EP0158192B1 - Verfahren zur zentralen Erfassung von Messwerten einer Vielzahl von Messstellen - Google Patents

Verfahren zur zentralen Erfassung von Messwerten einer Vielzahl von Messstellen Download PDF

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EP0158192B1
EP0158192B1 EP85103374A EP85103374A EP0158192B1 EP 0158192 B1 EP0158192 B1 EP 0158192B1 EP 85103374 A EP85103374 A EP 85103374A EP 85103374 A EP85103374 A EP 85103374A EP 0158192 B1 EP0158192 B1 EP 0158192B1
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EP
European Patent Office
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values
measuring
process according
measured values
value
Prior art date
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EP85103374A
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English (en)
French (fr)
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EP0158192A3 (en
EP0158192A2 (de
Inventor
Heinz Dr. E. H. Dipl.-Ing. Schippers
Gerhard Dr.-Ing. Martens
Karl-Werner Frölich
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.)
Oerlikon Barmag AG
Original Assignee
Barmag AG
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Publication date
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Publication of EP0158192A3 publication Critical patent/EP0158192A3/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H63/00—Warning or safety devices, e.g. automatic fault detectors, stop-motions ; Quality control of the package
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2701/00—Handled material; Storage means
    • B65H2701/30—Handled filamentary material
    • B65H2701/31—Textiles threads or artificial strands of filaments

Definitions

  • the measurement data which are continuously generated at a large number of measurement points, are recorded and processed by a central data processing system in a multi-digit textile machine.
  • the query speed is increased in that several decentralized data processing devices are provided between the central data processing system and the large number of measuring points. Only a limited number of measuring points are assigned to these decentralized data processing devices.
  • the decentralized data processing devices take over the query (scanner) and the temporary storage of the data.
  • this is a complex solution.
  • this solution increases the query speed and the query frequency.
  • this solution increases the query speed and the query frequency.
  • there remains the disadvantage that only the instantaneous values of the measurement at the time of the query are recorded. As a result, only random values are determined and evaluated that do not allow a reliable statement regarding the process sequence and the product quality achieved.
  • DE 31 42 468 A1 describes an independent, portable data receiving unit equipped with a measuring sensor, which is connected to an evaluation unit alternately for data acquisition with any measuring point and then for data transmission by means of a plug connection to be made for this purpose. During the connection to the measuring point, the continuously occurring measured values are tapped and temporarily stored. A data reduction memory is provided, but there is no sensible selection of the data to be stored and transmitted.
  • the invention solves the problem of ensuring continuous quality monitoring of the process at a large number of measuring points with similar measured values which are queried and processed by a data acquisition system at regular time intervals. For this purpose, only the extreme values of the continuously occurring measured values are determined within each query period and the output signal is the The measuring point is available until it is queried by the central data acquisition system. The signals provided can be deleted after being queried and recorded by the central data processing system. By restricting the query to the extreme values that have occurred over time, it is possible to make a complete statement regarding the quality of the process monitored by the measurement.
  • a further simplification and acceleration of the evaluation of the measurement results can be achieved in that from the outset a certain range of permissible measured values is defined at each measuring point, and error signals are generated when these are exceeded.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the mean value of the measurement results is also determined and made available for periodic polling.
  • the mean value of the measurement results alone and together with the extreme values has a very high value for the quality. For this reason, it is preferably provided that the extreme values are determined as the deviation of the peak values of the measured values from the mean value.
  • the mean value can be made available for the periodic query very simply by providing the current measured values that are obtained via a low-pass filter.
  • the output signals are advantageously deleted again by the central data processing.
  • further information about the course of the measured data and the quality of the process can be obtained by evaluating the measured data of several successive query periods.
  • the length of the query periods can be selected to be very short, since the measurement data are already available in digital form. By shortening the query periods, extreme monitoring and evaluation is practically equivalent to continuous monitoring and evaluation. Nevertheless, the scanning (scanning) frequency can lag behind that which was necessary according to the previous methods of complete measurement data acquisition.
  • Fig. 1 shows a measurement record of a measured value without gaps, e.g. the thread tension of a running thread 1 in a textile machine. A part of such a textile machine is shown in Fig. 3.
  • Fig. 3 four identical processing points of a multi-digit textile machine with the threads 1 are shown schematically.
  • Each thread 1 is conveyed into a stretching zone by godet 2, guided therein via a heater 3 and drawn off again by godet 4.
  • 5 denotes a thread tension (thread tension) meter.
  • each thread is wound into a bobbin 7 by means of the drive roller 6.
  • Each transducer 5 consists of the sensor 8 and a comparator circuit 9, which is shown in detail in Fig. 4. More on this later.
  • the measured value of the thread tension shown in FIG. 1 will be kept within certain limits without disturbing the process. Ideally, the measured value would be constant. Fluctuations and, in particular, also short-term fluctuations occur.
  • a certain range of measured values that occur at all or that are to be recorded at all are initially defined. This bandwidth is shown in Fig. 1 by dashed lines. This range of measured values is defined in the application as a measuring range.
  • this measuring range is divided into measuring stages I, II, III ... VIII, which are each of the same size.
  • a defined digital output signal AI to AVIII is assigned to each measuring range I to VIII.
  • An output signal AI to A VIII is called when and as soon as the current measured value passes through the corresponding measuring stage.
  • the output signals AI to A VIII insofar as they have been called up, are stored.
  • the called output signals are therefore always available for interrogation. All output signals are in the time interval T1 A II to A VIII incurred. These output signals are stored and are therefore available for interrogation at query time ST1. From this it can be seen that very large fluctuations in measured values occurred in the query period.
  • the fluctuation range is even greater in the query period T2, while in the query period T3 there was a much smaller fluctuation.
  • the values stored in a period T1, T2, T3, ... can now be called up by a central computer at time ST1, ST2 and then deleted. It is accepted that there is no gapless acquisition of the measured value curve. However, the extreme values can be recorded without gaps in time. In particular, by reducing the query times T1, T2, T3, ..., an extensive breakdown of the course of the measured values, for example, periodic fluctuations in measured values, temporal course of the measured value scatter, temporal trend of extreme values, etc., can take place.
  • the query times T1, T2, T3 are considerably longer than the query times that are necessary in the previously practiced methods in order to be able to detect the extreme values of the analogue measurement value with sufficient reliability.
  • a comparator circuit (FIG. 4) is provided as particularly advantageous for dividing the measuring range into measuring stages. Each measurement value is assigned to a defined step sequence of comparison values and one to the respective measurement step assigned output signal is generated when the measured value and the respective stage of the comparison signal meet the comparison criterion, for example, are the same.
  • Each comparator circuit consists of eight comparators 10, which are connected with their one input 11 to resistors 12 connected in series. The second input 13 is acted upon by the output signal of the sensor 8.
  • the comparators are designed so that they emit an output signal A I to A VIII as soon as the value at input 13 reaches the voltage value at input 11. If each resistor 12 is dimensioned such that it represents a measuring stage, each output signal A I to A VIII corresponds to a measuring stage I to VIII.
  • the circuit can also be selected so that the measuring stages overlap slightly.
  • for. B. can be prevented by interlocking the measuring stages that the signals of both measuring stages are stored for a measured value that is in the overlap area of two stages. In any case, only the highest value is saved.
  • the comparators are connected to a switching logic, not shown in detail, by means of which the output signals A I to A VII are deleted as soon as the next higher signal is called.
  • each comparator circuit is connected to a memory device 14 in which the respective output value AI to A VIII is stored.
  • the output signals AI to A VIII are present, insofar as they were called up in a query period, and are fed to a parallel / series converter 15.
  • the function of the parallel / series converter is to convert the signals AI to A VIII, which are present in parallel and simultaneously, into a pulse train, which can be fed to the computer 17 via a single line 16.
  • the query times are specified by the computer 17 (FIG. 3).
  • the computer outputs a coded signal chain, possibly for addressing, via line 19 via a connected parallel / series converter 18, through which one of the memories 14 is addressed and the stored output signals A I to A VIII of a measuring point are queried.
  • the computer After data has been retrieved via line 16, the computer outputs an erase signal coded to the individual memory via line 19, so that the stored output signals of this measuring point are erased and released for the following query period.
  • the abscissa is a common time axis for all diagrams. Some query periods are labeled S1-S4 on the time axis.
  • the ordinate of diagram I shows an example of a possible course of the measuring voltage U of a sensor. The measuring voltage represents the current continuously recorded measured values.
  • Diagram II shows the mean U average of the measuring voltage on the ordinate. According to the invention, this mean value is generated by passing the measured value over a low-pass filter.
  • Diagram III shows the formation, provision and query of the maximum value U max in its chronological course.
  • Diagram IV shows in the same way the time course, the formation, provision and query of the minimum value U min of the measuring voltage.
  • the measuring voltage is related to a reference voltage in diagrams II and IV.
  • the voltage zero or the mean value are particularly suitable for this.
  • Extreme value formation and provision is discussed in more detail below:
  • the measuring voltage is initially essentially constant in a period a and is equal to the mean value.
  • the extreme values U max and U min therefore also correspond to the mean value in this period.
  • there is a sudden and brief increase in the measuring voltage U as shown in diagram I. Because of the short-term nature of this extreme value, this fluctuation has no influence on the mean value.
  • the maximum value U max follows the increase in the measured value up to the extreme value and then assumes this extreme value. As shown in diagram III, this extreme value then remains during the query period S3 and is queried by the central data acquisition system at the end of the query period and then deleted again, so that the value held ready at the measuring point falls back to the reference value.
  • the minimum value storage U min also follows this negative deviation of the current measured value U from the mean value, the lowest value being stored in each case and being available for querying at the end of the query period S3.
  • the values of the mean value representing the course of the query period as well as the maximum positive and negative deviations therefrom are available for query and evaluation by the central data acquisition system.
  • the absolute extreme values can be provided in addition to the mean value.
  • the thread tension in a textile machine with a large number of processing points for each thread to be processed can be continuously determined, provided in each query period as maximum, minimum and average value, from the central data acquisition system via a scanner from processing point to processing point polled at intervals and evaluated for a quality statement.
  • error alarm signals can be generated.
  • a certain bandwidth is specified for the average thread tension, represented by the output voltage U medium . If the currently determined mean value leaves this range of permissible thread tensions, an error alarm signal is given and, for example, the processing point concerned is stopped or an error is signaled for this processing point.
  • a certain bandwidth is specified for the maximum value as a deviation from the mean value and likewise for the minimum value as a deviation from the mean value. These bandwidths can vary in size.
  • FIG. 6 shows a basic circuit diagram for providing the analog extreme values and the analog mean value at each measuring point.
  • the measured value for example - as in FIG. 3 - the thread tension of a measuring point is continuously detected by the sensor 5.
  • a memory is designated, which is assigned to each measuring point.
  • the measured values are amplified in the memory and processed to the maximum value U max , the mean value U mean and the minimum value U min and kept ready for interrogation.
  • the memory 14 initially has an amplifier 20 for amplifying the measurement signal.
  • the maximum value is then formed in a peak value meter 21 as a deviation from the mean value and in the inverted peak value meter 22 the minimum value is formed as a deviation from the mean value.
  • 23 shows a low-pass filter for generating the mean value.
  • the maximum value of the measured values per query period, the running mean value and the minimum value of the measured values per query period are provided at the output of the memory. These values are given to a switching device, a so-called "scanner" 31. Its function is to feed the signals, which are present in parallel and simultaneously, in succession to the computer 17 via an analog-digital converter 32 (A / D converter) and line 16. As already described, the query times are specified by the computer 17. At each time of the query, the computer outputs a coded signal chain for addressing via line 19, through which a measuring point with its memory 14 is addressed and the stored output signals are queried. After data has been retrieved via line 16, the computer outputs a delete signal encoded on the individual memory via line 19, so that the stored maximum or minimum values are deleted. The mean remains. Furthermore, a fault alarm signal device 24 can also be addressed via line 19.
  • the peak value meters and low-pass filters used for this circuit are known.
  • the peak value meters are explained again using the simplified circuit diagram according to FIG. 7.
  • the peak value meter for determining the maximum value has in particular the diode 25 and the capacitor 26.
  • the capacitor is at a potential of 0 V.
  • a voltage of 0 to 10 V is permitted for the measured value U. Since the diode 25 blocks a current direction, the capacitor 26 is charged up to the maximum value which is reached in the query time, so that this maximum value is stored and remains as the output signal of the query period.
  • Switch 27 is controlled via line 19 if the maximum value U max can be deleted after the query.
  • the inverted peak generator 22 has the diode 28 and the capacitor 29. However, the flow direction of the diode 28 is reversed.
  • the capacitor on the other hand, is at a voltage of 15 V, which is higher than the highest occurring measuring voltage, which was previously given as 10 V. This means that any reduction in the measured value on the capacitor 29 appears as an increased and permanent voltage gradient, which remains at the output of the memory as the minimum value U min . 30 again designates a switch by which the capacitor is short-circuited and an erase signal can thus be given via line 19.
  • the low-pass filter 23 consists essentially of resistors and capacitors that are known.
  • the circuit of FIG. 7 differs from the description of FIG. 6 and the flow chart shown in FIG. 6 in that the extreme values are represented here by their absolute values.
  • the extreme values are represented here by their absolute values.
  • processing the measured values in the memory 14 in such a way that the extreme values represent the difference between the measured extreme values and their mean value.
  • an element can be connected between point 38 and voltage follower 33 and between point 38 and voltage follower 34, which element determines the difference between the current measured value and the mean value U mean .
  • Such a differential amplifier is indicated at 39 in FIG. 8.
  • the voltage followers 35 and 36 in FIG. 7 can be replaced by a differential amplifier which is connected to the output of the differential amplifier 37 and processes the extreme values U max and U min so that they represent the difference between the absolute extreme values and the mean value .

Description

  • Bei dem Verfahren nach der DE-PS 30 05 746 werden in einer vielstelligen Textilmaschine die Meßdaten, die an einer Vielzahl von Meßstellen laufend anfallen, von einer zentralen Datenverarbeitungsanlage erfaßt und bearbeitet. Die Abfragegeschwindigkeit wird dadurch erhöht, daß zwischen der zentralen Datenverarbeitungsanlage und der Vielzahl der Meßstellen mehrere dezentrale Datenverarbeitungseinrichtungen vorgesehen sind. Diesen dezentralen Datenverarbeitungseinrichtungen ist jeweils nur eine begrenzte Anzahl von Meßstellen zugeordnet. Die dezentralen Datenverarbeitungseinrichtungen übernehmen die Abfrage (Scanner) und die Zwischenspeicherungen der Daten.
  • Dies ist zum einen eine aufwendige Lösung. Zum anderen wird bei dieser Lösung zwar die Abfragegeschwindigkeit und die Abfragefrequenz erhöht. Es bleibt jedoch der Nachteil, daß lediglich die Augenblickswerte der Messung zu den Abfragezeitpunkten erfaßt werden. Dadurch werden nur Zufallswerte ermittelt und ausgewertet, die für den Prozeßverlauf und die erzielte Produktqualität keine zuverlässige Aussage ermöglichen.
  • In der DE 31 42 468 A1 wird eine mit einem Meßfühler ausgestattete, selbständige, transportable Datenempfangseinheit beschrieben, die abwechselnd zur Datenaufnahme mit einer beliebigen Meßstelle und anschließend zur Datenübertragung mittels einer hierzu herzustellenden Steckverbindung an eine Auswerteinheit angeschlossen wird. Während der Verbindung mit der Meßstelle werden die fortlaufend anfallenden Meßwerte abgegriffen und zwischengespeichert. Ein Datenreduktionsspeicher ist zwar vorgesehen, eine sinnvolle Auswahl der zu speichernden und zu übertragenden Daten ist jedoch nicht vorhanden.
  • Aus dem Aufsatz "Harvey A. Goldstand, SOFTWARE TECHNIQUES FOR A MICROPROCESSOR-BASED DATA ACQUISITION DEVICE", veröffentlicht in einem Bericht zur internationalen Konferenz "AUTOTESTCON" über automatisches Testen, San Diego, USA, Nov. 1978, ergibt sich ein ähnliches Meß- und Auswertprinzip für die an einem Fahrzeug anfallenden Meßstellen.
  • Die Erfindung löst die Aufgabe, bei einer Vielzahl von Meßstellen mit gleichartigen Meßwerten, die von einer Datenerfassungsanlage in regelmäßigen Zeitabständen abgefragt und verarbeitet werden, eine zeitlich lücklose Qualitätsüberwachung des Prozesses sicherzustellen. Hierzu werden innerhalb jedes Abfragezeitraums lediglich die Extremwerte der laufend anfallenden Meßwerte ermittelt und als Ausgangssignal der Meßstelle bis zur Abfrage durch die zentrale Datenerfassungsanlage bereitgehalten. Die bereitgehaltenen Signale können nach der Abfrage und Erfassung durch die zentrale Datenverarbeitungsanlage gelöscht werden. Durch die Beschränkung auf die Abfrage der zeitlich angefallenen Extremwerte läßt sich eine zeitlich lückenlose Aussage zur Qualität des durch die Messung überwachten Prozesses machen.
  • Eine weitere Vereinfachung und Beschleunigung der Auswertung der Meßergebnisse kann dadurch erfolgen, daß von vorneherein an jeder Meßstelle eine bestimmte Bandbreite von zulässigen Meßwerten festgelegt wird, bei deren Überschreiten Fehlersignale erfolgen.
  • In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, daß auch der Mittelwert der Meßergebnisse ermittelt und zur periodischen Abfrage bereitgestellt wird. Der Mittelwert der Meßergebnisse hat für sich allein wie auch gemeinsam mit den Extremwerten einen sehr hohen Aussagewert für die Qualität. Aus diesem Grunde ist bevorzugt vorgesehen, daß die Extremwerte als Abweichung der Scheitelwerte der Meßwerte von dem Mittelwert ermittelt werden.
  • Wenn bei diesem Verfahren zulässige Bandbreiten für die Fluktuation des Mittelwertes sowie zulässige Bandbreiten für die auf diese Weise als Abweichung vom Mittelwert ermittelten Extremwerte festgelegt werden, läßt sich aus den nur drei periodisch abgefragten Meßwerten eine weitere Verbesserung der sicheren, zeitlich lückenlosert Qualitätsaussage gewinnen. Dabei kann der Mittelwert sehr einfach dadurch fortlaufend für die periodische Abfrage bereitgestellt werden, daß die anfallenden aktuellen Meßwerte über einen Tiefpass-Filter bereitgestellt werden.
  • Statt, wie bisher vorgesehen, die Meßwerte als Analogsignale zu speichern und für die periodische Abfrage bereitzustellen, können sie bei einer Weiterbildung der Erfindung auch in digitalisierter Form bereitgestellt werden, woraus sich für die Weiterverarbeitung Vorteile ergeben.
  • Dies geschieht dadurch, daß der Meßbereich in Meßstufen unterteilt wird, daß für jede Meßstufe, die von den laufend anfallenden Meßwerten einer Stelle erreicht oder überschritten wird, ein bleibendes Ausgangssignal erzeugt wird, und daß die anstehenden Ausgangssignale in vorgegebenen Zeitabständen durch die zentrale Datenerfassungsanlage abgefragt und erfaßt werden.
  • Mit diesem Verfahren kann man zwar auch nicht den zeitlichen Verlauf der Meßgrößen erfassen. Es läßt sich jedoch erfassen, welche Meßgrößen im Abfragezeitraum aufgetreten sind. Dadurch lassen sich die im Abfragezeitraum vorgekommenen Extremwerte des gemessenen Parameters erfassen. Dies erlaubt eine Aussage über den Meßwertverlauf im Abfragezeitraum. Die zu übertragende Datenmenge kann reduziert werden, wenn man nur die Extremwerte speichert und bei der Abfrage erfaßt.
  • Vorteilhafterweise werden die Ausgangssignale nach Abfrage und Erfassung durch die zentrale Datenverarbeitung wieder gelöscht. Hiernach können weitere Aufschlüsse über den Meßdatenverlauf und die Qualität des Prozesses dadurch gewonnen werden, daß die Meßdaten mehrerer aufeinanderfolgender Abfragezeiträume ausgewertet werden. Die Länge der Abfragezeiträume kann sehr kurz gewählt werden, da die Meßdaten bereits digitalisiert anstehen. Durch Verkürzung der Abfragezeiträume wird die Extremüberwachung und -auswertung praktisch einer zeitlich lückenlosen Überwachung und Auswertung gleichwertig. Trotzdem kann dabei die Abfrage- (Scanning-)-frequenz hinter derjenigen zurück bleiben die nach den bisherigen Methoden der lückenlosen Meßdatenerfassung notwendig waren.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben.
  • Fig. 1 zeigt einen zeitlich lückenlosen Meßschrieb eines Meßwertes, z.B. der Fadenspannung eines laufenden Fadens 1 in einer Textilmaschine. Ein Teil einer derartigen Textilmaschine ist in Fig. 3 dargestellt.
  • In Fig. 3 sind schematisch vier gleiche Bearbeitungsstellen einer vielstelligen Textilmaschine mit den Fäden 1 gezeigt. Jeder Faden 1 wird durch Galette 2 in eine Streckzone gefördert, darin über eine Heizung 3 geführt und durch die Galette 4 wieder abgezogen. Mit 5 ist ein Fadenzugkraft-(Fadenspannungs-) -messer bezeichnet. In einer Aufspuleinrichtung wird jeder Faden mittels Treibwalze 6 zu einer Spule 7 aufgewickelt. Jeder Meßwertgeber 5 besteht aus dem Meßfühler 8 und einer Komparatorschaltung 9, die im einzelnen in Fig. 4 dargestellt ist. Hierzu später.
  • Der in Fig. 1 dargestellte Meßwert der Fadenzugkraft wird sich ohne Störung des Prozesses in gewissen Grenzen halten. Idealerweise wäre der Meßwert konstant. Schwankungen und insbesondere auch zeitlich kurze Schwankungen kommen jedoch vor.
  • Es ist ersichtlich, daß ein derartiges analoges Meßwertsignal nur dann lückenlos erfaßt werden kann, wenn ei ne zeitlich kontinuierliche Abfrage erfolgt. Bei einer Vielzahl von Meßstellen, wie sie insbesondere in der Textilindustrie bei Maschinen zur Verarbeitung oder Erzeugung einer Vielzahl von Fäden vorkommen, erfordert die zeitlich lückenlose Erfassung und zentrale Verarbeitung jedoch nicht nur eine große Rechnerkapazität, sondern darüberhinaus auch einen kaum durchführbaren Aufwand an Verkabelung und Schaltung. Daher werden üblicherweise die Meßstellen seriell hintereinander abgefragt. Da für jede Abfrage eine gewisse Zeit erforderlich ist, ergibt sich aus dieser seriellen Abfrage, daß eine zeitlich lückenlose Erfassung des Meßwertes nicht möglich ist, daß vielmehr für die Abfrage eines Meßwertes eine Mindestzeit, die nicht zuletzt auch durch die erforderliche Analog-Digitalwandlung bestimmt wird, erforderlich ist. Eine genügend scharfe Auflösung des Meßwertes durch kleine Scanning-Zeiten wird also nur dadurch möglich, daß die Anzahl der an einen Rechner angeschlossenen Meßstellen begrenzt wird. Auch hierdurch lassen sich jedoch kurzzeitige Schwankungen nicht erfassen, auch wenn solche Schwankungen evtl. von technologischer Bedeutung sind.
  • Nach der Erfindung wird zunächst eine gewisse Bandbreite von Meßwerten festgelegt, die überhaupt vorkommen bzw. die überhaupt erfaßt werden sollen. Diese Bandbreite ist in Fig. 1 durch gestrichelte Linien dargestellt. Diese Bandbreite von Meßwerten ist in der Anmeldung als Meßbereich definiert.
  • In dem Ausführungsbeispiel ist dieser Meßbereich in die Meßstufen I, II, III ... VIII unterteilt, die jeweils gleich groß sind.
  • Anhand der Fig. 2 wird erläutert, wie diese zeitlich lückenlos anfallenden Meßwerte erfindungsgemäß umgeformt werden und in welcher Form diese Meßwerte in zeitlich vorgegebenen Intervallen ST1 , ST2, ST3 zur Abfrage bereitgestellt werden.
  • Erfindungsgemäß wird jedem Meßbereich I bis VIII ein definiertes digitales Ausgangssignal AI bis AVIII zugeordnet. Ein Ausgangssignal A I bis A VIII wird aufgerufen, wenn und sobald der aktuelle Meßwert die entsprechende Meßstufe durchfährt. Weiterhin werden die Ausgangssignale A I bis A VIII, soweit sie aufgerufen worden sind, gespeichert. Die aufgerufenen Ausgangssignale stehen daher zur Abfrage ständig bereit. In dem Zeitabstand T1 sind sämtliche Ausgangssignale A II bis A VIII angefallen. Diese Ausgangssignale sind gespeichert und stehen daher zur Abfrage im Abfragezeitpunkt ST1 bereit. Hieraus ist zu ersehen, daß im Abfragezeitraum sehr große Meßwertschwankungen aufgetreten sind. Noch größer ist die Schwankungsbreite im Abfragezeitraum T2, während im Abfragezeitraum T3 eine wesentlich geringere Schwankung erfolgt ist.
  • Die in einem Zeitraum T1, T2, T3, ... gespeicherten Werte können nun von einem zentralen Rechner zum Zeitpunkt ST1, ST2 abgerufen und anschließend gelöscht werden. Es wird damit zwar in Kauf genommen, daß keine zeitlich lückenlose Erfassung des Meßwertverlaufs erfolgt. Es können jedoch die Extremwerte zeitlich lückenlos erfaßt werden. Insbesondere durch Verkleinerung der Abfragezeiten T1, T2, T3, ... kann eine weitgehende Aufschlüsselung des Meßwertverlaufs z.B. auf periodische Meßwertschwankungen, zeitlichen Verlauf der Meßwertstreuung, zeitlichen Trend der Extremwerte usw. erfolgen. Auch hierbei sind die Abfragezeiten T1, T2, T3 wesentlich größer als die Abfragezeiten, die bei den bisher geübten Verfahren notwendig sind, um mit hinreichender Zuverlässigkeit die Extremwerte des analog anfallenden Meßwerts erfassen zu können. Es wird zudem der Nachteil vermieden, daß lediglich die im Abfragezeitpunkt zufällig anfallenden Meßdaten abgefragt werden oder aufwendige Zwischendaten-Verarbeitungsanlagen vorhanden sein müssen, die ihrerseits aber auch wiederum in bestimmten Zeitabständen und zu bestimmten Zeitpunkten eine Abfrage durchführen können und daher insbesondere die extremen Meßwerte und die Meßwertspitzen nur zufällig und daher mit nur geringer Aussagekraft erfassen können. Zur Aufteilung des Meßbereiches in Meßstufen ist eine Komparatorschaltung (Fig. 4) als besonders vorteilhaft vorgesehen. Durch sie wird jeder Meßwert einer festgelegten Stufenfolge von Vergleichswerten zugeordnet und ein der jeweiligen Meßstufe zugeordnetes Ausgangsignal erzeugt, wenn Meßwert und die jeweilige Stufe des Vergleichssignals das Vergleichskriterium erfüllen, z.B. gleich sind.
  • Jede Komparatorschaltung besteht aus acht Komparatoren 10, die mit ihrem einen Eingang 11 an in Serie geschaltete Widerstände 12 angeschlossen sind. Der zweite Eingang 13 wird mit dem Ausgangssignal des Meßfühlers 8 beaufschlagt.
  • Die Komparatoren sind so konstruiert, daß sie ein Ausgangssignal A I bis A VIII abgeben, sobald der Wert auf Eingang 13 den Spannungswert auf Eingang 11 erreicht. Wenn jeder Widerstand 12 so dimensioniert ist, daß er jeweils eine Meßstufe repräsentiert, entspricht jedes Ausgangssignal A I bis A VIII jeweils einer Meßstufe I bis VIII.
  • Die Schaltung kann auch so gewählt werden, daß sich die Meßstufen geringfügig überlappen. Dabei kann z. B. durch gegenseitige Verriegelung der Meßstufen verhindert werden, daß für einen Meßwert, der im Überlappungsbereich zweier Stufen liegt, die Signale beider Meßstufen gespeichert werden. Es wird in jedem Falle nur der jeweils höchste Wert gespeichert. Hierzu sind die Komparatoren mit einer im einzelnen nicht dargestellten Schaltlogik verbunden, durch die die Ausgangssignale A I bis A VII gelöscht werden, sobald das nächst höhere Signal aufgerufen wird.
  • Wie in Fig. 3 und Fig. 4 weiterhin dargestellt, wird jede Komparatorschaltung mit einer Speichereinrichtung 14 verbunden, in der der jeweilige Ausgangswert A I bis A VIII gespeichert wird. Am Anfang des Speichers stehen daher die Ausgangssignale A I bis A VIII, soweit sie in einer Abfrageperiode aufgerufen wurden, an und werden einem Parallel-/ Serienwandler 15 aufgegeben. Die Funktion des Parallel-/ Serienwandlers ist es, die parallel und gleichzeitig anstehenden Signale A I bis A VIII in eine Impulskette umzuwandeln, die über eine einzige Leitung 16 dem Rechner 17 zugeführt werden kann.
  • Die Abfragezeitpunkte werden durch den Rechner 17 (Fig. 3) vorgegeben. Zu jedem Abfragezeitpunkt gibt der Rechner über einen angeschlossenen Parallel-/Serienwandler 18 eine kodierte Signalkette evtl. zur Adressierung über Leitung 19 aus, durch die jeweils einer der Speicher 14 angesprochen und die gespeicherten Ausgangssignale A I bis A VIII einer Meßstelle abgefragt werden. Nach erfolgtem Datenabruf über Leitung 16 gibt der Rechner über Leitung 19 ein auf den einzelnen Speicher kodiertes Löschsignal aus, so daß die gespeicherten Ausgangssignale dieser Meßstelle gelöscht und für den folgenden Abfragezeitraum frei werden.
  • Als bevorzugt wird ferner vorgeschlagen, daß nicht der gesamte Erfassungsbereich des Meßwertgebers und ebenso nicht der gesamte Bereich der vorkommenden Meßwerte ausgewertet wird, sondern aus den vorkommenden Meßwerten eine Bandbreite von Meßwerten ausgewählt wird, die repräsentativ ist für einen ordnungsgemäßen Betrieb. Durch diese Beschränkung des durch die Erfindung erfaßten Meßbereiches werden außerhalb des Betriebsbereiches gelegene Meßwerte von vorneherein aus der Auswertung ausgeschieden und hierdurch - ohne Beschränkung der Aussagegenauigkeit - eine weitere Vereinfachung bzw. - bei gleichem Einsatz technischer Mittel - eine Verfeinerung der Aussagegenauigkeit innerhalb des ausgewählten Meßbereiches erzielt.
  • Fig. 5 erläutert das erfindungsgemäße Meßverfahren bei Bereitstellung von analogen Ausgangssignalen an jeder Meßstelle. Die Abszisse ist eine allen Diagrammen gemeinsame Zeitachse. Auf der Zeitachse sind einige Abfragezeiträume mit S1 - S4 bezeichnet. Die Ordinate des Diagramms I zeigt beispielhaft einen möglichen Verlauf der Meßspannung U eines Meßfühlers. Die Meßspannung repräsentiert die aktuellen, laufend erfaßten Meßwerte. Das Diagramm II zeigt auf der Ordinate den Mittelwert Umittel der Meßspannung. Erfindungsgemäß wird dieser Mittelwert dadurch erzeugt, daß der Meßwert über einen Tiefpass-Filter geleitet wird. Das Diagramm III stellt in seinem zeitlichen Verlauf die Bildung, Bereitstellung und Abfrage des Maximalwertes Umax dar.
  • Das Diagramm IV zeigt in gleicher Weise den zeitlichen Verlauf, die Bildung, Bereitstellung und Abfrage des Minimalwertes Umin der Meßspannung. Die Meßspannung wird in den Diagrammen II und IV jeweils auf eine Referenzspannung bezogen. Hierfür kommt insbesondere die Spannung Null oder der Mittelwert in Betracht. Auf die Extremwertbildung und -bereitstellung wird im folgenden näher eingegangen:
    Zum Beispiel ist im Abfragezeitraum S3 die Meßspannung zunächst in einem Zeitraum a im wesentlichen konstant und gleich dem Mittelwert. Daher entsprechen auch die Extremwerte Umax und Umin in diesem Zeitraum dem Mittelwert. Im folgenden Zeitabschnitt b ergibt sich jedoch eine sprungartige und kurzzeitige Erhöhung der Meßspannung U, wie Diagramm I zeigt. Wegen der Kurzzeitigkeit dieses Extremwertes zeigt diese Schwankung auf den Mittelwert keinen Einfluß. Der Maximalwert Umax folgt jedoch der Meßwerterhöhung bis zu dem Extremwert und nimmt sodann diesen Extremwert an. Dieser Extremwert bleibt, wie das Diagramm III zeigt, sodann während des Abfragezeitraums S3 stehen und wird am Ende des Abfragezeitraums von der zentralen Datenerfassungsanlage abgefragt und sodann wieder gelöscht, so daß der an der Meßstelle bereitgehaltene Wert wieder auf den Referenzwert zurückfällt.
  • Im Abfragezeitraum von S3 zeigen sich im Anschluß an den Zeitabschnitt b einige negative Abweichungen vom Mittelwert und insbesondere der sprungartige und kurzzeitige Abfall der Meßspannung bei c. Wie das Diagramm IV zeigt, folgt auch die Minimalwertspeicherung Umin dieser negativen Abweichung des aktuellen Meßwerts U vom Mittelwert, wobei jeweils der niedrigste Wert gespeichert und zur Abfrage am Ende des Abfragezeitraums S3 bereitgehalten wird.
  • Am Ende des Abfragezeitraums S3 stehen mithin die den Verlauf des Abfragezeitraums repräsentierenden Werte des Mittelwerts sowie die maximalen positiven und negativen Abweichungen hiervon zur Abfrage und Auswertung durch die zentrale Datenerfassungsanlage bereit. Alternativ hierzu können neben dem Mittelwert die absoluten Extremwerte bereitgestellt werden.
  • Auf diese Art und Weise kann z.B. die Fadenspannung in einer Textilmaschine mit einer Vielzahl von Bearbeitungsstellen für je einen zu bearbeitenden Faden laufend ermittelt, in jedem Abfragezeitraum als Maximal-, Minimal- und Mittelwert bereitgestellt, von der zentralen Datenerfassungsanlage über einen Scanner von Bearbeitungsstelle zu Bearbeitungsstelle in Zeitabständen abgefragt und zu einer Qualitätsaussage ausgewertet werden. In Abhängigkeit von den Abfragewerten Umittel , Umax und Umin können dabei Fehleralarmsignale erzeugt werden. Hierzu wird zum einen für die mittlere Fadenspannung, repräsentiert durch die Ausgangsspannung Umittel eine bestimmte Bandbreite vorgegeben. Wenn der aktuell ermittelte Mittelwert diese Bandbreite von zulässigen Fadenspannungen verläßt, wird ein Fehleralarmsignal gegeben und z.B. die betroffene Bearbeitungsstelle stillgesetzt oder für diese Bearbeitungsstelle ein Fehler signalisiert. Ebenso wird für den Maximalwert als Abweichung vom Mittelwert eine bestimmte Bandbreite vorgegeben und ebenso für den Minimalwert als Abweichung vom Mittelwert. Dabei können diese Bandbreiten unterschiedlich groß sein.
  • Fig. 6 zeigt ein Prinzipschaltbild zur Bereitstellung der analogen Extremwerte und des analogen Mittelwerts an jeder Meßstelle. Der Meßwert, z.B. - wie in Fig 3 - die Fadenzugkraft einer Meßstelle, wird durch den Sensor 5 laufend erfaßt. Mit 14 ist ein Speicher bezeichnet, der jeder Meßstelle zugeordnet ist. In dem Speicher werden die Meßwerte verstärkt und zu dem Maximalwert Umax, dem Mittelwert Umittel und dem Minimalwert Umin verarbeitet und zur Abfrage bereitgehalten. Hierzu weist der Speicher 14 zunächst einen Verstärker 20 zur Verstärkung des Meßsignals auf. In einem Scheitelwertmesser 21 erfolgt sodann die Bildung des Maximalwertes als Abweichung vom Mittelwert und in dem invertierten Scheitelwertmesser 22 die Bildung des Mininalwerts als Abweichung vom Mittelwert. Mit 23 ist ein Tiefpass-Filter zur Erzeugung des Mittelwerts dargestellt. Die sonstigen elektronischen Einrichtungen des Speichers sind nicht bezeichnet. Am Ausgang des Speichers werden dementsprechend der Maximalwert der Meßwerte pro Abfragezeitraum, der laufende Mittelwert und der Minimalwert der Meßwerte pro Abfragezeitraum bereitgestellt. Diese Werte werden einer Schalteinrichtung, einem sog. "Scanner" 31 aufgegeben. Seine Funktion ist es, die parallel und gleichzeitig anstehenden Signale nacheinander über einen Analog-Digital-Wandler 32 (A/D-Wandler) und Leitung 16 dem Rechner 17 zuzuführen. Wie bereits beschrieben, werden durch den Rechner 17 die Abfragezeitpunkte vorgegeben. Zu jedem Abfragezeitpunkt gibt der Rechner eine kodierte Signalkette eventuell zur Adressierung über Leitung 19 aus, durch die jeweils eine Meßstelle mit ihrem Speicher 14 angesprochen und die gespeicherten Ausgangssignale abgefragt werden. Nach erfolgtem Datenabruf über Leitung 16 gibt der Rechner über Leitung 19 ein auf den einzelnen Speicher kodiertes Löschsignal aus, so daß die gespeicherten Maximal- bzw. Minimalwerte gelöscht werden. Der Mittelwert bleibt stehen. Weiterhin kann über die Leitung 19 auch eine Fehleralarmsignaleinrichtung 24 angesprochèn werden.
  • Die für diese Schaltung verwandten Scheitelwertmesser und Tiefpass-Filter sind bekannt. Die Scheitelwertmesser werden anhand des vereinfachten Schaltbildes nach Fig. 7 noch einmal erläutert. Der Scheitelwertmesser zur Ermittlung des Maximalwerts weist insbesondere die Diode 25 und den Kondensator 26 auf. Der Kondensator liegt an einem Potential von 0 V. Für den Meßwert U ist eine Spannung von 0 bis 10 V zugelassen. Da die Diode 25 eine Stromrichtung sperrt, wird der Kondensator 26 bis zu dem Maximalwert, der in der Abfragezeit erreicht wird, aufgeladen, so daß dieser Maximalwert gespeichert wird und als Ausgangssignal des Abfragezeitraums stehenbleibt.
  • Mit 27 ist ein Schalter bezeichnet, durch den der Kondensator 26 kurzgeschlossen wird. Schalter 27 wird über Leitung 19 angesteuert, wenn nach der Abfrage der Maximalwert Umax gelöscht werden kann.
  • Der invertierte Scheitelwertbildner 22 weist die Diode 28 auf sowie den Kondensator 29. Die Durchflußrichtung der Diode 28 ist jedoch umgekehrt. Der Kondensator dagegen liegt an einer Spannung von 15 V, die höher ist als die höchste vorkommenden Meßspannung, die zuvor mit 10 V angegeben worden ist. Das bedeutet, daß jede Verminderung des Meßwerts an dem Kondensator 29 als vergrößertes und bleibendes Spannungsgefälle erscheint, das als Minimalwert Umin am Ausgang des Speichers stehenbleibt. Mit 30 ist wiederum ein Schalter bezeichnet, durch den der Kondensator kurzgeschlossen und damit über Leitung 19 ein Löschsignal gegeben werden kann.
  • Der Tiefpass-Filter 23 besteht im wesentlichen aus Widerständen und Kondensatoren, die bekannt sind.
  • Es sollte erwähnt werden, daß die Schaltung nach Fig. 7 von der Beschreibung der Fig. 6 und dem in Fig. 6 gezeigten Flußdiagramm insofern abweicht, als hier die Extremwerte durch ihre absoluten Werte dargestellt werden. Um eine Übereinstimmung zwischen den Figuren 6 und 7 zu erlangen, besteht auch die Möglichkeit, die Meßwerte im Speicher 14 so zu verarbeiten, daß die Extremwerte den Differenzwert der gemessenen Extremwerte und deren Mittelwert darstellen. Dies kann auf zweierlei Art erreicht werden: Zum einen kann zwischen Punkt 38 und Spannungsfolger 33 sowie zwischen Punkt 38 und Spannungsfolger 34 ein Element geschaltet werden, das die Differenz zwischen dem aktuellen Meßwert und dem Mittelwert Umittel ermittelt. Ein derartiger Differentialverstärker ist in Fig. 8 mit 39 angegeben. Zum anderen können die Spannungsfolger 35 und 36 in Fig. 7 durch einen Differentialverstärker ersetzt werden, der an den Ausgang des Differentialverstärkers 37 angeschlossen ist und die Extremwerte Umax und Umin so verarbeitet, daß sie die Differenz zwischen den absoluten Extremwerten und dem Mittelwert darstellen.
    • BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG
    • 1
    Faden
    2
    Galette
    3
    Heizung
    4
    Galette
    5
    Meßwertgeber, Fadenzugkraftmesser
    6
    Treibwalze
    7
    Aufwicklung
    8
    Meßfühler
    9
    Komparatorschaltung
    10
    Komparator
    11
    Eingang
    12
    Widerstand
    13
    Eingang
    14
    Speicher
    15
    Parallel-/Serienwandler
    16
    Leitung
    17
    Rechner
    18
    Parallel-/Serienwandler
    19
    Leitung
    20
    Verstärker
    21
    Scheitelwertmesser
    22
    Scheitelwertmesser
    23
    Tiefpaßfilter
    24
    Fehlersignaleinrichtung
    25
    Diode
    26
    Kondensator
    27
    Schulter
    28
    Diode
    29
    Kondensator
    30
    Schalter
    31
    Scanner
    32
    Analog/Digital-Wandler
    33
    Spannungsfolger (Voltage Follower)
    34
    Spannungsfolger
    35
    Spannungsfolger
    36
    Spannungsfolger
    37
    Spannungsfolger
    38
    Punkt
    39
    Differenzverstärker

Claims (12)

  1. Verfahren zur zentralen Erfassung der laufend anfallenden Meßwerte einer Vielzahl von Meßstellen, die zur Übermittlung und Auswertung von Meßwerten nacheinander und in regelmäßigen Zeitabständen mit einer zentralen Datenerfassungs- und/oder Datenverarbeitungsanlage verbunden werden,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    an jeder Meßstelle innerhalb jedes Zeitabstandes die Maximalwerte und Minimalwerte der laufenden Meßwerte ermittelt und jeweils als Ausgangssignal gespeichert werden,
    und daß die gespeicherten Ausgangssignale in den vorgegebenen kurzen Zeitabständen durch die zentrale Datenerfassungsanlage abgefragt und erfaßt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die gespeicherten Ausgangssignale nach der Abfrage und Erfassung durch die zentrale Datenverarbeitungsanlage gelöscht werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    aus den vorkommenden Meßwerten oder dem Erfassungsbereich des Meßwertgebers eine begrenzte Bandbreite von Meßwerten als Meßbereich ausgewählt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Überschreiten des ausgewählten Meßbereichs als Fehler signalisiert wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    aus den Meßwerten laufend ein Mittelwert gebildet, gespeichert und abgefragt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Extremwerte durch Vergleich mit dem Mittelwert gebildet werden und vorzugsweise, daß ein Fehlersignal gegeben wird, wenn die auf diese Weise gebildeten Extremwerte eine als höchst zulässig vorgegebene Abweichung überschreiten.
  7. Verfahren nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die innerhalb eines Abfragezeitraums vorkommenden Extremwerte als größte Abweichung der Meßwerte vom Mittelwert ermittelt und gespeichert sowie abgefragt werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Mittelwert fortlaufend aus den aktuell gemessenen Daten und unabhängig von den Abfragezeiträumen ermittelt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Mittelwert dadurch gebildet wird, daß die laufend anfallenden aktuellen Meßwerte über einen Tiefpass-Filter gegeben werden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Extremwerte durch Scheitelwertmessung der aktuellen Meßwerte ermittelt werden.
  11. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der gesamte Meßbereich jeder Meßstelle in Meßstufen (I bis VIII) unterteilt wird,
    daß an jeder Meßstelle für Meßstufen, die von den anfallenden Meßwerten einer Stelle überreicht oder überschritten werden, jeweils ein Ausgangssignal (AI bis AVIII) erzeugt und gespeichert und zur Abfrage bereitgehalten wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    in Stufen zunehmende Referenzwerte jeweils einem Komparator zugeführt und darin mit dem Meßwert verglichen werden,
    und daß der jeweilige Komparator ein Ausgangssignal abgibt, wenn der Meßwert den Referenzwert zumindest annähernd erreicht oder überschreitet.
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