CN104136350B - 材料幅面的幅面速度的监测 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于监测通过辊(2，3，4)运动的材料幅面的幅面速度的方法，其中借助发动机(5)驱动辊(2，3，4)并且检测发动机(5)的瞬时转速。由所检测到的转速和驱动辊(2，3，4)的直径求出瞬时幅面速度。所求出的瞬时幅面速度与幅面速度的预设的速度阙值和预设的速度额定值相比较。

Description

材料幅面的幅面速度的监测
技术领域
本发明涉及一种用于监测通过辊运动的材料幅面的幅面速度的方法和装置。
背景技术
在此，材料幅面理解为由平面材料、例如由纸、塑料或金属构成的幅面。
在具有连续的、通过辊运动的材料幅面的机器中，要监测驱动辊的圆周速度和与此相关联的材料幅面的幅面速度。特别地，要考虑两个速度阈值：最大的机械幅面速度，该速度不能被超越以避免损坏机器；和所谓的安全速度，在此速度下允许操作者在机器运动期间进入危险区域，以便例如执行维护作业。
DE4430550A1公开了一种用于在运输弹性材料幅面或者在拉伸可塑性变形的材料幅面的装置中控制幅面速度的方法，其中运输部件或拉伸部件分别包含布置在转速调节回路中的电驱动器。在此，由材料幅面的和相应的拉伸部的引导速度来确定幅面速度的所属的额定值，由此借助与驱动器连接的辊直径并且或许借助传动装置传动比来确定用于转速调节回路的额定转速。
DE10104795A1中公开了一种用于为电控制的或电调节的从动轴进行额定值校正的方法，所述从动轴相应于上级导向轴的导向运动的预设功能性关联来运行。在此，为了控制从动轴，使相应的导向轴的位置实际值增大了一个位置校正值。
DE2613600A1公开了一种用于输送幅面的机器的转速调节***，其中为用于直径相同的辊子的转速调节器分别预设了相同的转速额定值，并且对于具有与导向滚筒的直径不同的直径的辊子或辊子组设置适当的转速额定值，其由输送带张力调节器来校正。
DE69202132T2公开一种用于幅面运送器的驱动***，其具有包括多个幅面驱动辊的驱动辊装置，幅面驱动辊各具有一个与驱动辊耦合的独立的发动机驱动器，其中每个发动机驱动器具有用于提供与其相应的发动机驱动电流相符的输出信号的部件。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于监测通过辊运动的材料幅面的幅面速度的改进方法和改进装置。
在根据本发明的用于监测通过辊运动的材料幅面的幅面速度的方法中，借助于发动机来驱动驱动辊。检测发动机的瞬时转速，并且由所检测到的转速和驱动辊的直径来求出瞬时幅面速度。所求出的瞬时幅面速度与幅面速度的预设的速度阙值和预设的速度额定值相比较。当所求出的瞬时幅面速度大于速度阈值的时间长于预设的第二公差持续时间时，或者当所求出的瞬时幅面速度与速度额定值的偏差大于预设的公差偏差时，或者当所求出的瞬时幅面速度大于速度阈值时，关闭发动机。
检测驱动辊的发动机的瞬时转速有利地实现的是，简单且精确地求出材料幅面的幅面速度。所求出的幅面速度与速度额定值的和速度阈值的比较允许监测优选的幅面速度值的保持情况和限制幅面速度。
在所求出的瞬时幅面速度与速度额定值的偏差大于公差偏差的情况下关闭发动机，这实现了通过关闭发动机对于发动机转速的可能的错误检测作出反应，所述错误检测导致了错误地求出幅面速度并且表现为所求出的幅面速度与速度额定值的相应偏差。
通过在所求出的瞬时幅面速度大于速度阈值的情况下关闭发动机，能够有利地防止：幅面速度大到损坏处理材料幅面的机器、或者使得机器的操作人员例如在维护机器时受到危害。
在所求出的瞬时幅面速度大于速度阈值的时间长于公差持续时间的情况下关闭发动机，这有利地考虑到：不需要在每次确认超过速度阈值时立即关闭发动机。例如，当因为由调节决定的和/或由检测决定的波动而非精确地求出瞬时幅面速度，并且因此偶尔伪装成实际未出现的超出速度阈值时，和/或当幅面速度仅短时间地超过速度阈值时，不需要关闭发动机。
本发明的一个设计方案提出，预设第一公差持续时间，并且当所求出的瞬时幅面速度和速度额定值之间的差值保持恒定的时间大于第一公差持续时间时，关闭发动机。
本发明的该设计方案有利地克服了对幅面速度监测的可能的干涉，其伪装成所求出的幅面速度与速度额定值的实际不存在的一致性。在此充分利用的是，所求出的瞬时幅面速度和速度额定值之间的差值不可能较长时间地持续恒定，并且这表明了干涉。
在本发明的另一个设计方案中，由驱动辊的速度额定值和直径来求出发动机的转速的转速额定值，并且将发动机的转速调节到该转速额定值上。
该设计方案有利地实现的是，根据速度额定值的变化和/或驱动辊的直径的变化来调整发动机的转速。
在本发明另一个设计方案中，在驱动辊具有随时间变化的直径的情况下，周期性地检测驱动辊的直径，并且将所检测到的瞬时直径用于求出瞬时幅面速度。
本发明的该设计方案与驱动辊有关，材料幅面缠绕到该驱动辊上或者从该驱动辊开始展开材料幅面，并且因此所述驱动辊的直径在时间上是变化的。这种驱动辊的瞬时直径在本文中相应地理解为具有瞬间缠绕到其上的部分材料幅面的辊的直径。检测这种驱动辊的瞬时直径是有利的，因为仅根据实际的瞬时直径能够根据瞬时转速可靠地求出瞬时的幅面速度。
优选地，此时在驱动辊每次旋转期间，从至少一个传感器位置的不同位置点上检测驱动辊的直径；对于每次旋转，在所检测到的直径中求出所检测到的最大直径和最小直径，预设对于该直径的公差差值、旋转数量N1和公差数量N2，并且当从N1个依次进行的驱动辊的旋转起，对于大于N2而言，分别检测到的最大直径和最小直径之间的差值大于公差差值时，关闭发动机。
通过在旋转期间这样检测和评估在驱动辊的不同位置点上的直径，能够可靠地识别驱动辊的不平衡，其例如归因于在驱动辊上不对称地缠绕的材料幅面，并且在识别到不平衡时能够关闭发动机。这是有利的，因为在速度阈值没有考虑到的很小的幅面速度时，这种不平衡已经能够破坏机器。
根据本发明的方法特别有利地适合于监测造纸机、辊式切割机或者涂布机中的材料幅面的幅面速度。
用于借助根据本发明的方法来监测通过辊运动的材料幅面的幅面速度的根据本发明的装置包括驱动辊以及用于驱动驱动辊的发动机。此外，其还包括用于检测发动机的转速的转速检测单元和控制单元，借助于该控制单元能够评估用于求出瞬时幅面速度的由转速检测单元所检测到的信号，并且根据评估结果能够关闭发动机。
当驱动辊具有在时间上可变化的直径时，该装置优选地还具有至少一个直径检测单元以检测驱动辊的直径。在此，直径检测单元特别优选地包括测距仪以检测从测距仪到驱动辊的外表面的距离。
这使得执行根据本发明的具有上述优点的方法成为可能。
附图说明
结合下面参考附图详细阐述了的实施例的说明，本发明的上述属性、特征和优点以及如何实现它们的方式方法会更清晰易懂。在此示出：
图1用于监测通过辊运动的材料幅面的幅面速度的装置的框图，和
图2用于监测通过辊运动的材料幅面的幅面速度的方法的框图。
具体实施方式
图1示出用于监测在处理材料幅面的机器中的材料幅面(未示出)的幅面速度的装置1的框图。例如，材料幅面由纸构成，并且该机器是造纸机、辊式切割机或者涂布机。然而材料幅面和机器的特定构造与本发明无关。
材料幅面通过驱动辊2，3，4来运动。每个驱动辊2，3，4通过发动机5借助在此未详细示出的发动机轴6和在此同样未详细示出的传动装置7来驱动。
在示出的实施例中，第一驱动辊2和第二驱动辊3是具有恒定的辊直径的辊，其仅用于驱动材料幅面，材料幅面并不缠绕到所述驱动辊2，3上或者从其开始展开。第三驱动辊4是具有变化的直径的辊，材料幅面缠绕到其上或者从其开始展开。
发动机5分别通过变频器8来供电。变频器8通过现场总线9、例如PROFIBUS(＝ProcessFieldBus)与控制单元10相连，并且变频器是可控的。
针对每个发动机5，该装置具有用于检测相应的发动机5的转速的转速检测单元11。由转速检测单元11所检测到的转速通过配属于相应的发动机5的变频器8和现场总线9传输到控制单元10处，并且由控制单元10以下面详细描述的方式评估该转速。配属于第一驱动辊2的转速检测单元11在所示出的实施例中具有可选的发送器信号评估器12，借助于其以适当的形式为附属的变频器8提供发送器信号。
控制单元10通过第一***组件13和第二***组件14与***仪器15至21相连。***组件13，14原则上构造是相同的。在示出的实施例中，***仪器15至21包括直径检测单元15、紧急开关16、保险开关17、显示元件18、至少一个安全门19、至少一个光栅20和防护单元21。
直径检测单元15周期性地检测第三驱动辊4的直径。为此，该直径检测单元具有测距仪，以检测测距仪到第三驱动辊4的外表面的距离。由直径检测单元15所检测到的信号被传输到第二***组件14的模拟模块14.1处，并且由第二***组件14的通信模块14.0将其转发到控制单元10。
紧急开关16实现了手动地、时间延迟地关闭驱动器直至其处于静止。安全开关17实现了手动关闭驱动器，其中在此，接通和关闭驱动器等同于电接通和关闭全部的发动机5。紧急开关16和保险开关17分别与第二***组件14的数字模块14.2连接，这些开关通过数字模块向通信模块14.0传输其相应的开关状态。这些开关状态由第二***组件14转发到控制单元10。
每个显示元件18配属于一个保险开关17，并且显示该开关的开关状态。为此，显示元件与第一***组件13相连，通过第一***组件控制该显示元件。每个显示元件18具有一个发光二极管，例如当驱动器借助附属的安全开关17来关闭时，在导通方向上运行发光二极管。
安全门19和光栅20用于到机器的接入控制。借助光栅20监测机器的接入，并且借助安全门19仅在划分为无危险的状态中实现到机器的接入。安全门19和光栅20与第二***组件14的数字模块14.2相连，通过第二***组件可以控制并监测和安全门19的状态(闭锁或解锁)和光栅20的信号。也能够设置多个安全门19和光栅20来代替仅仅一个安全门19和仅仅一个光栅20。例如，能够设置安全门19和光栅20，其分别仅提供或监测到机器的特定区域的访问。
通过防护单元21能够关闭和接通第三驱动辊4的发动机。防护单元21与第二***组件14的数字输出端14.3相连，并且通过这些能够借助控制单元10经由第二***组件14来对其进行驱控。
另外两个驱动辊2，3的发动机5能够借助控制单元10直接通过现场总线9来接通和关闭，如通过现场总线9的虚线示出的部段所示。
图2以框图示意性地示出用于监测通过驱动辊2，3，4来运动的材料幅面的幅面速度的方法的方法步骤S1至S5。
在本方法中，在第一方法步骤S1中借助转速检测单元11检测发动机5的瞬时转速，并且同时在第二方法步骤S2中借助直径检测单元15检测第三驱动辊4的瞬时直径(这两个另外的驱动辊2，3的恒定直径存储在控制单元10中)。在此，在发动机5的发动机轴6上进行转速检测。第三驱动辊4的直径的初始值或者被手动输入、或者借助于公式[1]和归属于另外的驱动辊2，3的数据来求出。
所检测到的转速和直径传输到控制单元10处。为了排除转速的额定值通过不安全的通信作为转速实际值回传到控制单元10处的情况，优选地，对所检测到的转速不断地监测信号噪声。信号噪声的监测也用于识别通信故障。
在第三方法步骤S3中，由控制单元10为至少一个驱动辊2，3，4根据
vist＝πdn/i[1]
求出材料幅面的瞬时幅面速度vist，其中n表示所属发动机5的所检测到的转速，d表示直径并且i表示相应的驱动辊2，3，4的传动装置传动比，并且π是圆周率(因此，i表示相应的发动机轴6和驱动辊2，3，4的转速的比值)。
在第四方法步骤S4中，由控制单元10评估所求出的瞬时幅面速度，并且在第五步骤S5中，最后由控制单元10根据评估结果在需要的情况下关闭机器。
在评估所求出的瞬时幅面速度vist时，其与幅面速度的预设的速度额定值vsoll、预设的速度阈值vmax和速度极值vgrenz相比较。在此，vsoll，vmax和vgrenz与机器的运行状态相关。在机器的维护状态中，速度阈值vmax是材料幅面的爬行速度，并且vgrenz是不能被超过的幅面速度，以便不危害在机器的区域中的操作人员。例如，在维护状态中vgrenz＝1.5vmax并且vmax＝15m/min，以便将对于操作人员的危害降低到合理的程度。在正常运行中，vmax显著高于爬行速度，并且vgrenz是不能被超过的最大的机械幅面速度，以避免损坏机器。相应地，速度额定值vsoll在维护和正常运行中是不同的，并且匹配于相应的速度阈值vmax。用于不同运行状态的速度阈值vmax和速度极值vgrenz作为固定值存储在由控制单元10实施的安全程序中。
为了评估vist，预设vsoll的公差偏差。当vist与vsoll的偏差大于公差偏差时，关闭机器。该措施用于：考虑到可能的对于第三驱动辊4的直径和/或发动机5的转速的错误检测，所述错误检测导致了错误地求出vist。在此，只要vist不超过速度阈值vmax，机器(即发动机5)的关闭就以常见的方式(“运行关闭”)来进行，因为在这种情况中机器不受到危险状态的威胁并且因此不需要紧急关闭。
此外，为了防止干涉，当差值vist-vsoll保持恒定的时间长于预设的第一公差持续时间时，特别是因此当vist和vsoll保持一致的时间长于第一公差持续时间时，运行关闭机器。在此，优选地将驱动辊2，3，4的一些旋转的持续时间预设为第一公差持续时间。此外，在该实施例的一个设计方案中，当对于适当地规定了依次进行的发动机旋转的数量、例如对于两个依次进行的旋转求出完全相同的转速时，运行关闭机器，因为这种表现也是不可能的，并且表明了干涉或***错误。
当vist大于vmax时，实现了安全地关闭机器。在变化了的实施例中，当vist大于vmax的时间长于预设的第二公差持续时间时，只要在第二公差持续时间期间vist没有超过vgrenz，就实现了安全地关闭机器。在本实施例的其他变体中，在vmax为爬行速度并且vgrenz>vist>vmax的情况下，仅当保护门19是解锁的或者人员位于机器的通过保护门19保护的区域中时，才需要关闭机器。
在vist>vgrenz的情况下，无论如何都立即紧急关闭机器。
对于第三驱动辊4而言，优选地根据公式[1]，由相应的速度额定值vsoll和所检测到的瞬时直径来求出并且相应地设定所属的发动机5的所属的瞬时额定转速nsoll。
在第三驱动辊4的情况下，通过分析所检测到的转速和所检测到的直径，可以识别所属的发动机轴6的轴断裂情况，因为在第三驱动辊4上，彼此不相关地检测在发动机轴6上的转速和直径。在识别了轴断裂的情况下，同样关闭机器。
一旦将维护运行选作机器的运行状态，则实现材料幅面运行制动到小于爬行速度的幅面速度。一旦对于全部驱动器而言都低于爬行速度，则如上所述地监测以爬行速度作为vmax的幅面速度。附加地，无误地产生开启信号，其标志了达到爬行速度并且用作对解锁保护门19的开启。
根据本发明的方法的另一个设计方案还提出，对第三驱动辊4进行不平衡监测。为此，周期性地利用足够高的扫描频率来检测第三驱动辊4的直径，例如第三驱动辊4每次旋转时至少扫描五次。由该测量对于每次旋转求出所检测到的最大直径和最小直径。这两个直径值之间的过大的差异表明了第三驱动辊4的不平衡，其例如归因于在第三驱动辊4上不对称地缠绕材料幅面。在幅面速度显著小于在正常运行中设为vgrenz的最大的机械幅面速度时，这种不平衡已经能够破坏机器。因此，不平衡监测是根据本发明的方法的有利的设计方案。
但是，因为对第三驱动辊4的直径的测量通常是相对不精确的，所以对测量执行平整，其考虑到第三驱动辊4的多次旋转。为此，为所检测到的直径、旋转数量N1和公差数量N2预设公差差值。当从N1个依次进行的第三驱动辊4的旋转起，对于大于N2而言，在一次旋转期间分别检测到的最大和最小直径之间的差值大于公差差值时，关闭发动机。例如，对于N2＝N1/2而言，当大于N1次旋转一半的差值大于公差差值时，关闭机器。
在此，根据平行执行的转速测量对直径测量持续地监测可信度，以便能够诊断直径测量的失效。
尽管通过优选的实施例在细节上详细地阐述并说明了本发明，本发明不受到所公开的实施例的限制，并且在不超出本发明的保护范围的情况下，专业人员能够从中推导其他的变体。

Claims (15)

1.一种用于监测通过辊运动的材料幅面的幅面速度的方法，其中
-借助于发动机(5)驱动驱动辊(2，3，4)，
-检测所述发动机(5)的瞬时转速，
-由所检测到的所述发动机(5)的所述转速和所述驱动辊(2，3，4)的直径求出瞬时的幅面速度，
-所求出的所述瞬时的幅面速度分别与所述幅面速度的预设的速度阈值和预设的速度额定值相比较，
-并且
-当所求出的所述瞬时的幅面速度大于所述速度阈值的时间长于预设的第二公差持续时间时，
-或者当所求出的所述瞬时的幅面速度与所述速度额定值的偏差大于预设的公差偏差时，
-或者当所求出的所述瞬时的幅面速度大于所述速度阈值时，
关闭所述发动机(5)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助于所述发动机(5)经由驱动轴和/或传动装置(7)驱动所述驱动辊(2，3，4)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，预设第一公差持续时间，并且当所求出的所述瞬时的幅面速度和所述速度额定值之间的差值保持恒定的时间大于所述第一公差持续时间时，关闭所述发动机(5)。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，由所述速度额定值和所述驱动辊(2，3，4)的所述直径求出所述发动机(5)的转速的转速额定值，并且将所述发动机(5)的所述转速调节到这个所述转速额定值上。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，由所述速度额定值和所述驱动辊(2，3，4)的所述直径求出所述发动机(5)的转速的转速额定值，并且将所述发动机(5)的所述转速调节到这个所述转速额定值上。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述驱动辊(2，3，4)具有随时间变化的直径的情况下，周期性地检测所述驱动辊(2，3，4)的所述直径，并且将所检测到的瞬时的直径用于求出所述瞬时的幅面速度。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述驱动辊(2，3，4)具有随时间变化的直径的情况下，周期性地检测所述驱动辊(2，3，4)的所述直径，并且将所检测到的瞬时的直径用于求出所述瞬时的幅面速度。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述驱动辊(2，3，4)每次旋转期间在不同位置点上检测所述驱动辊(2，3，4)的直径；对于每次旋转，根据所检测到的直径求出所检测到的最大直径和最小直径；预设对于所述直径的公差差值、旋转数量N1和公差数量N2；并且当从N1个依次进行的所述驱动辊(2，3，4)的旋转起，对于大于N2而言，在分别检测到的所述最大直径和所述最小直径之间的差值大于所述公差差值时，关闭所述发动机(5)。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述驱动辊(2，3，4)每次旋转期间在不同位置点上检测所述驱动辊(2，3，4)的直径；对于每次旋转，根据所检测到的直径求出所检测到的最大直径和最小直径；预设对于所述直径的公差差值、旋转数量N1和公差数量N2；并且当从N1个依次进行的所述驱动辊(2，3，4)的旋转起，对于大于N2而言，在分别检测到的所述最大直径和所述最小直径之间的差值大于所述公差差值时，关闭所述发动机(5)。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当对于依次进行的预设了数量的发动机旋转而言，当检测到完全相同的转速时，关闭所述发动机(5)。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，当对于依次进行的预设了数量的发动机旋转而言，当检测到完全相同的转速时，关闭所述发动机(5)。
12.一种根据前述权利要求中任一项所述的方法的应用，所述应用用于监测造纸机中的、辊式切割机中的或者涂布机中的材料幅面的幅面速度。
13.一种用于借助根据权利要求1至11中任一项所述的方法来监测通过辊运动的材料幅面的幅面速度的装置(1)，包括
-驱动辊(2，3，4)，
-用于驱动所述驱动辊(2，3，4)的发动机(5)，
-用于检测所述发动机(5)的转速的转速检测单元(11)，和
-控制单元(10)，借助于所述控制单元能够评估由所述转速检测单元(11)所检测到的用于求出瞬时的所述幅面速度的信号，并且所述发动机(5)根据评估结果能够关闭。
14.根据权利要求13所述的装置(1)，其特征在于至少一个用于检测所述驱动辊(2，3，4)的直径的直径检测单元(15)，如果所述驱动辊(2，3，4)具有随时间变化的直径的话。
15.根据权利要求14所述的装置(1)，其特征在于，所述直径检测单元(15)包括测距仪，所述测距仪用于检测从所述测距仪到所述驱动辊(2，3，4)的外表面的距离。
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