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EP1409388A1 - Verfahren zur steuerung eines rollenspeichers und rollenspeicher zum speichern blättförmiger gegenstände - Google Patents

Verfahren zur steuerung eines rollenspeichers und rollenspeicher zum speichern blättförmiger gegenstände

Info

Publication number
EP1409388A1
EP1409388A1 EP02754233A EP02754233A EP1409388A1 EP 1409388 A1 EP1409388 A1 EP 1409388A1 EP 02754233 A EP02754233 A EP 02754233A EP 02754233 A EP02754233 A EP 02754233A EP 1409388 A1 EP1409388 A1 EP 1409388A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
film
drum
motor
tension
winding drum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP02754233A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1409388B1 (de
Inventor
Ulrich Neumann
Wolfgang Moritz
Michael Robrecht
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.)
Wincor Nixdorf International GmbH
Original Assignee
Wincor Nixdorf GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wincor Nixdorf GmbH and Co KG filed Critical Wincor Nixdorf GmbH and Co KG
Publication of EP1409388A1 publication Critical patent/EP1409388A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1409388B1 publication Critical patent/EP1409388B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • B65H18/00—Winding webs
    • B65H18/08—Web-winding mechanisms
    • B65H18/10—Mechanisms in which power is applied to web-roll spindle
    • B65H18/103—Reel-to-reel type web winding and unwinding mechanisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H23/00—Registering, tensioning, smoothing or guiding webs
    • B65H23/04—Registering, tensioning, smoothing or guiding webs longitudinally
    • B65H23/18—Registering, tensioning, smoothing or guiding webs longitudinally by controlling or regulating the web-advancing mechanism, e.g. mechanism acting on the running web
    • B65H23/1806—Registering, tensioning, smoothing or guiding webs longitudinally by controlling or regulating the web-advancing mechanism, e.g. mechanism acting on the running web in reel-to-reel type web winding and unwinding mechanism, e.g. mechanism acting on web-roll spindle
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B65H2301/41—Winding, unwinding
    • B65H2301/419—Winding, unwinding from or to storage, i.e. the storage integrating winding or unwinding means
    • B65H2301/4191—Winding, unwinding from or to storage, i.e. the storage integrating winding or unwinding means for handling articles of limited length, e.g. AO format, arranged at intervals from each other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B65H2701/00—Handled material; Storage means
    • B65H2701/10—Handled articles or webs
    • B65H2701/19—Specific article or web
    • B65H2701/1912—Banknotes, bills and cheques or the like

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a roll storage device for storing sheet-shaped objects, in particular banknotes, between the winding layers of a band-shaped film which are between a film drum driven by a first motor and comprising a film supply roll and a winding current driven by a second motor and storing the sheet-shaped articles - Mel is spooled back and forth.
  • Roll storage is often used in ATMs because it enables the same banknotes to be stored and dispensed in a simple manner.
  • the incoming banknotes are wound one after the other onto the winding drum between the winding layers.
  • the speed of the winding drum can be adapted, for example, depending on the banknotes counted.
  • the banknotes are dispensed or dispensed, they are unwound again from the winding drum according to the "last in, first out” principle, the film running onto the film drum.
  • Friction brakes have the disadvantage, however, that they have high changes in the friction torque, especially after have longer breaks in operation or due to temperature changes during longer operation. In order to compensate for this, ie to always ensure a safe operating state, comparatively high friction torques must be set, which in turn lead to corresponding wear on the entire mechanics, so that frequent maintenance and adjustment of the friction torque is required. In addition, there is a correspondingly high loss of energy.
  • the invention has for its object to provide a method of the type mentioned in which, while avoiding the disadvantages mentioned above, a loop formation of the film can be reliably avoided and an energy-saving operation of the roll memory can be ensured.
  • This object is achieved in that the tension of the film is regulated to a predetermined target value.
  • the actual value of the film tension must be recorded for the control. This can be done by directly measuring the film tension, for example by using strain gauges. However, the actual value of the film tension can also be calculated indirectly from the determined power consumption of the first motor and the current radius and moment of inertia of the film drum.
  • roller stores are generally used in higher-level devices, for example money processing devices, such as in automatic cash safes or in money recycling systems.
  • the roll store must be able to store and output banknotes at a speed corresponding to the processing speed of the banknotes in the higher-level device.
  • the peripheral speed of the winding drum can be regulated to a predetermined target value.
  • the storage and output speed of the roll memory can be flexibly adapted to changes in the higher-level system.
  • such a regulation can reduce the distances between the sheets or banknotes to be stored to a minimum. This in turn leads to a higher storage capacity of the roll memory.
  • the physically coupled control loops for the film tension and the peripheral speed of the winding drum are mathematically decoupled by a mathematical filter network, after which, based on the actual values determined for the film tension and the peripheral speed of the winding drum, the speed of the Foil drum and the specified system parameters, the control signals for the first and the second motor can be calculated.
  • the invention further relates to a roller store for carrying out the method described above according to claims 8 to 16.
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of the essential elements of the roll memory according to the invention and their connection to a control device
  • FIG. 5 shows a simplified physical block diagram of the controlled system of the roller store shown in FIG. 4 without the motors
  • Figure 6 is a mathematical block diagram of the roll memory
  • Figure 7 is a mathematical block diagram of the roll memory with decoupling filter.
  • FIG. 1 comprises a housing 10 in which a film drum, generally designated 12, and a winding drum, designated 14, are rotatably mounted about axes 16 and 18, which are parallel to one another.
  • the film drum 12 has a drum core 20, onto which a band-shaped, plastic film 22 can be wound to form a winding 24, the minimum and maximum diameters of the film winding 24 being indicated in FIG. 1.
  • the film 22 runs from the film drum 12 via stationary deflection rollers 26 and a movable deflection roller 28 to the winding drum 14, where it runs onto a drum core 30 of the winding drum 14 and forms a storage winding 32.
  • the movable deflection roller 28 is in each case by means not shown on the deflection catch the winding drum 14 held.
  • the positions of the movable deflection roller 28 with a minimum radius and maximum radius of the winding drum 14 are also indicated in FIG. 1.
  • a transport link 36 is used which, like the movable deflection roller 28, is adjustable is.
  • Fig. 4 shows the essential elements of the roll memory and their link to a control and regulating device.
  • the elements corresponding to the illustration in FIGS. 1 to 3 are also provided with the same reference numerals.
  • the drum core 20 of the film drum 12 is connected to a shaft 38 which carries a belt gear 40. This is coupled to the drive pinion 44 of an electric motor 46 via a toothed belt 42.
  • the drum core 30 of the winding drum 14 is connected to a shaft 48 which carries a belt gear 50. This is connected via a toothed belt 52 to the drive pinion 54 of a second electric motor 56.
  • Each of the electric motors 46 and 56 is equipped with an encoder 58 and 60, e.g. coupled to an incremental decoder, the output signal of which is fed to a control device 62.
  • the control device 62 receives a further input signal from a strain gauge 64, which is used to measure the actual value of the film tension, the current film tension also being able to be determined in another way, as was explained above.
  • control device 62 determines control signals for the motors 46 and 56 in order to drive them in such a way that the predetermined target values for the film tension and the peripheral speed of the winding drum 14 are observed.
  • FIG. 5 shows the coupling between the manipulated variables and the controlled variables of the system.
  • the formula symbols in FIG. 5 denote the following quantities:
  • the control variables are the film tension F and the peripheral speed v g of the winding drum 14.
  • the control variables are the motor torques MF and MG.
  • the torque MF of the film drum motor 12 also acts on the speed VG of the winding drum via the film tension F that is actually to be influenced.
  • the torque MG of the winding drum motor 56 should primarily only regulate the peripheral speed VG of the winding drum 14. But here, too, there is an effect on the film tension, since this should be generated by a difference in the peripheral speeds of the film drum 12 and the winding drum 14.
  • the coupling between the manipulated and controlled variables is represented by the mathematical block diagram according to FIG. 6.
  • Gi (s) denotes the transfer functions that describe the dynamic behavior of the system.
  • the arrows show the coupling paths between the manipulated variables MF, MG and the controlled variables F, v g .
  • Va (ß) -G ⁇ (s) V «(s) -Ga (s)
  • winding and unwinding the film also changes the radii of the drums and the associated moments of inertia.
  • the changing radii and moments of inertia result in a non-linear system behavior.
  • the change in the radii can be approximately described by an Archimedean spiral:
  • r o meikem radius of the drum without foil, d. H . radius
  • the angular position ⁇ of the drums can be determined by measuring and integrating the angular velocity of the motors 46 and 56.
  • the moment of inertia of the film is determined using the radii previously determined and the material properties of the film 22:
  • the respective film roll 24, 32 is regarded as a hollow cylinder which is placed on the respective drum core 20 or 30.
  • the moments of inertia of the drum cores 20, 30 are constants and are determined from the design data.
  • control concepts known from the literature such as, for example, cascade controls or state controls with an observer, can be used. Regardless of the respective direction of rotation, the motor 56 then only sets the desired winding speed v g on the winding drum 14.
  • the film drum motor 56 is solely responsible for maintaining the desired film tension F.
  • Shares of an incremental encoder 58 in the film drum motor 46 can also be used as a simple pulse generator or counter, which is incremented or decremented with each full rotation of the film drum 12, since the moment of inertia of the film drum 12 changes only relatively little with each rotation and therefore for control purposes of the entire system, the determination of the film drum speed is not absolutely necessary.
  • a strain gauge 64 is used to measure the film tension.
  • the actual value of the film tension can also be determined indirectly by measuring the current in the motor 46 and by calculating the radius and the moment of inertia of the film drum 12.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Controlling Rewinding, Feeding, Winding, Or Abnormalities Of Webs (AREA)

Abstract

Bei einem Verfahren zur Steuerung eines Rollenspeichers (10) zum Speichern blattförmiger Gegenstände (34), insbesondere Banknoten zwischen den Wickellagen einer bandförmigen Folie (36), die zwischen einer von einem ersten Motor (16) angetriebenen, einem Folienvorratswickel umfassenden Folientrommel (12) und einer von einem zweiten Motor (18) angetriebenen, die blattförmigen Gegenstände speichernden Wickeltrommel (14) hin- und hergespult wird, wird die Spannung der Folie auf einen vorgegebenen Soll-Wert geregelt.

Description

Verfahren zur Steuerung eines Rollenspeichers und Rollenspeicher zum Speichern blattförmiger Gegenstände
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Rollenspeichers zum Speichern blattförmiger Gegenstände, insbesondere Banknoten, zwischen den Wickellagen einer bandförmigen Folie, die zwischen einer von einem ersten Motor angetriebenen, einen Folienvorratswickel umfassenden Folientrommel und einer von einem zweiten Motor angetriebenen, die blattförmigen Gegenstände speichernden Wickeltrom- mel hin und her gespult wird.
Rollenspeicher werden häufig in Geldautomaten verwendet, da sie auf einfache Weise das Einspeichern und Ausgeben derselben Banknoten ermöglichen. Beim Befüllen oder Einspeichern werden die ankommenden Banknoten nacheinander auf die Wickeltrommel zwischen die Wickellagen gewickelt. Die Drehzahl der Wickeltrommel kann dabei beispielsweise abhängig von den gezählten Banknoten angepaßt werden. Beim Entspei- ehern bzw. Ausgeben der Banknoten werden diese nach dem Prinzip "Last in, First out" wieder von der Wickeltrommel abgewickelt, wobei die Folie dabei auf die Folientrommel aufläuft .
Damit das Hin- und Herspulen der Folie nicht dazu führt, daß die Folie aus einer vorhandenen seitlichen Führung herausläuft, muß die Folie stetig unter Zug gehalten werden, um eine Schlaufenbildung zu vermeiden.
Eine möglichst gleichmäßige Zugspannung in der Folie läßt sich beispielsweise durch eine in beide Richtungen wirkende Reibbremse erreichen. Reibbremsen haben aber den Nachteil, daß sie hohe Änderungen im Reibmoment, insbesondere nach längeren Betriebspausen oder auch durch Temperaturänderungen bei längerem Betrieb aufweisen. Um dies zu kompensieren, d.h. immer einen sicheren Betriebszustand zu gewährleisten, müssen vergleichsweise hohe Reibmomente einge- stellt werden, die wiederum zu einem entsprechenden Verschleiß an der gesamten Mechanik führen, so daß eine häufige Wartung und Nachstellung des Reibmomentes erforderlich ist . Außerdem tritt ein entsprechend hoher Energieverlust auf .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem unter Vermeidung der vorstehend genannten Nachteile eine Schlaufenbildung der Folie zuverlässig vermieden und ein energiesparender Betrieb des Rollenspeichers gewährleistet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spannung der Folie auf einen vorgegebenen Soll-Wert geregelt wird.
Durch die Regelung der Folienspannung oder Folienzugkraft auf einen vorgegebenen niedrigen Wert, beispielsweise 10 Newton, kann eine längere Lebensdauer der Folie garantiert werden. Häufig beobachtete Reckvorgänge, die insbesondere an den Rändern der Kunststoffolien auftreten und zu Rissen an den Folienrändern oder wegen der ungleichmäßigen Längung der Folie zum Ablaufen der Folie aus ihrer Spur führen, lassen sich dadurch vollständig eliminieren. Dadurch daß ein niedriger Wert für die Folienspannung vorgegeben und eingehalten werden kann, können Antriebsmotoren mit geringeren Leistungen eingesetzt werden, wodurch sich der Energieverbrauch des Rollenspeichers verringert . Die geringere Beanspruchung der Folie ermöglicht eine Reduzierung der Fo- liendicke, so daß bei gleichem Bauraum für den Rollenspeicher dieser eine höhere Speicherkapazität hat .
Für die Regelung muß der Ist-Wert der Folienspannung erfaßt werden. Dies kann durch eine direkte Messung der Folien- Spannung, beispielsweise durch die Verwendung von Dehnungsmeßstreifen erfolgen. Der Ist-Wert der Folienspannung kann aber auch indirekt aus der ermittelten Leistungsaufnahme des ersten Motors sowie dem aktuellen Radius und Trägheitsmoment der Folientrommel berechnet werden.
Rollenspeicher werden, wie oben erläutert wurde, in der Regel in übergeordneten Geräten, beispielsweise Geldverarbeitungseinrichtungen eingesetzt, wie z.B. in automatischen Kassentresoren oder in Geldrecyclingsystemen. Das bedeutet, daß der Rollenspeicher Banknoten mit einer der Verarbei- tungsgeschwindigkeit der Banknoten in dem übergeordneten Gerät entsprechenden Geschwindigkeit einspeichern und ausgeben können muß. Hierzu ist es zweckmäßig, wenn die Umfangsgeschwindigkeit der Wickeltrommel auf einen vorgegebenen Soll-Wert geregelt werden kann. Durch die Regelung der Umfangsgeschwindigkeit kann die Einspeicher- und Ausgabegeschwindigkeit des Rollenspeichers flexibel an Änderungen in dem übergeordneten System angepaßt werden. Außerdem können durch eine derartige Regelung die Abstände zwischen den einzuspeichernden Blättern oder Banknoten auf ein Minimum reduziert werden. Dies führt wiederum zu einer höheren Speicherkapazität des Rollenspeichers.
Bei der gleichzeitigen Regelung der Umfangsgeschwindigkeit der Wickeltrommel und der Folienspannung durch die Ansteue- rung der Motoren für die Folientrommel und die Wickeltrom- mel erhält man ein System mit einer Mehrgrößenregelung. Die Drehmomente beider Motoren wirken sowohl auf die Wickel- trommelgeschwindigkeit als auch auf die Folienspannung oder Zugkraft der Folie, indem einerseits eine vorgegebene Wickelgeschwindigkeit erreicht werden soll, andererseits durch eine entsprechende Ansteuerung beider Motoren die Folie abgebende Trommel jeweils gegenüber der Folie aufnehmenden Trommel leicht abgebremst wird, um die Folie zwischen den Trommeln zu spannen. Das bedeutet, daß das Moment des Motors der Folientrommel über die eigentlich zu beein- flussende Folienspannung auch auf die Umfangsgeschwindigkeit der Wickeltrommel wirkt. Umgekehrt soll zwar durch das Drehmoment des Motors der Wickeltrommel primär nur die Umfangsgeschwindigkeit der letzteren geregelt werden, jedoch entsteht auch hier eine Rückwirkung auf die Folienspannung. Um eine solche Mehrgrößenregelung praktisch handhaben zu können, werden die physikalisch gekoppelten Regelkreise für die Folienspannung und die Umfangsgeschwindigkeit der Wickeltrommel durch ein mathematisches Filternetzwerk rechnerisch entkoppelt, wonach auf der Basis der ermittelten Ist- Werte für die Folienspannung und die Umfangsgeschwindigkeit der Wickeltrommel, der Drehzahl der Folientrommel und der vorgegebenen Systemparamenter die Ansteuersignale für den ersten und den zweiten Motor berechnet werden können.
Die Erfindung betrifft ferner einen Rollenspeicher zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens gemäß den Ansprüchen 8 bis 16.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen die Erfindung anhand eines Aus- führungsbeispieles erläutert. Es zeigen: Figuren 1-3 jeweils eine schematische Darstellung eines
Rollenspeichers zur Erläuterung der Arbeitsweise desselben,
Figur 4 eine schematische Darstellung der wesentli- chen Elemente des erfindungsgemäßen Rollenspeichers und ihre Verbindung mit einer Steuereinrichtung,
Figur 5 ein vereinfachtes physikalisches Blockschaltbild der Regelstrecke des in Figur 4 dargestellten Rollenspeichers ohne die Motoren,
Figur 6 ein mathematisches Blockschaltbild des Rollenspeichers und
Figur 7 ein mathematisches Blockschaltbild des Rollenspeichers mit Entkopplungsfilter.
Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Rollenspeicher umfaßt ein Gehäuse 10, in dem eine allgemein mit 12 bezeichnete Folientrommel und eine mit 14 bezeichnete Wickeltrommel um zueinander parallele Achsen 16 bzw. 18 drehbar gela- gert sind. Die Folientrommel 12 hat einen Trommelkern 20, auf den eine bandförmige, aus Kunststoff bestehende Folie 22 zu einem Wickel 24 aufwickelbar ist, wobei in der Fig. 1 der minimale und der maximale Durchmesser des Folienwickels 24 angedeutet sind. Die Folie 22 verläuft von der Folien- trommel 12 über stationäre Umlenkrollen 26 und eine bewegliche Umlenkrolle 28 zu der Wickeltrommel 14, wo sie auf einen Trommelkern 30 der Wickeltrommel 14 aufläuft und einen Speicherwickel 32 bildet. Die bewegliche Umlenkrolle 28 wird dabei durch nicht dargestellte Mittel jeweils am Um- fang der Wickeltrommel 14 gehalten. Die Stellungen der beweglichen Umlenkrolle 28 bei minimalem Radius und maximalem Radius der Wickeltrommel 14 sind in Fig. 1 ebenfalls angedeutet .
Zum Einführen von blattförmigen Gegenständen, beispielsweise Banknoten 34 in den Spalt zwischen der Umfangsflache der Wickeltrommel 14 und der beweglichen Umlenkrolle 28, und somit zwischen zwei Wickellagen der auf die Wickeltrommel 14 auflaufenden Folie 22 dient eine Transportkulisse 36, die ebenso wie die bewegliche Umlenkrolle 28 verstellbar ist .
Werden die Folientrommel 12 und die Wickeltrommel 14 im Gegenuhrzeigersinn gemäß Fig. 2 gedreht, so daß die Folie 22 in der durch die Pfeile in Fig. 2 angegebenen Richtung auf die Wickeltrommel 14 aufläuft, werden Banknoten 34 in den Wickel 32 eingewickelt, d.h. in den Rollenspeicher eingespeichert . Werden dagegen die Trommel 12 und 14 in der in der Fig. 3 dargestellten Weise im Uhrzeigersinn angetrieben, läuft die Folie 22 von der Wickeltrommel 14 auf die Folientrommel 12 auf, wobei die Banknoten 34 aus dem Spalt zwischen der Oberfläche der Wickeltrommel 14 und der beweglichen Umlenkrolle 28 herausgegeben, d.h. ausgespeichert werden. Die soweit beschriebene Funtionsweise eines Rollenspeichers ist an sich bekannt .
Fig. 4 zeigt die wesentlichen Elemente des Rollenspeichers und ihre Verknüpfung mit einer Steuer- und Regelvorrichtung. Dabei sind die mit der Darstellung in den Figuren 1 bis 3 übereinstimmenden Elemente auch mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der Trommelkern 20 der Folientrommel 12 ist mit einer Welle 38 verbunden, die ein Riemenzahnrad 40 trägt. Dieses ist über einen Zahnriemen 42 mit dem Antriebsritzel 44 eines Elektromotors 46 gekoppelt.
In gleicher Weise ist der Trommelkern 30 der Wickeltrommel 14 mit einer Welle 48 verbunden, die ein Riemenzahnrad 50 trägt . Dieses ist über einen Zahnriemen 52 mit dem Antriebsritzel 54 eines zweiten Elektromotors 56 verbunden.
Jeder der Elektromotoren 46 und 56 ist mit einem Encoder 58 bzw. 60, z.B. einem Inkrementaldecoder gekoppelt, dessen Ausgangssignal jeweils einer Steuereinrichtung 62 zugeführt wird. Ein weiteres Eingangssignal erhält die Steuereinrichtung 62 von einem Dehnungsmeßstreifen 64, der zur Messung des Ist-Wertes der Folienspannung dient, wobei die aktuelle Folienspannung auch auf anderem Wege ermittelt werden kann, wie dies oben erläutert wurde .
Auf der Basis der von den Encodern 58 und 60 ermittelten Drehzahlinformation und des Ist-Wertes der Folienspannung, der vorgegebenen Soll-Werte für die Folienspannung und die Umfangsgeschwindigkeit der Wickeltrommel 14 sowie der vorgegebenen Systemparameter ermittelt die Steuereinrichtung 62 dann Ansteuersignale für die Motoren 46 und 56, um diese so anzutreiben, daß die vorgegebenen Soll-Werte für die Folienspannung und die Umfangsgeschwindigkeit der Wickeltrom- mel 14 eingehalten werden.
Das Blockschaltbild gemäß Fig. 5 zeigt die Kopplung zwischen den Stellgrößen und den Regelgrößen des Systems. Dabei bezeichnen die Formelzeichen in Fig. 5 folgende Größen:
MG, MF = Momente der Motoren 56, 46 Vg , Vf = Umfangsgeschwindigkeiten der Trommeln 14 , 12
F = Folienspannung
d, c = Dämpfung und Federkonstante der Folie
JG , JF = Trägheitsmomente der Trommeln 14, 12
rc, rF = aktuelle Radien der Trommeln 14, 12
Die Regelgrößen sind die Folienspannung F und die Umfangsgeschwindigkeit vg der Wickeltrommel 14. Die Stellgrößen sind die Motordrehmomente MF und MG. Das Drehmoment MF des Folientrommelmotors 12 wirkt über die eigentlich zu bein- flussende Folienspannung F auch auf die Geschwindigkeit VG der Wickeltrommel . Durch das Drehmoment MG des Wickeltrommelmotors 56 soll primär nur die Umfangsgeschwindigkeit VG der Wickeltrommel 14 geregelt werden. Aber auch hier entsteht eine Rückwirkung auf die Folienspannung, da diese ja durch eine Differenz der Umfangsgeschwindigkeiten der Folientrommel 12 und der Wickeltrommel 14 erzeugt werden soll .
Die Kopplung zwischen den Stell- und Regelgrößen wird durch das mathematische Blockschaltbild gemäß Fig. 6 wiedergege- ben. Dabei bezeichnet Gi (s) die Übertragungsfunktionen, die das dynamische Verhalten des Systems beschreiben. Die Pfeile zeigen die Kopplungswege zwischen den Stellgrößen MF, MG und den Regelgrößen F, vg auf.
Um eine solche Mehrgrößenregelung praktisch handhaben und die erforderlichen Regler bestimmen zu können, muß die Kopplung zwischen MG und F bzw. MF und vg eliminiert werden. Dies kann auf mathematischem Wege durch ein Filternetzwerk gemäß Fig. 7 erfolgen. Dieses Filternetzwerk umfaßt Über- tragungsfunktionen Vι(s), die so zu bestimmen sind, daß das folgende Gleichungssystem erfüllt ist:
VI(S)-GΪ(S) = V3(s)-G«(s)
Va(ß)-Gι(s) = V«(s)-Ga(s)
Sind die vorstehenden Gleichungen erfüllt, werden die unerwünschten Kopplungspfade im System durch das vorgeschaltete Filternetzwerk eliminiert, so daß nur noch das Motordrehmoment MG mit der Umfangsgeschwindigkeit vg und das Motordrehmoment MF mit der Folienspannung F gekoppelt sind. Da- durch sind zwei Regelkreise entstanden, die unabhängig voneinander ausgelegt werden können.
Beim Entwurf der Regelung ist neben der zuvor beschriebenen Kopplung der Systemgrößen zu beachten, daß sich durch das Auf- und Abwickeln der Folie auch die Radien der Trommeln und damit verbunden die Trägheitsmomente derselben ändern. Die sich zeitlich ändernden Radien und Trägheitsmomente ergeben ein nicht-lineares Systemverhalten. Die Änderung der Radien kann näherungsweise durch eine archimedische Spirale beschrieben werden:
^Fohentrommel ~ ^Trommel kern "^" vPo "■" ψ)
Erläuterung der Formelzeichen :
rFoiie rommei = aktueller Radius der Trommel mit Folie
r o meikem = Radius der Trommel ohne Folie , d . h . Radius
des Trommel kerns
a = Dicke der Folie φo = Startwinkel der Trommel
φ = aktuelle Winkellage der Trommel
Die Winkellage φ der Trommeln kann durch Messung und Integration der Winkelgeschwindigkeit der Motoren 46 und 56 er- mittelt werden.
Mit Hilfe der zuvor ermittelten Radien und der Materialkennwerte der Folie 22 wird das Trägheitsmoment der Folie bestimmt :
/ = ι 0 π(f _ \ Folie 2 H Folieu Folie"' V Folientrommel ' Trommelkern )
Erläuterung der Formelzeichen:
bFoiie = Breite der Folie
pFoiie = Dichte der Folie
Der jeweilige Folienwickel 24, 32 wird dabei als Hohlzylin- der betrachtet, der auf dem jeweiligen Trommelkern 20 bzw. 30 steckt. Die Trägheitsmomente der Trommelkerne 20, 30 sind Konstanten und werden aus den Konstruktionsdaten ermittelt.
Um den Einfluß der zu speichernden Banknoten auf den Radius und das Trägheitsmoment der Wickeltrommel 14 zu berücksichtigen, wurde ein einfaches Modell entwickelt, das die Bank- noten als eine "Papierlage" zwischen den Folienlagen beschreibt. Bei der Papierlage wird eine Dichte berechnet, die die durch die Regelung eingestellten Abstände zwischen den Banknoten berücksichtigt .
Da die Änderungsgeschwindigkeit der Radien und damit der Trägheitsmomente bei einer geforderten maximalen Wickel- trommelgeschwindigkeit vg von 1,2m/s relativ gering ist, kann die zeitliche Änderung der Streckenparameter durch einfache lineare Übertragungsfunktionen mit sich ändernden Koeffizienten kompensiert werden.
Für die Regelung der Folienspannung und der Umfangsgeschwindigkeit vg der Wickeltrommel 14 können aus der Literatur bekannte Regelungskonzepte, wie z.B. Kaskadenregelungen oder auch Zustandsregelungen mit Beobachter verwendet werden. Unabhängig von der jeweiligen Drehrichtung stellt dann der Motor 56 an der Wickeltrommel 14 nur die gewünschte Wickelgeschwindigkeit vg ein. Der Folientrommelmotor 56 hingegen ist ausschließlich für die Einhaltung der gewünschten Folienspannung F verantwortlich.
Anteile eines Inkrementalencoders 58 am Folientrommelmotor 46 kann auch ein einfacher Impulsgeber oder -zähler verwendet werden, der bei jeder vollen Umdrehung der Folientrommel 12 inkrementiert oder dekrementiert wird, da sich das Trägheitsmoment der Folientrommel 12 bei jeder Umdrehung nur relativ wenig ändert und da für die Regelung des Ge- samtsystems die Bestimmung der Folientrommelgeschwindigkeit nicht unbedingt notwendig ist .
Zur Messung der Folienspannung dient im dargestellten Aus- führungsbeispiel ein Dehnungsmeßstreifen 64. Der Ist-Wert der Folienspannung kann aber auch durch die Messung des Stroms im Motor 46 und durch Berechnung des Radius und des Trägheitsmomentes der Folientrommel 12 indirekt bestimmt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Steuerung eines Rollenspeichers zum Speichern blattförmiger Gegenstände, insbesondere Banknoten zwischen den Wickellagen einer bandförmigen Folie (22), die zwischen einer von einem ersten Motor (46) angetriebenen, einen Folienvorratswickel (24) umfassenden Folientrommel (12) und einer von einem zweiten Motor (56) angetriebenen, die blattförmigen Gegenstände (34) speichernden Wickeltrommel (14) hin- und hergespult wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der Folie (22) auf einen vorgegebenen Soll-Wert geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ist-Wert der Folienspannung direkt gemessen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ist-Wert der Folienspannung aus der ermittelten Leistungsaufnahme des ersten Motors (46) sowie dem aktuellen Radius und Trägheitsmoment der Folientrommel (12) berechnet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsgeschwindigkeit (vg) der Wickeltrommel (14) auf einen vorgegebenen Soll-Wert geregelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des zweiten Motors (56) mittels eines Encoders (60) gemessen und daraus der Ist-Wert der Umfangsgeschwindigkeit (vg) der Wickeltrommel (14) und deren Winkellage berechnet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der Folientrommel (12) gemessen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge- kennzeichnet, daß die physikalisch gekoppelten Regelkreise für die Folienspannung (F) und für die Umfangsgeschwindigkeit (vg) der Wickeltrommel (14) durch ein mathematisches Filternetzwerk entkoppelt werden und daß auf der Basis der ermittelten Ist-Werte für die Folien- Spannung (F) und die Umfangsgeschwindigkeit (vg) der Wickeltrommel (14) , der Drehzahl der Folientrommel (12) und der vorgegebenen Systemparameter die Ansteuersigna- le für den ersten und den zweiten Motor (46, 56) berechnet werden.
8. Rollenspeicher zum Speichern blattförmiger Gegenstände, insbesondere Banknoten (34) , umfassend eine durch einen ersten Motor (46) antreibbare Folientrommel (12) mit einem Vorratswickel (24) einer bandförmigen Folie (22) , eine durch einen zweiten Motor (56) antreibbare Wi- ckeltrommel (14) , wobei die Folie (22) zwischen der Folientrommel (12) und der Wickeltrommel (14) hin- und herspulbar ist, Mittel (36) zum Zuführen von blattförmigen Gegenständen (34) zwischen die Wickellagen der Folie (22) beim Aufwickeln derselben auf die Wickel- trommel (14) bzw. zum Abführen der blattförmigen Gegenstände (34) beim Abwickeln der Folie (22) von der Wickeltrommel (14) und eine Steuereinrichtung (62) zum Ansteuern des ersten und zweiten Motors (46, 56) , dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (62) für eine Regelung der Spannung der Folie (22) zwischen den beiden Trommeln (12, 14) auf einen vorgegebenen Soll-Wert ausgebildet ist.
9. Rollenspeicher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (62) für eine Regelung der Umfangsgeschwindigkeit (vg) der Wickeltrommel (14) auf einen vorgegebenen Soll-Wert ausgebildet ist.
10. Rollenspeicher nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (64) zur Messung des Ist-Wertes der Folienspannung (F) .
11. Rollenspeicher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Messung des Ist-Wertes der Folienspannung (F) ein Dehnungsmeßstreifen (64) ist.
12. Rollenspeicher nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch Mittel zum Erfassen der Leistungsaufnahme des er- sten Motors (46) und Mittel (62) zum Berechnen des Ist- Wertes der Folienspannung (F) aus den erfaßten Daten sowie dem aktuellen Radius und Trägheitsmoment der Folientrommel (12) .
13. Rollenspeicher nach einem der Ansprüche 8 bis 12, da- durch gekennzeichnet, daß dem zweiten Motor (46) ein
Encoder (60) zugeordnet ist.
14. Rollenspeicher nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Motor (56) ein Encoder (58) zugeordnet ist.
15. Rollenspeicher nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Folientrommel (12) ein Drehzahlmesser zugeordnet ist .
16. Rollenspeicher nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (62) einen programmgesteuerten Rechner enthält, der so pro- grammiert ist, daß er die Funktionswerte der resultierenden Ubertragungsfunktionen, die den beiden durch ein mathematisches Filternetzwerk entkoppelten Regelkreisen entsprechen, aus den ermittelten aktuellen und den vor- gegebenen Daten berechnet und daraus die Ansteuersigna- le für den ersten und den zweiten Motor (46, 56) ermittelt.
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