CH670016A5

CH670016A5 -

Info

Publication number: CH670016A5
Application number: CH1738/86A
Authority: CH
Inventors: Wolfgang Timpe
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1985-08-07
Filing date: 1986-04-29
Publication date: 1989-04-28
Also published as: NO168738C; JPS6237086A; DE3528409A1; NO862841L; NO168738B; NO862841D0; DE3528409C2

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen des Lastzustandes einer rotierenden Mechanik, die von einer feldorientierten Drehfeldmaschine angetrieben ist. The invention relates to a method and a device for monitoring the load state of a rotating mechanism which is driven by a field-oriented induction machine.

Elektrische Antriebe für mechanische Anlagen, z.B. Walzwerke, Förderbänder, Schacht-Förderanlagen oder Mühlen, enthalten meist Kurzschlussüberwachungen, Überlast-Überwa-chungen und andere Einrichtungen, die den elektrischen Teil der gesamten Anlage (z.B. die Maschine und/oder den speisenden Umrichter) zum Schutz vor Funktionsstörungen und zerstörenden Fehlern überwachen. Electric drives for mechanical systems, e.g. Rolling mills, conveyor belts, shaft conveyor systems or mills usually contain short-circuit monitors, overload monitors and other devices that monitor the electrical part of the entire system (e.g. the machine and / or the feeding converter) to protect against malfunctions and destructive errors.

Aus der Al DE-PS 27 04 764 ist z.B. eine Schaltung bekannt, die die Grundschwingungsleistung einer feldorientierten Drehfeldmaschine als Produkt der an der feldorientiert arbeitenden Regeleinrichtung der Drehfeldmaschine abgegriffenen Sollwerte für das elektrische Moment und die Läuferdrehzahl zu berechnen gestattet, wobei der Sollwert für das elektrische Moment seinerseits auch durch das Produkt der Sollwerte für den Fluss und die feldsenkrechte Ständerstromkomponente ersetzt werden kann. From Al DE-PS 27 04 764 is e.g. a circuit is known which allows the basic oscillation power of a field-oriented induction machine to be calculated as the product of the setpoints for the electrical torque and the rotor speed tapped at the field-oriented control device of the induction machine, the setpoint for the electrical torque in turn also being the product of the setpoints for the flux and the stator current component perpendicular to the field can be replaced.

Bei Fördermaschinen, Schacht-Förderanlagen, Walzwerken etc. können aber auch im mechanischen Teil der Anlage irreguläre Lastzustände auftreten, die zu einer Zerstörung der mechanischen Teile führen. Bei bearbeitenden Maschinen wie z.B. Walzwerken oder Mühlen kann diese Gefährdung auch von dem zu bearbeitenden Werkstoff herrühren und/oder diesem drohen. Die Erkennung einer solchen Gefahr erfordert zunächst Kraftmessdosen, Drehmomentaufnehmer und ähnliche mechanische Geber, um durch geeignete Eingriffe in die Steuerung rechtzeitig eingreifen zu können. Für den Drehofen eines Zementwerkes ist in der A2 deutschen Offenlegungsschrift 34 09 176 vorgeschlagen, anstelle des mechanischen Drehmoments des Drehofens das elektrische Drehmoment eines den In the case of conveyors, shaft conveyor systems, rolling mills, etc., irregular load conditions can also occur in the mechanical part of the system, which lead to the destruction of the mechanical parts. For processing machines such as Rolling mills or mills can also be exposed to and / or threaten the material to be processed. The detection of such a danger initially requires load cells, torque transducers and similar mechanical sensors in order to be able to intervene in time in the control by suitable interventions. For the rotary kiln of a cement plant, A2 German Offenlegungsschrift 34 09 176 suggests that instead of the mechanical torque of the rotary kiln, the electrical torque of one of the

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Drehofen antreibenden Gleichstrommotors aus dem Ankerstrom des Motors zu errechnen und Verarbeitungsgliedern zur Mittelwertbildung, Gradientenbildung und zu anderen Auswertungen zuzuführen, für die auch mittels eines an den Ofen angeschlossenen, mechanischen Drehzahlmessers und Winkelschrittzählers die geometrische Drehzahl und der Drehwinkel des Ofens verwendet wird. In der japanischen A3 Offenlegungsschrift 58-14 7625 wird das mechanische Drehmoment einer von einer Drehstrommaschine angetriebenen rotierenden Maschine dadurch überwacht, dass mechanische Drehzahl, Spannung und Frequenz der Maschine rechnerisch miteinander verknüpft werden. To calculate the rotary motor driving the DC motor from the armature current of the motor and to supply processing elements for averaging, gradient formation and for other evaluations, for which the geometric speed and the angle of rotation of the furnace are also used by means of a mechanical tachometer and angle step counter connected to the furnace. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-14 7625, the mechanical torque of a rotating machine driven by a three-phase machine is monitored by mathematically linking the mechanical speed, voltage and frequency of the machine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Lastzustand der Mechanik, in erster Linie also deren mechanisches Moment, auf möglichst einfache Weise zu überwachen. The invention is based on the task of monitoring the load state of the mechanics, primarily its mechanical moment, in the simplest possible way.

Dies ist besonders einfach, wenn als Antrieb für die Mechanik eine feldorientierte Drehfeldmaschine verwendet wird. Eine derartige Drehfeldmaschine benötigt einen Flussrechner, der in dem raumfesten Koordinantensystem, das zur Beschreibung der Relativbewegung zwischen Fluss bzw. Läufer und Ständerwicklungen erforderlich ist, den Flussvektor "P oder zumindest dessen Richtungswinkel berechnet. Dieser Flussrechner ist bevorzugt als sogenanntes «Spannungsmodell» ausgebildet. Er liefert die Bestimmungsgrössen des Flusses als Integral der Spannungen (genauer gesagt: der aus den Spannungen durch Abzug ohmscher und induktiver Spannungsabfälle gebildeten EMK) und kommt ohne einen mechanischen Geber aus. Eine Regeleinrichtung, der jeweils eine Führungsgrösse für die feldsenkrechte und die feldparallele Komponente des Ständerstromvektors vorgegeben wird, bildet mittels dieser Information über den Fluss die Steuergrösse, mit denen ein Stromstellglied für die Ständerwicklungen der Drehfeldmaschine gesteuert wird. This is particularly easy if a field-oriented induction machine is used as the drive for the mechanics. Such a three-phase machine requires a flux calculator that calculates the flux vector "P or at least its direction angle in the fixed coordinate system that is required to describe the relative movement between flux or rotor and stator windings. This flux calculator is preferably designed as a so-called" voltage model ". He provides the determinants of the flux as an integral of the voltages (more precisely: the EMF formed from the voltages by subtracting ohmic and inductive voltage drops) and does not require a mechanical encoder. A control device, which is a reference variable for the field-perpendicular and the field-parallel component of the stator current vector is specified by means of this information about the flux, the control variable with which a current actuator for the stator windings of the induction machine is controlled.

Der Erfindung liegt nun der Gedanke zugrunde, die den mechanischen Lastzustand betreffenden Grössen, zunächst also das auf die rotierenden mechanischen Teile wirkende und auf den Läufer übertragene mechanische Moment, daneben gegebenenfalls auch den Drehwinkel und/oder die Drehzahl der rotierenden Mechanik durch Grössen zu ersetzen, die in der feldorientierten Regelung ohnehin bereits gebildet sind. The invention is based on the idea of replacing the variables relating to the mechanical load state, that is to say first of all the mechanical moment acting on the rotating mechanical parts and transmitted to the rotor, and, if appropriate, also of replacing the angle of rotation and / or the rotational speed of the rotating mechanism by variables. which are already formed in the field-oriented regulation.

Daher wird als Ersatzgrösse für das mechanische Drehmoment die feldsenkrechte Komponente des Ständerstroms der Drehfeldmaschine überwacht. Dabei wird davon ausgegangen, dass für die Überwachung des Moments der Mechanik das Trägheitsmoment des Läufers, auf den sowohl dieses mechanische Moment wie das elektrische Moment wirkt, keine Rolle spielt. Ebenso wird nicht berücksichtigt, dass das elektrische Moment einer Drehfeldmaschine zum jeweiligen aktuellen Fluss proportional ist und bei einer Flussabnahme nur durch Erhöhung der feldsenkrechten Ständerstromkomponente aufrechterhalten bleiben kann. The component perpendicular to the field current of the stator current of the induction machine is therefore monitored as a substitute quantity for the mechanical torque. It is assumed that the moment of inertia of the rotor, on which this mechanical moment as well as the electrical moment acts, is irrelevant for monitoring the moment of the mechanics. Nor is it taken into account that the electrical moment of a three-phase machine is proportional to the respective current flow and can only be maintained in the event of a decrease in flow by increasing the stator current component perpendicular to the field.

Für die Überwachung des Lastzustandes können der Schlupf einer Asynchronmaschine bzw. die lastabhängige Verschiebung zwischen dem Polradwinkel und dem Feldwinkel meist vernachlässigt werden, insbesondere wenn die Drehfeldmaschine eine hohe Polpaar-Zahl p (z.B. p = 20, ... 40) aufweist. Als Ersatz-Istwert für den Drehwinkel und/oder die Drehzahl der Mechanik kann daher der Feldwinkel bzw. die Feldfrequenz erfasst werden. The slip of an asynchronous machine or the load-dependent displacement between the pole wheel angle and the field angle can usually be neglected for monitoring the load state, especially if the induction machine has a high number of pole pairs p (e.g. p = 20, ... 40). The field angle or field frequency can therefore be recorded as a replacement actual value for the angle of rotation and / or the speed of the mechanical system.

Häufig tritt der erwähnte irreguläre Lastzustand im mechanischen Teil in Form eines gefährlichen Drehoment-Maximums beim Anlauf auf. Z.B. kann für die Drehfeldmaschine beim Anlauf ein bestimmter Drehzahl-Sollwert vorgegeben sein, während eine Ist-Drehung des Läufers anfänglich durch ein starkes irreguläres Gegenmoment der Last gebremst oder verhindert wird. Der Drehzahlregler greift dann in die Steuerung der Drehfeldmaschine im Sinne eines erhöhten elektrischen Moments (bei Feldorientierung: Erhöhung der feldsenkrechten Ständerstromkomponente) ein, die zum gefährlichen Anstieg des mechanischen Moments führt. The irregular load state mentioned often occurs in the mechanical part in the form of a dangerous maximum torque when starting. E.g. For the induction machine, a specific speed setpoint can be specified during start-up, while an actual rotation of the rotor is initially braked or prevented by a strong irregular counter-torque of the load. The speed controller then intervenes in the control of the induction machine in the sense of an increased electrical torque (in the case of field orientation: increase of the stator current component perpendicular to the field), which leads to a dangerous increase in the mechanical torque.

In manchen Fällen kann nun eine drohende Gefahr für die mechanischen Teile oder das zu bearbeitende Material allein an der Höhe des auftretenden mechanischen Gegenmoments und daher am Betrag des elektrischen Moments des Antriebs («Antriebsmoment») erkannt werden. In anderen Anwendungsfällen ist aber die absolute Höhe des auftretenden Moments nicht allein oder auch überhaupt nicht entscheidend, vielmehr treten andere Parameter hinzu, die durch eine Verknüpfung des Gegenmoments mit Drehzahl und/oder Drehwinkel der Mechanik selbst dann erkannt werden können, wenn sie gar nicht ursächlich mit diesen Parametern zusammenhängen. In some cases, an impending danger to the mechanical parts or the material to be processed can only be recognized by the amount of the mechanical counter-torque that occurs and therefore by the amount of the electrical torque of the drive ("drive torque"). In other applications, however, the absolute magnitude of the torque occurring is not alone or not at all decisive, rather other parameters are added, which can be recognized by linking the counter-torque with the speed and / or angle of rotation of the mechanics even if they are not the cause related to these parameters.

Dies sei am besonders vorteilhaften Anwendungsfall einer Rohrmühle, insbesondere einer getriebelosen Rohrmühle, dargestellt. This is illustrated in the particularly advantageous application of a tube mill, in particular a gearless tube mill.

In Figur 1 ist mit 1 der Querschnitt durch das Innere des Mahlrohres einer Rohrmühle gezeigt, wobei die schraffierte Fläche angibt, bis zu welchem Füllgrad das Mahlrohr mit Füllgut gefüllt ist. Wird beim Anlauf das Mahlrohr gegenüber einer durch a0 = 0° gekennzeichneten Anfangslage um den Winkel a ausgelenkt, ohne dass es dabei zu einer gegenseitigen Bewegung der einzelnen Füllgutteile kommt, so wird der Füllgut-Schwerpunkt gegenüber seiner mit 2 gekennzeichneten Anfangslage auf den Punkt 3 angehoben und für ein weiteres Anheben des Schwerpunkts muss vom elektrischen Antrieb ein elektrisches Drehmoment («Antriebsmoment») aufgebracht werden, das proportional zur Masse des Füllgutes, dem Abstand des Schwerpunktes 3 von der Drehachse 4 sowie auch proportional zu sin a ist. Ist das Füllgut hinreichend locker und können sich daher einzelne Teile des Füllgutes zu einem gewissen Grad infolge der Schwerkraft gegeneinander bewegen, so werden sich bei einem Maximalwert am der Winkelauslenkung a Teile der Füllung ablösen und im Mahlrohr nach unten stürzen. In FIG. 1, the cross section through the inside of the grinding tube of a tube mill is shown at 1, the hatched area indicating to what extent the filling tube is filled with filling material. If the grinding tube is deflected by an angle a compared to an initial position marked by a0 = 0 °, without the individual parts of the filling material moving against each other, the center of gravity of the filling material is raised to point 3 with respect to its starting position marked with 2 and for a further raising of the center of gravity, an electric torque (“driving torque”) must be applied by the electric drive, which is proportional to the mass of the filling material, the distance of the center of gravity 3 from the axis of rotation 4 and also proportional to sin a. If the filling material is sufficiently loose and therefore individual parts of the filling material can move against each other to a certain extent as a result of gravity, then at a maximum value at the angular deflection a, parts of the filling will detach and fall down in the grinding tube.

Bei einem extrem lockeren und ideal fliessfähigen Zustand des Füllguts liegt dieser Ablösewinkel am nahe bei 0° und das elektrische Moment des Antriebs wird durch die Trägheit des Mahlrohres und die innere Reibung der Füllung bestimmt. Es ergibt sich ein ungefähr konstanter, vom Füllgrad, Parametern der Füllung sowie der Drehzahl des Antriebs abhängiger Wert des Drehmomentes. In the case of an extremely loose and ideally flowable state of the filling material, this separation angle is close to 0 ° and the electrical moment of the drive is determined by the inertia of the grinding tube and the internal friction of the filling. The result is an approximately constant value of the torque which is dependent on the degree of filling, parameters of the filling and the speed of the drive.

Im anderen Extremfall, in dem die Füllung praktisch zu einem starren Körper zusammengebacken, zusammengefroren, verklebt, verpresst oder versintert ist («frozen charge») wird die Füllung mit einem zu sin a proportionalen Drehmoment vom Antrieb bis zur Winkelauslenkung a = 90° angehoben, um erst anschliessend als ganzes abzustürzen. In the other extreme case, in which the filling is practically baked, frozen, glued, pressed or sintered into a rigid body («frozen charge»), the filling is raised with a torque proportional to sin a from the drive to the angular deflection a = 90 °, only to crash as a whole afterwards.

Bei diesem Abstürzen wird sie zwar zerbrechen und dadurch die Mahlwirkung der Mühle verstärken, jedoch bedeutet ihr Aufschlagen auf der Mahlrohrwand eine erhebliche mechanische Belastung der Rohr-Innenauskleidung, die dadurch mechanisch zerstört werden kann. In the event of this crash, it will break and thereby intensify the grinding effect of the mill, but its impact on the grinding tube wall means that the inner lining of the tube is subjected to considerable mechanical stress, which can be mechanically destroyed as a result.

Es ist daher wünschenswert, den mechanischen Zustand des Füllgutes zu überwachen und die Mühle anzuhalten, zu rever-sieren oder andere Massnahmen einzuleiten, wenn bei einem ungünstigen Zustand des Füllgutes Ablösewinkel am auftreten können, die über einem kritischen Wert ac liegen. It is therefore desirable to monitor the mechanical condition of the filling material and to stop the mill, to reverse it or to take other measures if, in the case of an unfavorable state of the filling material, separation angles can occur which are above a critical value ac.

In Figur 2 ist der Verlauf des elektrischen Moments des Antriebs in Abhängigkeit vom Drehwinkel a gezeigt, wenn die Mühle mit einem Füllgrad von 45% (Kurve 5) bzw. 30% (Kurve 6) mit konstanter Drehzahl betrieben wird. Bei dem angenommenen, lockeren Zustand des Füllgutes wird ungefähr bei am = 45° ein Maximalwert des Drehmoments erreicht, bei dem abstürzende Füllgut-Teile verhindern, dass der Schwerpunkt der Füllung weiter angehoben wird. Dieser Maximalwert des Dreh- -moments ist von der Beschaffenheit der jeweiligen Füllung ab5 FIG. 2 shows the course of the electrical torque of the drive as a function of the angle of rotation a when the mill is operated at a constant speed with a degree of filling of 45% (curve 5) or 30% (curve 6). In the assumed, loose state of the filling material, a maximum torque value is reached at approximately = 45 °, at which falling filling material parts prevent the center of gravity of the filling from being raised further. This maximum value of the torque depends on the nature of the respective filling5

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hängig. Bei einer «gefrorenen Füllung» jedoch steigt das Drehmoment entsprechend der Kurve 7 weiter an. pending. In the case of a “frozen filling”, however, the torque continues to increase in accordance with curve 7.

In einer besonderen Ausführung der Erfindung wird nun nicht der Maximalwert des mechanischen Moments des Rohres selbst erfasst. Als Mass für den lockeren Zustand der Füllung dient vielmehr zunächst die Winkelauslenkung am, bei der der jeweilige Maximalwert des elektrischen Antriebsmoments erreicht wird. Diese Winkelauslenkung am ist nämlich von den individuellen Parametern der Füllung weitgehend unabhängig, wie der Vergleich der Kurven 5 und 6 zeigt. In a special embodiment of the invention, the maximum value of the mechanical moment of the tube itself is not recorded. Rather, the angle deflection at which the respective maximum value of the electric drive torque is reached serves as a measure of the loose state of the filling. This angular deflection is largely independent of the individual parameters of the filling, as the comparison of curves 5 and 6 shows.

Entsprechend kann einerseits die Winkelauslenkung a der Mechanik gegenüber der Anfangslage a0 und andererseits das elektrische Moment Mei des Antriebs selbst erfasst werden. Soll also z.B. der Füllgut-Zustand darauf überwacht werden, ob durch eine Überschreitung eines kritischen Winkels ac eine mechanische Zerstörung der Mühle droht, so wird die Bedingung am < ac überwacht, bei deren Einhaltung ein ungestörter Mahlbetrieb möglich ist. In diesem Fall kann ein Zustandssignal gesetzt werden, wenn das Antriebsmoment wegen Erreichen des Maximalwertes nicht weiter anwächst. Hat das Winkelsignal a den kritischen Wert ac erreicht, so kann dann am Zustandssignal abgelesen werden, ob der mit dem Winkel am verbundene Maximalwert bereits vorher angenommen wurde, also die Füllung hinreichend locker ist, oder mit wachsender Auslenkung auch das Drehmoment und somit die Zerstörungsgefahr des Mahlrohres weiter anwächst. Selbstverständlich kann auch umgekehrt bei einem auf den Maximalwert folgenden Rückgang des Drehmoments auch der entsprechende Momentanwert am der Winkelauslenkung a abgelesen und auf die Bedingung ac < am abgefragt werden. Accordingly, on the one hand the angular deflection a of the mechanics compared to the initial position a0 and on the other hand the electrical moment Mei of the drive itself can be detected. So should e.g. If the contents of the product are monitored to determine whether mechanical damage to the mill is imminent if a critical angle ac is exceeded, then the condition at <ac is observed, and if this is observed an undisturbed grinding operation is possible. In this case, a status signal can be set if the drive torque does not increase due to the maximum value being reached. If the angle signal a has reached the critical value ac, it can then be read from the status signal whether the maximum value associated with the angle at the angle has already been assumed beforehand, that is to say the filling is sufficiently loose, or with increasing deflection, the torque and thus the risk of destruction of the Grinding tube continues to grow. Conversely, of course, if the torque drops after the maximum value, the corresponding instantaneous value can also be read at the angular deflection a and queried for the condition ac <am.

Die Verwendung einer feldorientierten Drehfeldmaschine gestattet, durch Verwendung der feldsenkrechten Ständerstromkomponente, des Feldwinkels und seiner Frequenz, die ohnehin für den feldorientierten Betrieb erforderlich sind, als Ersatzwerte für mechanisches Moment, Winkelauslenkung a und Drehzahl des Mahlrohres diese Überwachung einfach durchzuführen. The use of a field-oriented induction machine allows this monitoring to be carried out easily by using the vertical stator current component, the field angle and its frequency, which are required for field-oriented operation anyway, as substitute values for mechanical torque, angular deflection a and speed of the grinding tube.

Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet und anhand zweier Ausführungsbeispiele und zweier Figuren erläutert. Es zeigen: An advantageous device for carrying out the method and preferred developments of the invention are characterized in the subclaims and explained using two exemplary embodiments and two figures. Show it:

Fig. 1 den bereits erläuterten Querschnitt durch ein teilweise gefülltes Mahlrohr, 1 shows the cross section already explained through a partially filled grinding tube,

Fig. 2 den bereits erläuterten Verlauf des Drehmoments in Abhängigkeit von der Winkelauslenkung, 2 shows the already explained course of the torque as a function of the angular deflection,

Fig. 3 schematisch die Struktur einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bei einer Rohrmühle, wobei zunächst von den Besonderheiten einer feldorientierten Drehfeldmaschine nicht Gebrauch gemacht wird, 3 schematically shows the structure of a device for carrying out the method in a tube mill, the features of a field-oriented induction machine not being used initially,

Fig. 4 eine bevorzugte Ausführungsform dieser Vorrichtung. Fig. 4 shows a preferred embodiment of this device.

Gemäss Figur 3 wird das Mahlrohr 1 der Rohrmühle mit einer elektrischen Maschine 10 angetrieben, die von einem Stromstellglied 11 in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal eines Führungsgrössenreglers 12 gespeist ist. Als Führungsgrös-se dient bevorzugt die Drehzahl, für die ein Sollwert n* eingegeben und an einem Tachogenerator 8 ein entsprechender Istwert n abgegriffen werden kann. Die Winkelauslenkung a entspricht dann dem Integral des Drehzahl-Istwertes n und kann mittels eines als Integrator ausgebildeten Winkeldetektors 15 gebildet werden. Mit 19 ist eine Einrichtung zur Zustandserfassung gemäss der Erfindung angedeutet, die aus einem geeigneten, das elektrische Moment des Antriebs beschreibenden Betriebsparameter ein Zustandssignal ableitet, wenn das elektrische Moment praktisch nicht mehr zunimmt. In Figur 3 ist das schematisch dadurch angedeutet, dass ein geringfügig geglätteter Ist-oder Sollwert für das elektrische Moment Mei des Antriebs differenziert und mittels eines Schwellwertgliedes das Vorzeichen der Ableitung als Zustandssignal gebildet wird. According to FIG. 3, the grinding tube 1 of the tube mill is driven by an electrical machine 10, which is fed by a current actuator 11 as a function of the output signal of a reference variable controller 12. The speed preferably serves as the control variable, for which a setpoint n * can be entered and a corresponding actual value n can be tapped at a tachometer generator 8. The angular deflection a then corresponds to the integral of the actual speed value n and can be formed by means of an angle detector 15 designed as an integrator. A device for state detection according to the invention is indicated at 19, which derives a state signal from a suitable operating parameter describing the electrical moment of the drive when the electrical moment practically no longer increases. This is indicated schematically in FIG. 3 in that a slightly smoothed actual or setpoint value for the electrical torque Mei of the drive is differentiated and the sign of the derivative is formed as a status signal by means of a threshold value element.

Eine Auswerteschaltung liefert durch Verknüpfung des Winkelsignals a mit dem Zustandssignal sign (dMel/dt) das Überwachungssignal A. Diese Verknüpfung geschieht bei der in Figur 3 gezeigten Variante dadurch, dass ein Schalter 21 am Eingang des Integrators 15 geschlossen bleibt, solange beim Anfahren das Antriebsmoment Mei wächst. Folglich steht am Integratorausgang die Winkelauslenkung a < am an und ein mit dem kritischen Wert ac gespeister Differenzverstärker zeigt an, dass der Zustand des Füllgutes ein weiteres Ansteigen der Winkelauslenkung noch zulässt. An evaluation circuit delivers the monitoring signal A by linking the angle signal a with the status signal sign (dMel / dt). This linking is done in the variant shown in FIG. 3 in that a switch 21 at the input of the integrator 15 remains closed as long as the drive torque when starting Mei is growing. Consequently, the angular deflection a <am is present at the integrator output, and a differential amplifier fed with the critical value ac indicates that the state of the filling material still permits a further increase in the angular deflection.

Wenn jedoch Mei den Maximalwert erreicht, so wird vom Ausgangssignal der Zustandserfassung 19 der Schalter 21 geöffnet und der Integratorausgang 15 bleibt auf den Wert a = am stehen. Ein nicht dargestellter Zustandsspeicher sorgt dafür, dass der Schalter 21 weiterhin geöffnet bleibt, so dass am Ausgang des Differenzverstärkers 22 anstehende positive Werte anzeigen, dass der Zustand des Füllgutes noch mehr oder weniger weit von einem kritischen Zustand entfernt ist und der Normalbetrieb der Mühle aufrechterhalten werden kann. Negative Werte am Ausgang des Differenzverstärkers 22 jedoch zeigen an, wie weit der kritische Winkel ac bereits überschritten ist und entsprechende Massnahmen in der Steuerung des Antriebs dringend erforderlich werden. However, when Mei reaches the maximum value, the switch 21 is opened by the output signal of the state detection 19 and the integrator output 15 remains at the value a = am. A status memory (not shown) ensures that the switch 21 remains open, so that positive values present at the output of the differential amplifier 22 indicate that the state of the filling material is still more or less far from a critical state and the normal operation of the mill is maintained can. However, negative values at the output of the differential amplifier 22 indicate how far the critical angle ac has already been exceeded and corresponding measures in the control of the drive are urgently required.

Die in Figur 3 nur schematisch gezeigte Zustandserfassung 19 muss nicht unbedingt das Erreichen des Maximalwertes für das Antriebsmoment mittels dessen Ableitung überwachen. Gemäss der Ausbildung nach Figur 4 ist z.B. der Parameter Mei über ein Übertragungsglied 25 mit einer geringen Glättungszeit-konstanten dem einen Eingang eines Differenzverstärkers 26 zugeführt, wobei ein Gleichrichter 27 vorgesehen sein kann, um bei einer Umkehrung des Rotationssinns in der Mühle die Vorzeichenumkehr des Antriebsmoments und seiner Ableitung auszugleichen. Gleichzeitig wird der Parameter Mei über ein Glät-tungsglied 28 mit einer grösseren Zeitkonstante dem anderen Eingang des Differenzverstärkers 26 zugeführt. Das Glättungs-glied 28 kann z.B. als Integrator mit einer widerstandsbehafteten Rückführungsleitung ausgebildet sein und ebenfalls einen nachgeschalteten Gleichrichter 29 zur Berücksichtigung des Rotationssinns enthalten. The state detection 19 shown only schematically in FIG. 3 does not necessarily have to monitor the reaching of the maximum value for the drive torque by means of its derivation. According to the configuration according to FIG. 4, e.g. the parameter Mei is fed via a transmission element 25 with a low smoothing time constant to the one input of a differential amplifier 26, wherein a rectifier 27 can be provided in order to compensate for the reversal of the sign of the drive torque and its derivation when the sense of rotation is reversed in the mill. At the same time, the parameter Mei is fed to the other input of the differential amplifier 26 via a smoothing element 28 with a larger time constant. The smoothing member 28 can e.g. be designed as an integrator with a resistive return line and also contain a downstream rectifier 29 to take the sense of rotation into account.

Da der wenig geglättete Parameter stärker ansteigt als der durch die stärkere Glättung gebildete Mittelwert, liefert der Differenzverstärker 26 ein positives Signal, bis sich die Verhältnisse beim Winkel am umkehren. Ein Grenzwertmelder 30 liefert das der Polarität am Ausgang des Differenzverstärkers 26 entsprechende Überwachungssignal B. Since the less smoothed parameter rises more than the mean value formed by the stronger smoothing, the differential amplifier 26 delivers a positive signal until the angle conditions are reversed. A limit detector 30 supplies the monitoring signal B corresponding to the polarity at the output of the differential amplifier 26.

Gemäss Figur 3 wird als Antriebsmotor 10 eine Drehfeldmaschine, insbesondere eine Synchronmaschine, verwendet und von einem Umrichter 11 (z.B. Direktumrichter oder Umrichter mit Gleichstrom-Zwischenkreis) gespeist. Dessen Steuersatz 18a ist von einr feldorientierten Regeleinrichtung 18 mit Steuergrös-sen gespeist, die einen Steuervektor /* für das Drehstromsystem / am Ausgang des Stromrichters festlegen. In einer derartigen Regeleinrichtung 18 vorhandene Regelkreise und Steuerstrecken stellen sicher, dass das Strom-Istwertsystem i praktisch gleich dem durch den ständerorientierten Steuervektor /* beschriebenen Sollwertsystem ist, so dass Istwert und Sollwert des Antriebsmoments Mei praktisch gleichwertig verwendet werden können. Der für die Feldorientierung erforderliche Feldwinkel <p wird von einem Flussrechner 13 geliefert. According to FIG. 3, a three-phase machine, in particular a synchronous machine, is used as the drive motor 10 and is fed by a converter 11 (for example a direct converter or converter with a DC link). Its control rate 18a is fed by a field-oriented control device 18 with control variables which define a control vector / * for the three-phase system / at the output of the converter. Control loops and control sections provided in such a control device 18 ensure that the actual current value system i is practically the same as the setpoint value system described by the stand-oriented control vector / *, so that the actual value and setpoint value of the drive torque Mei can be used practically equivalent. The field angle <p required for field orientation is supplied by a flow computer 13.

Das elektrische Antriebsmoment ist durch die Führungs-grösse i<p2* für die feldsenkrechte Komponente (d.h. also für das Antriebsmoment Mei) bestimmt, die bei einer Drehzahlregelung des Antriebs am Ausgang des Drehzahlreglers 12 abgegriffen wird und — unter Vernachlässigung des Einflusses von Flussänderungen — als Mass für das Antriebsmoment dient. The electrical drive torque is determined by the command variable i <p2 * for the component perpendicular to the field (that is to say for the drive torque Mei), which is tapped at a speed control of the drive at the output of the speed controller 12 and - neglecting the influence of flow changes - as Measure of the drive torque is used.

Auf gleiche Weise kann auch als Winkelauslenkung des In the same way, the angular deflection of the

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Mahlrohrs im Winkeldetektor 14 die Richtung des Flussvektors der Drehfeldmaschine erfasst werden. Die Richtung des Flussvektors wird vorteilhaft in Form der ständerorientierten Komponenten \|/ . coscp und \|/ . simp oder der normierten Komponenten coscp, sin<p verarbeitet. Werden die Nulldurchgänge einer Komponenten gezählt, so ergibt deren Anzahl m einen Digitalwert der Winkelauslenkung gemäss a = m . n/p + n/2p, das bei der üblichen hohen Polpaarzahl (p = 20 ...40) eine ausreichende Winkelauflösung besitzt. Diese kann noch erhöht werden, wenn auch die Nulldurchgänge der anderen ständerorientierten Flusskomponente gezählt werden. Grinding tube in the angle detector 14, the direction of the flow vector of the induction machine are detected. The direction of the flow vector is advantageously in the form of the stand-oriented components \ | /. coscp and \ | /. simp or the standardized components coscp, sin <p are processed. If the zero crossings of a component are counted, their number m gives a digital value of the angular deflection according to a = m. n / p + n / 2p, which has a sufficient angular resolution with the usual high number of pole pairs (p = 20 ... 40). This can be increased if the zero crossings of the other stand-oriented flow component are also counted.

Der Winkeldetektor 14 in Figur 4 enthält zu diesem Zweck die Nullpunktdetektoren 15a, 15b, deren Ausgangssignale bei jedem Nulldurchgang ihren Zustand ändern. Werden diese Zu-standsfolgen in nachfolgende Schieberegister 16a, 16b eingelesen, so können deren Speicherinhalte in einem nachfolgenden Decodierer in eine geeignete Form für die weitere Verarbeitung der Winkelauslenkung umgesetzt werden. For this purpose, the angle detector 14 in FIG. 4 contains the zero point detectors 15a, 15b, the output signals of which change their state at each zero crossing. If these status sequences are read into subsequent shift registers 16a, 16b, their memory contents can be converted into a suitable form for the further processing of the angular deflection in a subsequent decoder.

Beim Ausführungsbeispiel der Figur 4 wird die gezählte Anzahl der Nulldurchgänge, d.h. die den Winkel a beschreibenden Speicherinhalte der Schieberegister 16a und 16b, in einen Vergleicher 31 eingelesen und dort mit dem einem kritischen Füllungszustand entsprechenden kritischen Winkel ac verglichen. Dieser Vergleicher 31 gibt über ein nachgeschaltetes UND-Gatter 32 das dem anderen Eingang des UND-Gatters eingegebene Zustandssignal der Zustandserfassung 19 frei, sobald der kritische Grenzwinkel ac erreicht oder überschritten ist. In the embodiment of Figure 4, the counted number of zero crossings, i.e. the memory contents of the shift registers 16a and 16b describing the angle a are read into a comparator 31 and compared there with the critical angle ac corresponding to a critical filling state. This comparator 31 releases the state signal of the state detection 19, which is input to the other input of the AND gate, via a downstream AND gate 32 as soon as the critical limit angle ac is reached or exceeded.

Dieses Zustandssignal ist in der Zustandserfassung 19 der This status signal is in status detection 19

Figur 4 von dem Polaritätsdetektor 30 auf einen kritischen Wert gesetzt, solange das Antriebsmoment Mei zunimmt. Es verschwindet, sobald Mei den Maximalwert erreicht, unabhängig von der Höhe des Maximalwerts selbst. Das UND-Gatter 32 5 zeigt an seinem Ausgang daher den kritischen Zustand an, FIG. 4 is set to a critical value by the polarity detector 30 as long as the drive torque Mei increases. It disappears as soon as Mei reaches the maximum value, regardless of the level of the maximum value itself. The AND gate 32 5 therefore indicates the critical state at its output,

wenn das Maximum beim kritischen Winkel a noch nicht erreicht wird. if the maximum at critical angle a has not yet been reached.

Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, wiederholt sich das Hochlaufen des Drehmoments auf einen relativen Maximalwert und die nachfolgende Abnahme des Drehmoments mehrfach, solange das Füllgut durch den fortschreitenden Mahlvorgang noch nicht ausreichend gemahlen und homogen ist. Die Zustandserfassung spricht aber aufgrund ihrer Struktur auf kleine Schwerpunktsänderungen nicht an, die auf zufällige Relativbewegungen im 15 Füllgut zurückzuführen sind und dem in Figur 2 gezeigten glatten Verlauf überlagert sein können. Dabei ist das erste von der Zustandserfassung gemeldete relative Maximum des Antriebsmoments gleichzeitig auch dessen absolutes Maximum. As can be seen from FIG. 2, the ramping up of the torque to a relative maximum value and the subsequent decrease in the torque are repeated several times, as long as the filling material is not sufficiently ground and homogeneous due to the progressive grinding process. Due to its structure, however, the condition detection does not respond to small changes in the center of gravity, which can be attributed to random relative movements in the product and may be superimposed on the smooth course shown in FIG. The first relative maximum of the drive torque reported by the condition detection is also its absolute maximum.

20 Später auftretende relative Maxima, die vom Differenzverstärker 26 und dem Polaritätsdetektor 30 ebenfalls erfasst werden, spielen für die Erfassung des kritischen Zustandes demnach keine Rolle. Daher ist vorteilhaft am Ausgang der Zustandserfassung 19 ein Speicher (Flip-Flop 33) angeordnet, der 25 beim Anfahren auf den kritischen Zustand gesetzt und beim Erreichen des ersten Maximums von der Zustandserfassung auf den unkritischen Zustand gesetzt und auf diesem Zustand erhalten bleibt. 20 Relative maxima occurring later, which are also detected by the differential amplifier 26 and the polarity detector 30, therefore play no role in the detection of the critical state. Therefore, a memory (flip-flop 33) is advantageously arranged at the output of the state detection 19, which is set to the critical state when starting up and is set to the uncritical state from the state detection when the first maximum is reached and is retained in this state.

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2 Blätter Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

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1. Verfahren zum Überwachen des Lastzustandes einer rotierenden Mechanik, die von einer feldorientiert geregelten Drehfeldmaschine angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, 1. A method for monitoring the load state of a rotating mechanism which is driven by a field-oriented regulated induction machine, characterized in that

dass als Ersatzgrösse für das auf die rotierende Mechanik wirkende mechanische Gegenmoment der Wert der feldsenkrechten Komponente des Ständerstromvektors der Drehfeldmaschine an der Regeleinrichtung der Drehfeldmaschine abgegriffen und überwacht wird. that the value of the component perpendicular to the field of the stator current vector of the induction machine is tapped and monitored on the control device of the induction machine as a replacement quantity for the mechanical counter-torque acting on the rotating mechanics.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Ersatzgrösse für den Drehwinkel der Mechanik an der Regeleinrichtung der Feldwinkel der Drehfeldmaschine abgegriffen und überwacht wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the field angle of the induction machine is tapped and monitored as a replacement variable for the angle of rotation of the mechanics on the control device.

2 2nd

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Ersatzgrösse für die Drehzahl der Mechanik an der Regeleinrichtung die Feldfrequenz der Drehfeldmaschine abgegriffen und überwacht wird. 3. The method according to claim 1, characterized in that the field frequency of the induction machine is tapped and monitored as a replacement variable for the speed of the mechanics on the control device.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert der feldsenkrechten Komponente am Ausgang eines Reglers abgegriffen wird, dem die Regelabweichung der Feldfrequenz von einem Frequenzsollwert zugeführt ist. 4. The method according to claim 1, characterized in that the value of the component perpendicular to the field is tapped at the output of a controller to which the control deviation of the field frequency from a frequency setpoint is supplied.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Feldwinkel die ständerorientierten kartesischen Komponenten des Feldvektors gebildet, die Nulldurchgänge einer oder beider Komponenten gezählt und die Anzahl der Nulldurchgänge als Ersatzwert für den Drehwinkel verwendet werden. 5. The method according to claim 2, characterized in that the stand-oriented Cartesian components of the field vector are formed as the field angle, the zero crossings of one or both components are counted and the number of zero crossings are used as a substitute value for the angle of rotation.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erreichen eines Maximums für die Ge-genmoment-Ersatzgrösse ein Zustandssignal gesetzt und das Zustandssignal mit der Drehwinkel-Ersatzgrösse zu einem Überwachungssignal verknüpft wird. 6. The method according to claims 1 and 2, characterized in that when a maximum for the counter torque equivalent quantity is reached, a status signal is set and the status signal is linked to the rotation angle replacement quantity to form a monitoring signal.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer geringen Glättungszeitkonstante der Wert der Gegenmoment-Ersatzgrösse und mit einer grösseren Glättungszeitkonstante ein Mittelwert der Gegenmoment-Ersatzgrösse gebildet wird und dass das Erreichen eines Maximalwertes der Ge-genmoment-Ersatzgrösse an der Polaritätsumkehr der Differenz beider Werte erkannt wird. 7. The method according to claim 6, characterized in that the value of the counter-torque replacement quantity is formed with a low smoothing time constant and an average value of the counter-torque replacement quantity is formed with a larger smoothing time constant, and in that the maximum value of the counter-torque replacement quantity at the polarity reversal is achieved Difference between the two values is detected.

8. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zum Erkennen eines kritischen Zustandes beim Anlauf der Mechanik, insbesondere zum Erkennen eines «frozen charge»-Zustandes der Füllung einer Rohrmühle, gekennzeichnet durch folgende Schritte: 8. Application of the method according to claim 1 for the detection of a critical state when the mechanical system starts, in particular for the detection of a “frozen charge” state of the filling of a tube mill, characterized by the following steps:

a) Die Winkelauslenkung eines Vektors, der die Lage des Drehfeldes der Drehfeldmaschine beschreibt, gegenüber einer Anfangslage wird während des Anlaufes erfasst; a) The angular deflection of a vector, which describes the position of the rotating field of the induction machine, compared to an initial position is recorded during the start-up;

b) mittels eines aus der feldsenkrechten Komponente des Ständerstromes gebildeten Signals wird ein einem kritischen Lastzustand zugeordnetes Zustandssignal gebildet, sobald die feldsenkrechte Komponente einen Maximalwert erreicht; und c) aus dem Wert des Zustandssignals und dem Wert der Winkelauslenkung wird die beim Erreichen des Maximalwertes vorliegende Winkelauslenkung als Mass für den Lastzustand der Mechanik gebildet. b) by means of a signal formed from the component of the stator current perpendicular to the field, a status signal associated with a critical load state is formed as soon as the component perpendicular to the field reaches a maximum value; and c) from the value of the status signal and the value of the angular deflection, the angular deflection present when the maximum value is reached is formed as a measure of the load state of the mechanics.

9. Vorrichtung zum Überwachen des Lastzustandes einer rotierenden Mechanik, die von einer feldorientierten Drehfeldmaschine angetrieben ist, wobei in einer Regeleinrichtung ein Flussrechner den Feldwinkel der Drehfeldmaschine ermittelt und der Regeleinrichtung eingegebene Führungsgrössen für die zum Feldvektor parallele und senkrechte Komponente des Ständerstromvektors mittels des Feldwinkels in ständerorientierte Steuergrössen eines die Ständerwicklungen der Drehfeldmaschine speisenden Umrichters überführt werden, gekennzeichnet, durch eine Überwachungseinrichtung zur Erzeugung eines mindestens aus dem auf die Mechanik wirkenden mechanischen Gegenmoment abgeleiteten Überwachungssignals, wobei Eingänge der Überwachungseinrichtung an die Regeleinrichtung angeschlossen sind und der Überwachungseinrichtung als Ersatzwert für das Gegenmoment der Istwert oder Sollwert der feldsenkrechten Komponente des Ständerstromvektors zugeführt ist. 9.Device for monitoring the load state of a rotating mechanism, which is driven by a field-oriented induction machine, in a control device a flow computer determines the field angle of the induction machine and the control device input guide variables for the component of the stator current vector parallel and perpendicular to the field vector by means of the field angle into stator-oriented Control variables of a converter feeding the stator windings of the induction machine are transferred, characterized by a monitoring device for generating a monitoring signal derived at least from the mechanical counter-torque acting on the mechanics, inputs of the monitoring device being connected to the control device and the monitoring device as a substitute value for the counter-torque of the actual value or setpoint of the component of the stator current vector perpendicular to the field is supplied.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung eine an den Eingang für die feldsenkrechte Komponente angeschlossene Einrichtung zur Zustandserfassung, einen an den Flussrechner angeschlossenen Winkeldetektor zur Auswertung des Feldwinkels und eine an die Einrichtung zur Zustandserfassung und den Winkeldetektor angeschlossene Auswerteeinrichtung zur Bildung des Überwachungssignals durch Verknüpfen des Winkelsignals mit dem Zustandssignal enthält. 10. The device according to claim 9, characterized in that the monitoring device a device connected to the input for the field-vertical component for condition detection, an angle detector connected to the flow computer for evaluating the field angle and an evaluation device connected to the device for condition detection and the angle detector for formation contains the monitoring signal by combining the angle signal with the status signal.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Einrichtung zur Zustandserfassung ein Übertragungsglied mit geringer Glättungszeitkonstante und ein Glättungs-glied mit höherer Glättungszeitkonstante sowie einen Polaritätsdetektor für die Differenz der vom Übertragungsglied und dem Glättungsglied gelieferten Signale und einen vom Polaritätsdetektor rücksetzbaren Zustandsspeicher enthält; 11. The device according to claim 10, characterized in that a) the device for state detection, a transmission element with a low smoothing time constant and a smoothing element with a higher smoothing time constant, and a polarity detector for the difference between the signals supplied by the transmission element and the smoothing element and a state memory resettable by the polarity detector contains;

b) dass der Winkeldetektor eine Zähleinrichtung für die Nulldurchgänge der am Flussrechner abgegriffenen ständerorientierten kartesischen Komponenten des Feldvektors enthält; und c) dass die Auswerteeinrichtung eine von einem kritischen Grenzwert für die Winkelauslenkung, dem Ausgangssignal des Winkeldetektors und dem Ausgangssignal des Zustandsspei-chers gespeiste Abfrageeinrichtung enthält, die durch Vergleich des vorgegebenen kritischen Grenzwerts mit dem mit einer Änderung des im Zustandsspeicher gespeicherten Zustandssignals koinzidierenden Winkelsignal das Überwachungssignal liefert. b) that the angle detector contains a counting device for the zero crossings of the stand-oriented Cartesian components of the field vector picked up at the flow computer; and c) that the evaluation device contains an interrogation device fed by a critical limit value for the angular deflection, the output signal of the angle detector and the output signal of the state memory, which by comparing the predetermined critical limit value with the angle signal coinciding with a change in the state signal stored in the state memory Monitoring signal delivers.