Die Erfindung betrifft eine Vomchtung zur Überwachung von Verarbeitungseinheiten für die Vorbereitung von Fasermaterial für die Spinnerei.

Ais Verarbeitungseinheiten im obengenannten Sinne sind beispielsweise Streckwerke für Faser¬ bänder, Karden und Kämmaschinen zu verstehen. Die Arbeit dieser Verarbeitungseinheiten ist für die Qualität des gesponnenen Garns ausschlaggebend. Deshalb ist es üblich, solche Ver¬ arbeitungseinheiten mit Überwachungen oder insbesondere auch mit Regelungen zu versehen, die dazu beitragen, aus dem jeweiligen Material am Eingang ein möglichst gutes Produkt am Ausgang der Verarbeitungseinheit herzustellen. Bei einem Streckwerk soll aus einem oder m- ehreren Bändern, die möglicherweise ungleichmässige Dicke oder Masse aufweisen, ein mög¬ lichst gleichmässiges Band am Ausgang erhalten werden. Bei einer Karde soll am Ausgang ein möglichst gleichmässiges, auch über seine Breite eine gleichmässige Dicke aufweisendes Vlies oder ein gleichförmiges Band ausgegeben werden. Die Überwachung besteht im einfachsten Falle darin, über Sensoren an der Verarbeitungseinheit, Daten über das Produkt oder das Aus¬ gangsmaterial zur Verfügung zu stellen, die beispielsweise eine Angabe darüber liefern, ob ein manueller oder maschineller Eingriff in die Verarbeitung notwendig ist. In einem aufwendigeren Falle umfasst die Überwachung auch eine Regelung des Ablaufes in der Verarbeitungseinheit.

Beispielsweise aus der WO 93/18213 ist eine Vorrichtung zur Regelung des Verzugs eines Streckwerkes bekannt, die eine weitestgehende Überwachung der Vorgänge im Streckwerk ermöglicht, indem in einer Regeleinheit eigentliche Regelvorgänge durchgeführt werden. Die Vorrichtung berücksichtigt dazu Messwerte, die von Sensoren erfasst werden sowie vorgegebe¬ ne Werte, die eingegeben werden.

Üblicherweise werden solche Vorrichtungen zur Überwachung von Verarbeitungseinheiten der genannten Art für den vorliegenden Fall genau passend ausgelegt und aufgebaut. Die Vorrich¬ tung wird somit beispielsweise ihrer Funktion nach insbesondere als Überwachung, als Rege¬ lung, als Überwachung mit Regelung, oder ihrer Aufgabe nach für eine Strecke, mit einer oder zwei Ablieferungen, für eine Karde oder für eine Kämmaschine usw. ausgelegt und aufgebaut. Damit ist jede Vorrichtung auf eine bestimmte Anwendung ausgerichtet und eventuell sogar für einen bestimmten Kunden und nach dessen Spezifikationen hergestellt.

Ein Nachteil dieser üblichen Art solche Vorrichtungen auszubilden besteht beispielsweise darin, dass diese Ausrichtung auf spezifische Anwendungen für den Hersteller solcher Vorrichtungen eine grosse Typenvielfalt ergibt Beim Versuch die Typenvielfalt einzuschränken, und die glei¬ chen Bauteile der Vorrichtung bei verschiedenen Anwendungen einzusetzen, kommt es dazu, dass diese Bauteile für diejenigen Kunden, die nur eine Vomchtung mit geringer Leistung wün¬ schen, trotzdem teuer sind, da diese im Hinblick auf höhere Leistungen ausgelegt sind. Damit zahlen sich einfache Vorrichtungen für geringere Bedürfnisse im Preis nicht aus.

Die Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, eine Vor¬ richtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die für Überwachungsaufgaben mit geringen Anforderungen eine entsprechend einfache Vomchtung vorsieht, die ebenfalls für aufwendigere Überwachungsaufgaben mitverwendet werden kann.

Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass für die Vomchtung ein Überwachungselement vorgesehen wird, mit Verbindungen zur Verarbeitungseinheit, mit einer Verbindung zu einer Eingabeeinheit, mit einer Verbindung zu einem gleichartigen Überwachungselement und mit einem Prozessor zur Ausübung von mindestens einer, vorzugsweise aber zwei Funktionen, wo¬ bei jede Funktion eigenen Gesetzmässigkeiten folgen kann. Dabei sind insbesondere die Gesetz¬ mässigkeiten der Funktionen über die Eingabeeinheit eingebbar und als Funktionen sind min¬ destens zwei Funktionen nämlich die reine Überwachung und die reine Regelung einer Verarbei¬ tungseinheit vorgesehen. Als reine Überwachung verstehen wir die passive Aufnahme von

Messwerten und eventuell deren Verarbeitung zu weiteren Werten. Als reine Regelung verstehen wir die aktive Beeinflussung des Verarbeitungsprozesses ausgehend von Messwerten. Sonst verstehen wir unter dem Begriff "Überwachung" in seiner allgemeinen Bedeutung alle Funktionen die zur Kontrolle eines Prozesses beitragen können. Der Begriff "Regelung" ist dann ein Spezial- fall des Begriffs "Überwachung". Als Verbindung zur Verarbeitungseinheit ist vorzugsweise ein Bus vorgesehen, der an mehrere Funktionseinheiten angeschlossen ist und diese in Serie verbindet, wobei das Überwachungselement bei Betriebsaufnahme zur Ausgabe von Adressen an die Teilnehmer ausgebildet ist. Funktionseinheiten sind jeweils Sensoren und Aktoren zuge¬ ordnet, die an der Verarbeitungseinrichtung angeordnet sind.

Mit anderen Worten besteht die Vorrichtung aus einem Überwachungselement oder Grundbau¬ stein, der Elemente für die alternative oder parallele Ausübung von zwei Hauptfunktionen aufweist. Als solche jeweils paarweise ausführbare Hauptfunktionen sind denkbar 2x reine Über¬ wachung, 2x reine Regelung oder 1x Regelung + 1x Überwachung. Der Grundbaustein weist dazu Schnittstellen auf für

- mehrere Sensoren und Aktoren,

- einen Bus als Verbindung zu einem gleichen Grundbaustein,

- einen weiteren Bus als Verbindung zu einem Ergänzungsbaustein für weitergehende Auswertungen,

- eine Stromversorgung,

- eine übergeordnete Maschinensteuerung,

- einen Kleinrechner und für

- Daten Ein- und Ausgabeeinheiten.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, dass damit eine einfache und kostengünstige Vomchtung für Anwendungen ohne grosse Anforderungen, und ebenfalls eine zur Ausübung mehrerer raffinierter Funktionen ausgebildete Vorrichtung bereit¬ gestellt werden kann, die entsprechend mehr kostet Für die erfindungsgemässe Vomchtung ist ein Aufwand zu erwarten, der annähernd proportional zu den Forderungen ist, die an die Vor-

richtung bezüglich Leistung usw. gestellt werden. Für den Hersteller ergeben sich Vorteile logisti- scher Art, dadurch dass einzelne Teile in verschiedenen Vorrichtungen verwendet werden kön¬ nen und somit die Lagerhaltung vereinfacht wird. Der Funktionsumfang der Vorrichtung lässt sich damit noch viel genauer an die Kundenwünsche anpassen und auch in bezug auf die Kosten dem Kunden verrechnen. Verschiedene Konzepte der Überwachung und Regulierung lassen sich in beliebiger kombination realisieren.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispiels und mit bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert Es zeigen

Figur 1 eine vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemassen Vorrichtung für eine Überwa¬ chung,

Figur 2 eine Darstellung gemäss Fig. 1 für eine Überwachung mit Regelung,

Figur 3 eine Regelung einer Strecke im offenen und geschlossenen Regelkreis,

Figur 4 eine Überwachung und Regelung einer Karde,

Figur 5 in schematische Darstellung einer Überwachung und Regelung für eine Strecke mit zwei Ablieferungen,

Figuren 6 und 8 je eine Vomchtung mit einem Ergänzungsbaustein für weitergehende Auswer¬ tungen für Überwachungsfunktionen mit unterschiedlichen Bedienungseinheiten,

Figur 7 und 9 je eine Vomchtung gemäss Fig. 6 für eine Strecke mit zwei Ablieferungen und

Figur 10 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Überwachungselementes oder Grundbausteines.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Verarbeitungseinheit 1 in der ein Verarbeitungs- prozess durchgeführt wird. Dieser wird auf ein Material 2 ausgeübt, das über einen Eingang 3 zu¬ geführt wird. An einem Ausgang 5 wird ein Produkt 4 ausgegeben, das hier in einen Behälter 6 gelangt Die Verarbeitungseinheit 1 kann als Streckwerk, wie hier insbesondere dargestellt, als Karde oder als Kämmaschine ausgebildet sein, wobei man davon ausgehen kann, dass die Karde und die Kämmaschine Prozesse durchführen, die dem Streckprozess ähnlich sind, weil dabei eben Material auseinandergezogen wird, so dass das Produkt 4 in einer Richtung eine grössere Dimension aufweist als das Material 2 am Eingang 3. Das Material 2 kann wie hier gezeigt eine Mehrzahl von Bändern oder ein Vlies sein. Das Produkt 4 kann ebenfalls ein Band oder ein Vlies sein. Zwischen dem Ausgang 5 und dem Behälter 6 ist ein Messorgan 7, hier ins¬ besondere als Bandmessorgan abgebildet angeordnet, das beispielsweise die Masse und die Gleichmässigkeit des Produktes 4 erfasst Das Messorgan 7 ist über eine Leitung 8 mit einem Überwachungselement 9 verbunden, das zur Auswertung von Messwerten ausgebildet ist und aus einem Auswerteteil 9a und einer Anzeige* und Eingabeeinheit 9b besteht. Ein weiteres Messorgan 10, hier als Impulsgeber ausgebildet, der die Liefergeschwindigkeit des Produktes 4 angibt, ist über eine Leitung 11 ebenfalls mit dem Uberwachungselement 9 verbunden. Daran ist auch ein Bus 12 angeschlossen, der mit verschiedenen Sensoren und/oder Aktoren 12a, 12b, 12c, usw. verbunden ist und über den beispielsweise die Stellung verschiedener Elemente, Schalter usw. beeinflusst oder an die Überwachungseinheit 9 gemeldet wird. So kann der Bus 12 Ereignisse aus der Verarbeitungsmaschine melden oder daran auslösen, indem das Überwa¬ chungselement 9 ein entsprechendes Signal an den Bus 12 abgibt. Solche Ereignisse sind bei¬ spielsweise Meldungen über offene Türen oder Klappen, Melden oder Auslösen eines Kannen¬ wechsels usw.

Fig. 2 zeigt als Beispiel einer Verabeitungseinheit eine Strecke 13, stromaufwärts davon ein Messorgan 14 und stromabwärts davon eine Messorgan 15 und ein Behälter 16 für das Produkt. Wie bereits aus Fig. 1 bekannt, ist das Messorgan 15 über Leitungen 17 und 18 mit einem Über¬ wachungselement 19 verbunden, an das wiederum ein Bus 20 für die gleichen Funktionen wie in

Fig. 1 für den Bus 12, angeschlossen ist. Über Leitungen 21 und 22 gibt das Messorgan 14 Messwerte, hier beispielsweise einen Wert für die Dicke oder Masse der Bänder 23 und einen Wert für die Geschwindigkeit an das Überwachungselement 19 ab. in diesem Falle ist das Über¬ wachungselement 19 für eine Überwachung im Sinne einer Verarbeitung und Ausgabe von Messwerten und für eine Regelung ausgebildet. Deshalb ist es über eine Leitung 24 mit einem Servoantrieb 25 verbunden. Dieser kann über eine Verbindung 26, die hier eine Welle sein kann, in die Verarbeitung eingreifen. Über eine Leitung 27 kann eine Rückmeldung vom Servoantrieb 25 an das Überwachungselement 19, z. B. über die aktuelle Stellung des Servoantriebes 25 erfolgen. Das Messorgan 14, die Leitungen 21, 22, das Überwachungselement 19, die Leitung

24, der Servoantrieb 25, die Verbindung 26 und die Strecke 13 bilden zusammen einen offenen Regelkreis.

Fig. 3 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig. 2, die auch viele gleiche Elemente aufweist. Diese sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Neu ist hier ein Bandmessorgan 28, das bei¬ spielsweise kapazitiv arbeitet und über eine Leitung 29 mit dem Überwachungselement 19 ver¬ bunden ist. Ein Drehzahlgeber 30 ist hier an der Strecke 13 angeordnet und ebenfalls über eine Leitung 31 mit dem Überwachungselement 19 verbunden. Diese Anordnung eignet sich für die Regelung mit einem offenen und einem geschlossenen Regelkreis. Der offene Regelkreis wird durch die Strecke 13, das Bandmessorgan 28, das Überwachungselement 19, den Servoantrieb

25, die Verbindung 26 und die Leitungen 24, 29, 31 gebildet. Der geschlossene Regelkreis wird durch das Messorgan 15, die Leitungen 17, 18, das Überwachungselement 19, die Leitung 24, den Servoantrieb 25 und die Verbindung 26 gebildet.

Fig. 4 zeigt als Verarbeitungseinheit eine Karde 32 mit einem Messorgan 33 am Ausgang, das über Leitungen 34 mit einem Überwachungselement 35 verbunden ist. Dieses ist über eine Lei¬ tung 37 mit einem Servoantrieb 38 verbunden, der über eine Verbindung 39 mit einer Speisewal- ze 40 verbunden ist und deren Drehgeschwindigkeit beeinflussen kann. Auch hier ist ein Bus 36 für die für Fig. 1 bekannten Funktionen angeschlossen. Hier liegt eine Regelung über einen geschlossenen Regelkreis, also über die Speisewalze 40, vor. Zusätzlich ist eine reine Überwa-

chung des Bandes 41 über das Messorgan 33 vorhanden. In diesem Beispiel arbeitet das Mess¬ organ 33 parallel nach zwei verschiedenen Messprinzipien und weist auch zwei Messorgane auf. So kann das eine Messorgan für die Regelung und das andere Messorgan für die reine Ausgabe von Messwerten vorgesehen sein.

Mit weiter vereinfachten schematischen Darstellungen sind in den nachfolgenden Figuren weite¬ re Ausbildungen der erfindungsgemassen Vomchtung dargestellt.

Fig. 5 zeigt zwei gleichartige Überwachungselemente 42a, 42b, die über eine Venbindung 43 elektrisch miteinander verbunden sind. Die Verbindung 43 ist als Bus ausgebildet und umfasst auch die notwendigen Anschlüsse und Schnittstellen an den beiden Überwachungselementen 42a, 42b. Eines davon ist mit einer Speisung 44 versehen, die in an sich bekannter Weise am Stromnetz angeschlossen sein kann. Diese Anordnung eignet sich insbesondere für ein Streckwerk mit zwei Ablieferungen, was sich in zwei Messorganen 45 und 46 für ein Band aus¬ drückt, die je an eines der Überwachungselemente 42a, 42b angeschlossen sind. Jedes Uberwa¬ chungselement 42a, 42b weist Eingänge 47a, 47b für weitere Sensoren 48, 49 sowie für einen Bus 50, 51 als Verbindung zu weiteren Sensoren und Aktoren oder Schaltelementen oder zu einer übergeordneten Maschinensteuerung, beispielsweise der Steuerung der Spinnmaschine, der eine Strecke vorgelagert ist usw., auf. Jede Überwachungseinheit 42a, 42b hat auch eine Schnittstelle 52 für den Anschluss eines sogenannten PC oder Personal-Computers. Auch hier fehlen Anschlüsse 53 für je einen Servoantrieb 54 nicht.

Fig. 6 zeigt ein Uberwachungselement 42 wie es aus der Fig. 5 bereits bekannt ist Hier ist es über den Bus 43 mit einem Ergänzungselement 55 für weitergehende Auswertungen verbunden. Dieses weist auch einen Anschluss 56 für ein Datensystem auf, mit dem beispielsweise der gesamte Produktionsprozess in der Spinnereivorbereitung überwacht werden kann. Hier ist im Überwachungselement 42 auch ein weiterer Ausgang 57 für eine eigene, dem Überwachungs¬ element 42 zugeordnete Bedienungseinheit 58 vorgesehen. Mit dieser Ausführung kann eine Überwachung des Produktes der Verarbeitung stattfinden, die sehr viele Daten liefert, die sta-

tistisch aufbereitet sind. Beispielsweise können damit Dickstellen gemeldet und Spektrogramme, Längenvariationskurven usw. ermittelt und ausgegeben werden.

Fig. 7 zeigt eine Ausführung, die auf der Ausführung gemäss Fig. 6 aufbaut. Insbesondere weist sie zwei Überwachungselemente 42a, 42b und ein Ergänzungselement 55 für weitergehende Auswertungen auf, das hier auch die Speisung 44 aufweist. Das Ergänzungselement 55 ist über einen Bus 59 nur mit der Überwachungseinheit 42a verbunden. Diese Ausführung eignet sich für die Überwachung mit Regelung von Strecken mit zwei Ablieferungen und die Ausgabe vieler, auch statistischer Daten.

Fig. 8 zeigt eine Ausführung gemäss Fig. 6, mit einem Anschluss 60 für einen externen Rechner, der beispielsweise der Rechner einer an die Verarbeitungseinheit angeschlossenen Maschine oder der Rechner eines ganzen Produktionssystems sein kann. Dieser Anschluss ist am Ergän¬ zungselement 55 vorgesehen.

Fig. 9 zeigt dieselbe Ausführung der Vomchtung wie in Fig. 7 aber mit dem Anschluss 60 an den externen Rechner, wie er aus der Fig. 8 bekannt ist.

Fig. 10 zeigt den Aufbau eines Überwachungselementes 9, 19, 35, 42. Zentraler Baustein davon ist ein Mikroprozessor 61, der über einen Bus 62a Verbindungen mit einer Anzeigeeinheit 63 und über einen Bus 62b Verbindungen mit Digital/Analog-Wandlem 64, 65 und einem Speicher 66 aufweist. Eingangsstufen 67, 68 mit Filtern sind dem Wandler 65 vorgeschaltet, so dass damit Verbindungen zur Verarbeitungseinheit 1 gegeben sind, über die Daten in das Überwachungs¬ element 9, 19, 42 eingegeben werden können. Die Eingangsstufen 67, 68 bilden somit Anschlüs¬ se oder Eingänge für Sensoren, die ein analoges Signal abgeben. Ausgangsstufen 69, 70 mit Filtern sind dem Wandler 64 vorgeschaltet, so dass damit Daten oder Instruktionen aus dem Überwachungselement 9, 19, 42 ausgegeben werden können. Die Ausgangsstufen 69, 70 bilden somit Anschlüsse für Aktoren. Weitere Anschlüsse 71, 72, 73 sind über Leitungen 74, 75, 76 direkt mit dem Mikroprozessor 61 verbunden. Diese Anschlüsse 74, 75, 76 eignen sich insbeson-

dere als Eingänge für Signale, die als Impulse anliegen, also bereits digital voriiegen. Über einen Datenbus 77 und einen Adressbus 78 ist der Mikroprozessor 61 mit einem Speicher 79 mK belie¬ bigem Zugriff (RAM) und einem elektronisch löschbaren Speicher (Flash-EPROM) 80 verbunden. Der Datenbus 77 ist auch an Treiber 81 und 82 angeschlossen, die mehrere Ausgänge 83 auf¬ weisen, die Verbindungen zu weiteren Überwachungselementen, zu Ergänzungselementen und zu anderen Rechnern usw. bilden.

Die Eingabeeinheit 63 besteht aus einem Mikroprozessor 86, der über je einen Bus 87, 88, 89 mit einer Tastatur 90 und Anzeigen 91, 92 verbunden ist.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemassen Vomchtung ist wie folgt:

Vor dem Betrieb der Vorrichtung muss diese mit einem Programm versehen werden, das für eine auszuübende Funktion die Gesetzmässigkeiten angibt Dieses Programm kann aus einem Com¬ pute- oder einem PC-Rechner über die Verbindungen 82 und einen Treiber 81, 82 in den Spei¬ cher 79 geladen werden. Dasselbe gilt für Werte, Schwellwerte usw. die für das Programm ge¬ wählt und eingegeben werden können. Wenn das Programm geladen ist besteht aber auch die Möglichkeit, bestimmte Werte, Funktionen oder Betriebszustände über die Tastatur 90 der An¬ zeigeeinheit 63 vorzugeben. Wenn die Funktionen und die vorgegebenen Werte eingegeben sind, kann die Vomchtung arbeiten. Sie arbeitet dann im Sinne der eingegebenen Funktion als Überwachung, als Regelung mit offenem oder geschlossenem Regelkreis usw.

Wenn in der Verarbeitungseinheit 1 die Verarbeitung des Materials 2 durchgeführt wird, können beispielsweise Eigenschaften des Produktes 4 und der Verarbeitungseinheit 1 durch Messorga¬ ne 7, 10 erfasst und in elektrische Signale umgewandelt werden, die über Leitungen 8, 11 dem Überwachungselement 9 zugeführt werden. Dort treffen sie beispielsweise über eine der Ein¬ gangsstufen 67, 68 oder einen der Anschlüsse 71, 72, 73 ein und werden dem Mikroprozessor 61 zugeführt. Dieser übt die gespeicherte Funktion aus.

Ist die gespeicherte Funktion eine Überwachungsfunktion wie sie für die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zutreffen mag, so erhält das Überwachungselement 9 vom Messorgan 7 Werte für die augenblickliche Masse eines Bandes sowie Werte oder Impulse, die die augenblickliche Gechwindigkeit des Bandes oder Produktes 4 angeben. Der Mikroprozessor 61 vergleicht nun diese Werte, wie es das gespeicherte Programm vorgibt beispielsweise mit vorgegebenen Schwellwerten und gibt, falls solche Schwellwerte überschritten werden, ein entsprechendes Signal an die Eingabeeinheit 63 und die Anzeige 92. Die Bedienungsperson kann dann an der Anzeige 92 Werte ablesen, die beispielsweise die aktuelle Qualität des Produktes oder einen Betriebszustand der Vorrichtung angeben. Über die Anzeige 92 können aber auch Werte ange¬ zeigt werden, die aus den gemessenen Werten abgeleitet sind, beispielsweise statistisch er¬ mittelte Werte wie sie für ein Spektrogramm oder eine Längenvariationskurve gebraucht werden. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass bei überschrittenen Schwellwerten ein Signal über den Bus 12 an ein Schattelement abgegeben wird, das damit betätigt wird und beispielsweise die Verarbeitungseinheit abstellt.

Bei einer Verarbeitungseinheit mit einer Überwachung und einer Regelung wie sie aus der Fig. 2 bekannt ist, laufen die gleichen Vorgänge wie für die Vorrichtung gemäss Fig. 1 beschrieben ab. Zusätzlich ist aber im Speicher 79 ein Programm für eine Regelung gespeichert, das Werte aus den Leitungen 21, 22und 27 verwendet und aus denen die Geschwindigkeit des eintreffenden Materiales und die augenblickliche Dicke oder Masse des Materials ermittelt werden. Daraus errechnet der Mikroprozessor 61 mit dem Programm Werte für einen Eingriff in die Ver- arbeituπgseinheit, hier die Strecke 13. Der Eingriff wird durch Werte ausgelöst, die beispiels¬ weise über den Wandler 64, eine der Ausgangsstufen 69, 70 und Leitung 24 dem Servonatrieb 25 zugeführt werden, der auf einen Antriebsmotor im Streckwerk 13 oder einen Antrieb für ein Differentialgetriebe in an sich bekannter Weise wirkt.