann über eine Tastatur eingegeben werden. Es kann aber auch ein in der Steuerung 11 integrierter Wissensspeicher auf Abruf den Erfahrungswert aus einer gespeicherten Tabelle bereitstellen. Nach Durchlauf einer gewissen Menge Bandes, die gerade so lang sein sollte, daß daraus ein eindeutiger CV-Wert berechnet werden kann, wird ein CV-Wert festgehalten, der in Figur 2a mit CV1 bezeichnet ist. Dieser Messwert aus der Meßvorrichtung 12 wird in einen Speicherbereich der Steuerung 11 geschrieben. Danach wird der zuerst eingestellte Regeleinsatzpunkt R der Vorsteuerung 10 um mindestens eine Incrementgröße verändert. Wieder wird das Band 20 eine gewisse Zeit laufen, bis der entsprechende CV2-Wert von der Steuerung 11 in demselben Speicherbereich abgelegt wird.
In gleicher Weise erfolgt eine weitere Incrementierung des Regeleinsatzpunktes und eine weitere Messung eines CV3-Wertes, bis eine vernünftige Anzahl (ca. 5, 10 oder 15 Messwerte) zur Verfügung steht, orientiert zwischen einem minimalen Regeleinsatzpunkt Rmin und einem maximalen Regeleinsatzpunkt Rmax. Die sich im Speicherbereich der Steuerung 11 damit bildende Funktion a(R) kann durch Auswertemethoden auf ein Minimum hin untersucht werden, das im Fall der in Figur 2a gezeichneten Funktion bei R0 angenommen werden kann, wo das Minimum CVmin liegt. Die als Minimum CVmin der Funktion a erkannte Position, auch mit am bezeichnet, definiert die beste Einstellung für den Regeleinsatzpunkt R der Vorsteuerung 10, bei zunächst konstant gehaltenem Verstärkungsfaktor K im Kanal für das Dickmess-Signal d0(n).
Ist ein Minimum am für die Einstellung des Regeleinsatzpunktes des elektronischen Gedächtnisses der Vorsteuerung 10 einmal ermittelt, so kann dieser Regeleinsatzpunkt - ggf. nach Durchlaufen einer Plausibilitätskontrolle und bestätigt durch den Bediener - in das elektronische Gedächtnis der Vorsteuerung 10 übernommen werden. Danach wird derselbe Test- und Einstellauf für die Ermittlung einer in Figur 2b gezeigten Funktion b(k) durchgeführt, wobei diese Qualitätsfunktion abhängig von der sich ändernden Verstärkung K ist. Die Praxis hat gezeigt, daß diese Funktion in der Regel flacher verläuft und ein nicht so deutlich ausgeprägtes Minimum CVmin=bm aufweist. Sofern die Auswertung der reinen Messwerte CVi, i=1...n, wobei n zwischen 5 und 10 liegen sollte, nicht zu einem brauchbaren Ergebnis für K0 als bester Wert für die Verstärkung und R0 als bester Wert für den Regeleinsatzpunkt führt, kann die eine oder andere Kurve auch von der Programmsteuerung in der Steuerung 11 differenziert werden, um das Minimum deutlicher zu machen. Die Differenzierung führt dazu, daß nicht ein Minimum, sondern ein Nulldurchgang der differenzierten Funktion ermittelt werden muß, was bei einigermaßen stetig verlaufenden Messfunktionen a(R) und b(K) möglich ist.
Sind gemäß obiger Vorgehensweise Bestwerte gefunden worden für R0 und K0, so können diese Werte direkt in die Vorsteuerung 10 übernommen werden, bevor der tatsächliche Produktionsbetrieb der Strecke aufgenommen wird. Die ermittelten Werte für R und K können aber auch zunächst dem Bediener vorgeschlagen werden, der sie auf expliziten Wunsch durch Betätigung eines Eingabeorgans (Taste) in die Vorsteuerung 10 übernimmt.
Zur Sicherstellung, daß nicht aufgrund zufälliger Einflüsse ein irriger Wert für R und K für den tatsächlichen Produktionsbetrieb eingestellt wird, kann eine Plausibilitätskontrolle vorgesehen sein, die für eine bestimmte Qualität von Faserband 20 ein vordefiniertes Zulässigkeitsfenster zwischen zwei Grenzwerten heranzieht, um den durch Minimumsuche ermittelten Bestwert daraufhin zu überprüfen, ob er in diesem Fenster liegt.
Der so für den Produktionsbetrieb eingestellte Parameter für den Regeleinsatzpunkt und für die Verstärkung der Vorsteuerung 10 wird während des Produktionsbetriebes nicht mehr verändert, sie bleiben vielmehr konstant. In großen Zeitabständen oder bei Vermutung, daß diese Parameter nicht mehr die beste Einstellung für die Strecke sind, kann eine erneute Minimalwertsuche in einem Einstellauf der Strecke vorgenommen werden, wofür die Fertigung kurzzeitig unterbrochen werden wird.
Anhand einiger beispielhafter Zahlenwerte kann ermessen werden, welche genaue Einstellung für den Regeleinsatzpunkt R mit der minimalwert-suchenden Optimierung möglich ist. Geht man von einem Weg von etwa einem Meter (1m) zwischen der Meßstelle und dem Verzugspunkt aus, so entspricht der einzustellende Regeleinsatzpunkt R dem Weg bzw. Abstand, den ein Bandstück vom Meßort zum Verzugspunkt benötigt. Orientiert man die Optimierung sogleich an Wegstrecken, so können die Veränderungen des Regeleinsatzpunktes 3mm sein, zwischen zwei Meßwerten CV1 und CV2. Auch die Abstände zu den anderen Meßwerten können gleich sein, um eine wegkonstante Abtastung zu erhalten. Erst wenn die Messung des CV-Wertes mit ausreichend großer Zahl von Einzelmessungen erfolgte, steht ein gesicherter Wert für die Abspeicherung als Qualitäts-Meßwert der Funktion a(R) und b(K) zur Verfügung.
Im Einstellauf kann mit dieser Vorgehensweise damit in kontinuierlicher Weise die Qualitätsfunktion a(R) und b(K) ohne Stoppen und Einstellen des Bandes ermittelt werden. Das Verfahren ist so in hohem Maße schnell, bedienerfreundlich und für den tatsächlichen Produktionsbetrieb mit bestmöglich angepaßten Parametern steuerungstechnisch sehr ruhig.
Die hardwaretechnische oder softwaretechnische Realisierung in der Steuerung 11 zur Veränderung des Regeleinsatzpunktes R der Vorsteuerung 10 wird mit einer veränderlichen Speicherlänge realisiert. In diese im Speicher angeordneten Speicherzellen werden Meßwerte laufend eingeschrieben, die von der Dickenmessung d0(n) stammen, die Momentanwerte der aktuell an dem Eingangs-Tastrollenpaar hindurchlaufenden Banddicke darstellen.
Der Speicher, in den die erwähnten längendiskreten Meßwerte eingespeichert werden, hat eine sich verändernde Länge oder - im Kreis dargestellt - einen sich aufblähenden und reduzierenden Umfang, wenn man gleichen Abstand der Speicherwerte auf dem Umfang des Kreises annimmt. Im realen Speicherbereich - linear und nacheinander angeordnet - werden die Meßwerte über Vorgabe eines Zeigerwertes (Pointer) in den Speicher abgelegt und an derselben Stelle ausgelesen. Die Verzögerung zwischen zwei Lese-Schreib-Zyklen für eine Speicherzelle entspricht dem Weg von der Meßstelle bis hin zum Verzugspunkt zwischen den Mittenwalzen und den Lieferwalzen (Regeleinsatzpunkt). Der Anfang und das Ende des Speichers liegen also an derselben Stelle.
An der beschriebenen Einschreibstelle wird zuerst der alte Wert gelesen, der jetzt die Dicke angibt, die sich im Verzugspunkt befindet, und dann der neue Wert als Dickenwert eingespeichert, der gerade über das Tasrollenpaar mit dem zeitdiskreten Wert d0(n) gemessen worden ist. Der alte Wert entspricht dem vorhergehenden Zyklus, der neue Wert ist derjenige des aktuellen Zyklus.
Es ändert sich also die Speicherlänge nicht laufend. Es werden auch keine zwei Zeiger benötigt, von denen der eine Zeiger den Ort des Einschreibens und der andere Zeiger den Ort des Auslesens definiert.