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"Anordnung zur Steuerung eines belasteten Motors"
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung eines belasteten
Motors für die Beschleunigung und Verzögerung seiner Belastung zwecks Erreichens
einer bestimmten Geschwindigkeit und Anhaltegenauigkeit dieser Belastung in Abhängigkeit
vom zurückgelegten Weg mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 aufgeführten
Merkmalen.
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Die US-PS 3,700,379 zeigt eine Anordnung zur Steuerung von belasteten
Motoren, die zum Antrieb i.n Walzen eines Walzwerkes dienen und über einen programmierbaren
Computer gesteuert werden. Die Anordnung ist derart getroffen, daß die Walzen jedes
Walzenständers in Abhängigkeit der Einstellung der Walzen des vorangehenden Ständers
sich automatisch einstellen, um die Walzenöffnung richtig einzustellen. Aus der
DT-OS 23 04 888 sind ein Verfahren und eine Anordnung zum Positionieren bekannt,
die s.B. für magnetische Plattenspeicher Verwendung finden.
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Das Problem besteht hier darin, die Bandspule möglichst schnell
auf
eine hohe Geschwindigkeit zu beschleunigen, wobei diese Beschleunigung fest vorgegeben
wird und dann an einer bestimmten Stelle gezielt abzubremsen, wozu der Vorschlag
gemacht wird, vor dem Erreichen der Haltestelle zwei verschiedene Verzögerungen
einzuführen, um die Haltestelle selbst mit einer derart geringen Geschwindigkeit
anfahren zu können, um eine sehr hohe Anhaltegenauigkeit zu erhalten.
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Die Erfindung geht von diesem Stand der Technik aus. Die Aufgabe der
Erfindung bestand darin, für eine in der Fertigung verwendete Vorrichtung,eine Anordnung
zur Steuerung eines belasteten Motors für die Beschleunigung und Verzögerung seiner
sehr hohen Belastung zu schaffen, wozu es nicht nur genügte, hohe Anhaltegenauigkeiten,
wie im bekannten Stand der Technik beschrieben, zu erreichen, sondern es war ebenso
erforderlich, in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg der Belastung ganz bestimmte
GeschxYindigkeiten zu erreichen. Die Aufgabe bestand also darin, eine durch die
Maschinendaten und die Fertigungsanforderungen vorgegebene Geschwindigkeitswegkurve
möglichst genau zu verwirklichen, wozu es also erforderlich wurde, nicht nur vor
den einzelnen Haltestellen besondere Maßnahmen zu ergreifen, sondern über die gesamte
Wegstrecke.
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Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einer Anordnung der eingangs
genannten Art nach der Erfindung Maßnahmen ergriffen, die im kennzeichnenden Teil
des Patentanspruches 1 im einzelnen angegeben sind. Zur weiteren Ausgestaltung der
Erfindung
können Maßnahmen ergriffen werden, wie sie in den Unteransprüchen
2 bis 7 beschrieben werden.
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Bei Einsatz der Erfindung ist es nunmehr möglich, bei Geben des Startbefehls,
der also z.B. bei voll-automatisierten Maschinen auch vollautomatisch gegeben wird,
mit einer bestimmten Mindestbeschleunigung eine derartige Maschine anzufahren, dann
eine bestimmte gewollte Beschleunigung über eine bestimmte Wegstrecke zu erreichen
und dann bestimmte gewollte Verzögerungen vor den einzelnen Haltestellen einzulegen,
so daß die Maschine jede Haltestelle mit einer derartigen Geschwindigkeit anfahren
kann, um eine hohe Anhaltegenauigkeit zu erreichen.
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Die Anordnung nach der Erfindung eignet sich im wesentlichen für die
Fertigungseinrichtungen, die mit sog. Karusseilmaschinen arbeiten, bei denen also
die Belastung das Karussell ist. Dieses wird durch einen Motor angetrieben und muß
z.B. auf seinem Umfang für die einzelnen Arbeitsvorgänge z.B. 12 x oder auch 20
x anhalten. Diese einzelnen Haltestellen müssen mit der größten Genauigkeit angefahren
werden, damit ein Zurück-und vielleicht sogar wieder Vorschieben in die Halteposition
und damit des gesamten Karusseis grundsätzlich vermieden werden kann. Außerdem sollen
die Wege zwischen den einzelnen Haltestellen in möglichst kurzer Zeit zurückgelegt
werden, weil diese Zeiten wesentlich die Fertigungszeit auf einer derartigen Karussel.lmaschine
mitbestimmen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 nach der Erfindung freiprogrammierbare
Kennlinien zwischen zwei Haltestellen, Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild
und en Fig. 3 ein/Teilauszug aus einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung für
die Positioniereinrichtung.
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In Fig. 1 ist die Geschwindigkeit über der Anzahl der Impulse in Form
einer Kennlinie aufgetragen. Dabei ist die Kennlinie 1 z.B. die Geschwindigkeit
der. Belastung zwischen zwei Haltestellen, wobei die eine Haltestelle bei 0 und
die andere Haltestelle bei 1 liegt. Z.B. eine Karussilmaschine mit mehreren verschiedenen
Arbeitspositionen wird durch einen Motor angetrieben und nun ist auf dieser Karussellmaschine
ein Impulsgeber angeordnet, und zwar, wie aus Fig. 1 hervorgeht, gibt dieser Impulsgeber
zwischen zwei Haltestellen z.B. 512 Impulse. Bei Erteilen des Piahrbefehls bzw.
des Startbefehls wird eine bestimmte Mindestbeschleunigung sofort erteilt,und daher
läuft die Maschine, wie bei 0 gezeichnet, mit einer bestimmten Mindestbeschleunigung
und damit auch Geschwindigkeit sofort an, wobei sich diese Geschwindigkeit etwa
bis zur gestrichelten Linie 5 steigert.
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Hier wird also die Höchstgeschwindigkeit, wie mit 3 bezeichnet, erreicht.
Danach wird die Geschwindigkeit wieder verzögert und die mit 1 bezeichnete Haltestelle
wird mit einer derart niedrigen Geschwindigkeit erreicht, daß eine hohe Anhaltegenauigkeit
verwirklicht werden kaiin. Zum Anhalten des Karussells bzw. der Belastung sind,
wie allgemein üblich, Endschalter vorgesehen. Wie aus Fig. 1, Kennlinie 1, weiterhin
ersichtlich,
ist die Anzahl der Impulse derart zwischen den beiden
Haltestellen 0 und 1 verteilt, daß bei Erreichen der Höchstgeschwindigkeit 3 die
Impulszahl 256 erreicht wird. Eine derartige Ausbildung hat z.B. große Vorteile
für die Auslegung der elektrischen Schaltungsanordnung. Sie kann dann sehr vorteilhaft
sein, wenn dieser Punkt,hier mit der gestrichelten Linie 5 bezeichnet, genau auch
gleich der halben Wegstrecke ist. Das muß aber nicht sein, wie die Kennlinie II
zeigt. Hier ist nämlich der Abstand zwischen den Haltestellen 0 und 2 wesentlich
geringer,und wenn jetzt auch diesem Abstand der gleiche Impulsgeber mit 512 Impulsen
für die Strecke-o bis 1-sugeordnet wird,dann ist sicherlich an der Stelle der höchsten
Geschwindigkeit 4,n21nlich an der in Fig. 1 gestrichelt eingezeichneten Linie 6,
eine andere Zahl für die Impulsgeber zuzuordnen als in dem Beispiel für die Kennlinie
1.
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Aus Fig. 1 geht hervor, daß die Schaltungsanordnung und die Anordnung
des Impulsgeberssowie der Enschalter nach der Erfindung die Möglichkeit bieten,
unterschiedlichen Wegstrecken unterschiedliche Geschwindigkeitswegkennlinien zuzuordnen,
also wie oben gesagt,freiprogrammierbare Kennlinien können verwirklicht werden.
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Fig. 2 zeigt schematisch die Anordnung. Die Fahrbefehle werden in
Richtung des Pfeiles 7 eingegeben, dann folgt die nach der Erfindung neue Positioniereinrichtung
8, dann ein an sich bekannter Servoverstärker 9, auf dessen Sekundärseite das Signal
erhalten wird, das schließlich den Motor 10 steuert,
auf dessen
Welle ein Tachogenerator 11 angeordnet ist, dessen Ausgangssignal wiederum über
die Leitung 12 dem Servoverstärker 9 zugeführt wird. Auf der Welle des Motors sitzt
weiterhin der Impulsgeber 13. Er gibt also den Istwert an, d.h. die Stellung der
Belastung 14 und gibt diesen Istwert über die Leitung 15 auf die Positioniereinrichtung
8 zur Auswertung. In Fig. 2 ist also die Positioniereinrichtung 8 der Gegenstand
nach der Erfindung, der nunmehr anhand der Fig. 3 näher beschrieben werden soll.
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In Fig. 3 ist mit 16 das sog. Fahrpult bezeichnet. Auf diesem sind
verschiedene Schalter angedeutet, z.B. für einen sog.
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Zeitschalter, für ein Stop, für einen automatischen Betrieb, für einen
Handbetrieb und für ein Stop im bestimmten Positionen.
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Derartige Fahrbefehle kommen über die Leitungen 17 und 18 in die Schaltungsanordnung
nach der Erfindung. Ein IC z.B.
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der Type 4011 bekommt sowohl vom Fahrpult als auch von dem Impulsgeber
entsprechende Signale, verarbeitet diese und gibt sie an einen Binärzähler 24 weiter,
der aus zwei IC's Typ 4029 und zwei IC's Typ 4050 besteht. Die Leitung 19 auf diesem
Binärzähler gibt an eine Flipflopschaltung 20 z.B. in Form eines IC's Typ 4011 und
4027, d.h. IC 4027 mit vorgeschaltetem Gatter. Die Sekundärausgänge des Zählers
18, also-die Ausgänge der IC's Typ 4050 sind an zwei IC's 1702A geschaltet. Diese
beiden IC's 1702A, hier mit 21 und 22 beziffert, sind ein sog. PROM 1 und PROM 2,
d.h. der PROM 1, nämlich der mit dem Bezugszeichen 21, verarbeitet die Impulse von
dem 1. bis zum 256zigsten, dann wird umgeschaltet, d.h. die Flipflopanordnung
20
setzt um und es wird der PROM 2, der hier in der Fig. 3 mit 22 bezeichnet ist, eingeschaltet.
Die Signale aus diesen PROM's 21 und 22 gelangen dann an einen Digital-Analog-Umsetzer
23, bestehend aus den IC's 7407 zweimal und einem IC ZD 430E1. Am Ausgang dieses
Digital-Analog-Verstärkers ist noch ein Umschalter, der über die Leitung 18 von
dem Fahrpult 16 betätigt werden kann, und zwar auf Stellung Fahren oder Stellung
Stop, und dann folgt schließlich der Servoverstärker 9 wie in Fig. 2 bezeichnet,
an den einmal eine Netzzuleitung 380 V Wechselspannung mit den Phasen R, S und T,
eine Erdungsklemme, der Motor 10 mit der Belastung 14, der Tachogenerator 11 und
noch ein sog. Driftkontakt dl eingeschaltet sind.
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Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung ist wie folgt: In der Ausgangsposition
steht das Karussell auf Punkt O (Fig. 1 Kurve I) und soll mit hoher Genauigkeit
und so schnell wie möglich die Haltestelle 1 erreichen. Da der absolute Anhaltepunkt
durch einen Endschalter bestimmt wird, betätigt der Endschalter über das Fahrpult
16 und die Leitung 18 den Kontakt hinter dem Digital-hnalog-Umsetzer 23 und schaltet
den Sollwerteingang des Servoverstärkers 9 auf Stillstand (Stop). Ebenfalls wird
durch den Endschalter über das Fahrpult 16 und die Leitung 17 über den IC 4011 der
Inhalt des Binärzählers 24 gelöscht.
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Die Flip-Flopeinheit 20 setzt den PROM 21, der damit für das Anfahrprogramm
vorgewählt wird.
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Da nun der Binärzähler 24 gelöscht und damit das Zählergebnis O als
Adresse pimärseitig am PROM 21 ansteht, setzt der PROM 21
über
den Digital-Analog-Umsetzer 23 die vorprogrammierte Mindestbeschleunigung im Punkt
O (Fig. 1) fest.
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Durch Auslösen eines Fahrbefehls in dem Fahrpult 16 über die Leitung
17 (und 18) wird der Binärzähler 24 zum Zahlen freigegeben und der Weg vom Digital-Analog-Umsetzer
23 zum Servoverstärker 9 eingeschaltet. Mit der vorprogrammierten Mindestbeschleunigung
setzt sich das Karussell in Bewegwlg.
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Der auf der Motorwelle sitzende Impulsgeber 13 gibt dem zurückgelegten
Weg entsprechende Impulse auf den Binärzähler 24.
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Jedem Zählerergebnis wird nun eine bestimmte Beschleunigung zugeordnet,
die als Sollwert über den Servoverstärker 9 dem Motor 10 zugeführt wird.
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Bei Erreichen des Zählerstandes 256 (vgl. Fig. 1 Kennlinie I) wird
über die Leitung 19 die Flip-Flopeinheit 20 betätigt und auf PROM 22 umgeschaltet,
der das Fahrprogranm lückenlos übernimmt und das Karussell mit ebenfalls dem Weg
zugeordneten Beschleunigungen in Richtung auf die Haltestelle 1 zubewegt.
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In der Haltestelle 1 wird nun der Endschalter betätigt, der das Fahrprogramm
beendet, indem über das Fahrpult 16 und die Leitungen 17 bzw. 18 der Binärzähler
24 gelöscht und der Von takt zwischen dem Digital-»nalog-Umsetzer 23 und dem Servoverstärker
9 auf Stop umgeschaltet wird.
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Damit ist ein Fahrzyklus beendet und gleichzeitig ein neuer Zyklus
vorbereitet, der nun auf den Startbefehl vom Fahrpult 16 wartet.
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Patentansprüche:
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