Bundrechner – V00/00.00.00 vom 02.04.2009
In der Maschinen-/Anlagentechnik wurden die Bundrechner am Anfang der SPS-Steuerungen von entsprechenden Baugruppen/Regelungskarten ausgeführt, weil die SPS-Technologie noch nicht so leistungsfähig war. Heute existieren weiterhin entsprechende Regelungskarten oder Zusatzmodule für Umrichtersysteme, die eingesetzt werden. Es wird allerdings entsprechendes Fachwissen benötigt.
Durch die aktuellen SPS-Systeme werden häufig die Aufgaben eines Bundrechners mit dem SPS ausgeführt, um die Kosten zu senken (z.B. einsparen der Regelungskarten), damit die Technologie auch für SPS-Programmierer zugänglich ist, und sich nicht nur Spezialisten in der Regelungs-/Antriebstechnik vorbehalten bleibt.
Für die Berechnung des Durchmessers und des daraus resultierenden Umfangs werden folgende Methoden am häufigsten verwendet, die wir kurz im Anschluss weiter beschreiben:
- Berechnung aus der Materialgeschwindigkeit und der Drehzahl vom Wickeldorn
- Berechnung aus dem Materialweg und der Winkelposition vom Wickeldorn
- Vom Vorgbedurchmesser die Materialdicke entsprechend dem Durchmesser erhöhen/vermindern nach x-Windungen
- Messung des Durchmesser über Sensoren
Berechnung über Geschwindigkeit
Das Prinzip der Durchmesserberechnung über die Materialgeschwindigkeit und der Wickeldorndrehzahl beruht auf folgender Formel:
Aus der Formel können Sie erkennen, dass die Materialgeschwindigkeit durch die Drehzahl vom Wickel geteilt wird, wodurch der Ringumfang berechnet wird. Um den Durchmesser zu erhalten, wird noch der Wert PI einbezogen.
Hierzu das SPS-Programm als kleiner FC-Baustein:
Bei dieser Methode sind die Nachteile, daß es durch Materialschlupf und niedriege Geschwindigkeiten bei der Beschleunigung/Verzögerung zu Messfehlern kommt, die sich direkt auf das Ergebnis auswirken. Dabei sind Fehler von 100/200% keine Seltenheit. Der Anfangsdurchmesser wird nicht berücksichtigt.
Die Firma Gersch SPS-Technik hat einen Baustein entwickelt, der die kurzen, äusseren Einflüsse/Systemeigenschaften der Messdaten berücksichtigt, und bei korrekten Einstellungen Sprünge in der Durchmesserausgabe nicht zuläst. Damit nähert sich der berechnete Durchmesser der Einstellung an.
Weitere Informationen finden Sie in der entsprechenden Beschreibung.
Berechnung über den Materialweg
Das Prinzip der Durchmesserberechnung über den Materialweg ist so ähnlich, wie bei der Berechnung über die Materialgeschwindigkeit, wobei diese Methode immer dann angewendet werden sollte, wenn niedrige Materialgeschwindigkeiten erwartet werden oder ein ständiges Beschleunigen/Verzögern benötigt wird.
Die einfachste Methode, den Wickelumfang über den Materialweg zu berechnen wäre, daß der Materialweg nach jeder Wickel/Ring Umdrehung neu gemessen wird. Dieses kann über einen Sensor an der Welle, der die Umdrehung erfasst, gemessen werden.
Bei jeder neuen positiven Flanke vom Sensor, wird der ermittelt Materialweg als aktueller Umfang genommen,und die Messung neu gestartet.
Diese Methode hat den großen Nachteil, da der Durchmesser nur nach jeder Windung aktualisiert wird, und es bei Ungenauigkeiten durch die SPS-Zykluszeit zu entsprechenden Abweichungen kommt.
Weiter wird der Vorgabedurchmesser nicht berücksichtigt.
Die Firma Gersch SPS-Technik hat einen FC-Baustein entwickelt, wobei der Vorgabedurchmesser berücksichtigt wird. Hier kann auch eingestellt werden kann, wie häufig der Durchmesser pro Umdrehung aktualisiert werden soll. Zusätzlich sind weitere Massnahmen integriert, um Fehlmessungen zu unterdrücken.
Damit wird vehindert, daß der Durchmesser sich nicht sprunghaft nach entsprechender Einstellung ändern kann. Weitere Informationen finden Sie in der entsprechenden Beschreibung.
Berechnung über Materialdicke
Bei dieser Methode wird der genaue Anfangsdurchmesser benötigt, um dann pro Umdrehung den Durchmesser entsprechend der Materialdicke zu erhöhen oder zu vermindern. Die Nachteile liegen in der Ungenauigkeit durch die Materialbeschaffenheit, der Vorgabe vom Anfangsdurchmesser, und darin, daß die Aktualisierung der Berechnungen pro Windung nur einmal erfolgt. Wir empfehlen daher die Berechnungen über den Materialweg umzusetzen.
Berechnung über Sensoren
Eine einfache und gute Methode ist die Messung über Abstandssensoren, wodurch immer der aktuelle Durchmesser zur Verfügung steht. Der Sensor wird entsprechend an der Anlage montiert, sodaß das Sensorsignal auf die Mitte vom Ring ausgerichtet ist. Der SPS-Programmierer braucht damit nur das Wegsignal zum Normieren/Skalieren.
Auch dieses System hat seine Nachteile. Der größte Nachteil entsteht dann, wenn zwischen Ring und Sensor etwas dazwischen kommt (z.B. Störkörper, Bedienpersonal), oder das Material mal vom Ring absteht. Denn so erhält die Steuerung die verkehrten Messerwerte. Ein weiterer Nachteil ist, wenn der Ring nicht einen Kreis sondern mehr die Form von einem Reckteck annimmt. Dann schwankt das Messignal durch die vorhandenen Ecken immer hin und her. Ein mechanisches Problem ist es, wenn unterschiedlich breite Ringe auf den Anlagen verarbeitet werden. Die kann dazu führen kann, daß der Sensor immer wieder verschoben werden muss, oder der Anlagenbediener die Ringe entsprechend ausrichten muss, was nicht immer gewährleistet ist.
Die Firma Gersch SPS-Technik empfehlt die Berechnungen des Druchmessers über die Materialeigenschaft oder den Materialweg durchzuführen, weil sich diese System entsprechend bewährt haben.Besonders mit den von uns entwickelten SPS-Programmbausteinen.