DE3514096A1 - PROGRAMMABLE FUNCTIONAL CALCULATOR AS SETPOINT VALUE FOR CONTROLLED DRIVES - Google Patents

Description

NACr-¹CZRSCHTNACr- ¹ CZRSCHT

Der programmierbare Funktionsrechner dient als Sollwertgeber für das Drehzahlverhalten elektrischer Regelantriebe. Er ist für alle Varianten von Stennern und Maschinen geeignet, die auf analoge Sollwerte ansprechen.The programmable function computer serves as a setpoint generator for the speed behavior of electric variable speed drives. It is suitable for all variants of star ratings and machines that respond to analog setpoints.

Bekannt sind eine Vielzahl von Sollwertgebern, z.B., aus der Patentklasse GO5F, die mit mechanischen Mitteln wie Kurvenscheiben-gesteuerten Potentiometern arbeiten. Es werden auch elektronische Verstärkerschaltungen beschrieben, die mit Integratoren, Ruckbegrenzern und überlagerten Wegregelungen arbeiten. Daneben gibt es Funktionsgetriebe, die die gewünschte Bewegung vorgeben. Allen bekannten Einrichtungen gemeinsam nachteilig sind der erhebliche Aufwand und die geringe Flexibilität bei Justierungen bzw. Anforderungsänderungen. A large number of setpoint generators are known, e.g. from the GO5F patent class, which are operated with mechanical means such as Cam-controlled potentiometers work. Electronic amplifier circuits are also described, that work with integrators, jerk limiters and superimposed position controls. There are also functional gears, which specify the desired movement. A common disadvantage of all known devices is the considerable expense and the low flexibility when making adjustments or changing requirements.

Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, an sich bekannte Bausteine moderner Mikroelektronik in dem gewünschten verbesserten Sinn als variablen einzigen SoIlwertgeber zu kombinieren. Geber aller Art einschließlich der Endschalter werden ersetzt. Dies geschieht durch die Auswertung von Impulsen, die durch den drehenden Antrieb erzeugt werden und ein Maß sowohl für den Weg (Zähler) wie auch die Geschwindigkeit (Frequenz) sind. Durch kodierte Impulsgeber und richtungserkennende Phasendiskriminatoren an den Eingangsschaltungen des Funktionsrechners lassen sich große Sicherheiten der Sollwertausgabe erreichen. Die vorteilhafte Wirkungsweise ist in den Ansprüchen besehrloben. Zur Erläuterung dienen Fig. 1 bis 3. The invention has therefore set itself the task of building blocks of modern microelectronics known per se in the desired improved sense as a variable single target value transmitter to combine. Encoders of all types including the limit switches are replaced. This is done through the Evaluation of pulses that are generated by the rotating drive and a measure for both the path (counter) as are the speed (frequency). With coded pulse generators and directional phase discriminators At the input circuits of the function computer, high levels of certainty in the setpoint output can be achieved. the advantageous mode of operation is praised in the claims. FIGS. 1 to 3 serve for explanation.

35H09635H096

Fig. 1 zeigt eine Geschwindigkeits-Zeit-Funktion, die in Form eines analogen Sollwerts U = f(t) z.B. für bestimmte fördertechnische Aufgaben zum sanften Beschleunigen, Verzögern und genauen Positionieren benötigt wird. Um die Kräfte und Momente in den Übertragungselementen zu begrenzen und das Fördergut schwingungsarm umzusetzen, wird ein harmonischer Geschwindigkeits-Zeit-Verlauf gefordert, der durch die FunktionFig. 1 shows a speed-time function which, in the form of an analog setpoint value U = f (t), e.g. for certain conveyor tasks for smooth acceleration, deceleration and precise positioning is required. To the Limiting forces and moments in the transmission elements and converting the conveyed material with low vibrations is possible a harmonious speed-time curve is required, which is provided by the function

V= (1-cos ^{2 Λ} ). V max/2V = (1-cos ^{2 Λ} ). V max / 2

t gest total

theoretisch gegeben ist. Dieser Spannungsverlauf ist für die Positionierung mit einem Schleichsollwert summiert. Gewünschte Änderungen der Maximalgeschwindigkeit setztis theoretically given. This voltage curve is for the positioning is summed up with a crawl setpoint. Desired changes to the maximum speed are set

15
^J der Funktionsrechner so um, daß konstante Wege zwar mit längerer Zeit, jedoch im Prinzip gleichartiger Sollwertvorgabe ablaufen.15th
^J the function computer in such a way that constant paths take a longer time, but in principle similar setpoint values.

Fig. 2 stellt eine beliebige andere Sollwert-Funktion dar, wie sie z.B. bisher mit Kurvenscheiben gelöst wurde. Auf Amplitudenanordnungen reagiert der Rechner entsprechend Fig. 1.Fig. 2 shows any other setpoint function, such as was previously solved with cam disks, for example. on The computer reacts to amplitude arrangements as shown in FIG. 1.

Fig. 3 erläutert die Zeitoptimierung, die der Rechner bei unterschiedlich langen Bewegungsstrecken je nach Programmierung vorgeben kann. Innerhalb eingestellterFig. 3 explains the time optimization, depending on the computer for different lengths of movement Programming can specify. Within set

35H09635H096

Grenzwerte für Geschwindigkeit, Beschleunigung und Ruck fährt der Antrieb bestimmte Wegbereiche nicht mehr nach der Funktion, sondern konstant nach den Grenzwerten. Bei kleinen Wegstrecken wird automatisch die höchstmögliche Spitzengeschwindigkeit errechnet.The drive no longer traverses certain travel ranges according to the limit values for speed, acceleration and jerk Function, but constant according to the limit values. In the case of short distances, the highest possible route is automatically selected Calculated top speed.

Die Zeitoptimierung führt auch dazu, daß z.B. bei Drehtischantrieben der vorgewählte Weg mit der Drehrichtung erfolgt, die am wenigsten Zeit benötigt. 10The time optimization also means that e.g. with turntable drives the preselected path takes place with the direction of rotation that requires the least time. 10

In Fig. 4 und 5 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.In Fig. 4 and 5 embodiments of the invention are shown.

Erklärungen zu Fig. 4 und 5:
15Explanations for Fig. 4 and 5:
15th

1 Rechner1 calculator

2 Überwachung der Versorgungs und der Funktion (Wachhund) mit automatischem Rücksetzen des Rechners bei Fehlern2 Monitoring of the supply and the function (watchdog) with automatic resetting of the computer in the event of errors

3 Normierte soriolle Schnittstelle3 Standardized target interface

4 Daten-RAM4 data RAM

5 Puffer-Batterie5 buffer battery

6 Programm FPROM6 FPROM program

7 Eingang/Ausgang-Port mit Timor7 input / output port with Timor

8 Auswahl-Logik8 Selection logic

9 Eingangsschaltungen für Steuereingänge9 input circuits for control inputs

Impulszähler mit richtungserkennendem EingangPulse counter with directional input

35H09635H096

11 Digital-Analog-Wandler11 digital-to-analog converter

12 Verstärker12 amplifiers

13 Summierstelle13 Summing point

14 Interne Parameterschalter 15 Externe Schaltermatrix14 Internal parameter switches. 15 External switch matrix

16 Ausgangsschaltungen16 output circuits

17 Winkelkodierer17 angle encoder

18 Anzeigeeinrichtung für Wege und Wegdifferenzen sowie von Bedien- und Fehlerkommentaren18 Display device for routes and route differences as well as operating and error comments

A-A Analoge Rechnerausgänge zur Ansteuerung eines Motor-Stellers A-A Analog computer outputs for controlling a motor controller

Imp.-E Impulsgeberanschluß für 2 um 90° versetzte Impulsfolgen und wahlweise einen zusätzlichen Nullimpuls pro Umdrehung P-A Ausgänge zu Peripheriegeräten P-E Eingänge von Peripheriegeräten -sofern im VerbundImp.-E Pulse generator connection for 2 pulse trains offset by 90 ° and optionally an additional zero pulse per revolution P-A outputs to peripheral devices P-E inputs from peripheral devices - if in a network

mit Prozeßrechnern gearbeitet wird S Summensollwert 5_ ZusatzsollwertProcess computers are used S total setpoint 5_ additional setpoint

St-A Digitale Steuerausgänge wie Fahrtkommando, Störungsmeldung, Bremslüftung und andere (Optokoppler zur \ Ansteuerung von Lampen und Relais) St-E Digitale Steuereingänge, z.B. Handbetrieb, Automatikbetrieb, Endschaltersignale, Start (über Optokoppler). St-A Digital control outputs as trip command, fault message, the brake ventilation and other (optocoupler for \ driving lamps and relays) St-E Digital control inputs, eg manual mode, automatic mode, limit switch, start (via optocoupler).

Fig. 4 weist die wesentlichen Bauelemente der Grundschal tung auf. Mit einem Startsignal aus einer externen Steuerung liest der Funktionsrechner über die E/A-Porto (7) ebenfalls extern eingestellte digitale Wegsollwerte und Maximalgeschwindigkeit (15) und startet den Motorsteller, indem er ein Signal "Fahrt" und, soweit programmiert, einen analogen Schleichsollwert für eine Vorlaufzeit ausgibt. Wahlweise kann die Eingabe der aktuellen Antriebsparameter für die Bewegung auch über die serielle Schnittstelle erfolgen. Vor der Fahrtfreigabe hat der Rechner seine eigene Überwachung (2) und die Zulässigkeit der Eingabewerte geprüft.Fig. 4 shows the essential components of the basic scarf device. With a start signal from an external The controller reads the function computer via the I / O postage (7) also externally set digital path setpoints and maximum speed (15) and starts the motor controller by sending a "drive" signal and, if programmed, outputs an analog creep setpoint for a lead time. Optionally, you can enter the current Drive parameters for the movement can also be made via the serial interface. Before the drive is released, the Computer checked its own monitoring (2) and the admissibility of the input values.

Weiterhin überwacht er auch die Fahrgeschwindigkeit durch Soll-Ist-Vergleich der Impulse. Eine zu große Abweichung führt zur Abschaltung der Sollwerte (A-A) und des Fahrkommandos (St-A). Während der Bewegung wird ein zeit- und wegabhängiger analoger Grundsollwert für die Geschwindigkeit ausgegeben, Positions- und Geschwindigkeitswert werden mit ihren internen digitalen Sollwerten verglichen. Die Differenzen zwischen Soll- und Istwert werden mit Faktoren bewertet, die bei der Inbetriebnahme einzustellen sind, und in einen analogen Zusatzsoliwert umgewandelt.He also monitors the driving speed Target / actual comparison of the impulses. Too great a deviation leads to the deactivation of the setpoints (A-A) and the travel command (St-A). During the movement, a time- and distance-dependent analog basic setpoint for the speed is created output, position and speed value are compared with their internal digital setpoints. The differences between setpoint and actual value are evaluated with factors that have to be set during commissioning and in an additional analog set value converted.

Die Inbetriebnahmeeinstellung von Vorlaufzeit, Verstärkungsfaktoren, Schleichsollwert, Funktionsform, Toleranzabstand für die Endabschaltung erfolgt vorzugsweise durch interne Hoxsdezimalschalter (14). Auch diese Parameterschalter werden vor der Freigabe der Bewegung automatisch abgefragt.The commissioning setting of lead time, gain factors, Creep setpoint, functional form, tolerance distance for the limit switch are preferably carried out by internal Hoxs decimal switch (14). These parameter switches are also activated before the movement is released queried automatically.

35U09635U096

Weitere Funktionen der Steuerein- und -ausgänge sind je nach Anforderung festgelegt.Further functions of the control inputs and outputs are defined depending on the requirements.

Nach Beendigung der Bewegung in der definierten SoIlposition, nach Netzschaltungen oder dem Drücken einer Resot-Taste an der Zentraleinheit (l) wird der Funktionsrechner zurückgesetzt, d.h. alle Ausgänge werden gesperrt, die Analogausgänge werden auf Null gesetzt und die internen variablen Daten (4) gelöscht.After completing the movement in the defined target position, After mains switching or pressing a Resot button on the central unit (l), the function computer is reset, i.e. all outputs are blocked, the analog outputs are set to zero and the internal variable data (4) are deleted.

Die Erfindung arbeitet auf der Basis eines Mikroprozessors und ist mit Steckarten im Europaformat aufgebaut. Die Unterbringung der Steckkarten erfolgt in einem Kunststoffgehäuse. The invention works on the basis of a microprocessor and is constructed with plug-in types in European format. the The plug-in cards are placed in a plastic housing.

Der überwachte (2) Mikroprozessor (l) wirkt im Dialog über die bidirektionale Datenleitung auf die serielle Schnittstelle (3), einen Batterie-gepufferten (5) Schreibund Lesespeicher (4) für veränderliche Daten während der Ausführung des Programms, auf einen Speicher (6) für das Programm und feste Antriebsparameter, auf einen Ein-Ausgabebaustein mit Zeitgeber (7), der ausschließlich die Steuerung (St-E,St-A) bedient, sowie einen weiteren Ein-Ausgabebaustein (7) für Datenleitungen. Die diskreten Bausteine (7) können bei einem neuen fortschrittlicheren Aufbau des Funktionsrechners auch entfallen. An den nicht mit Steuerein-/-ausgängen beaufschlagten Port-Baustein (7) sind 3 Datenleitungen angeschlossen: eine Ausgangsleitung zur Auswahl-Logik (8), die den Impulszähler (10),The monitored (2) microprocessor (1) works in dialogue via the bidirectional data line to the serial interface (3), a battery-buffered (5) write and Read memory (4) for variable data during the execution of the program, to a memory (6) for the Program and fixed drive parameters on an input / output module with timer (7), which only operates the control (St-E, St-A), as well as an additional input / output module (7) for data lines. The discrete building blocks (7) can be more advanced with a new one Structure of the function computer is also omitted. At the port module that is not loaded with control inputs / outputs (7) 3 data lines are connected: an output line to the selection logic (8) that controls the pulse counter (10),

-X--X-

die Digital-Analog-Wandler (ll), die internen (l4) und externen Schalter (12), die Steuereingänge (9) und die Steuerausgänge (16) anwählt, eine weitere Ausgangsdatenleitung zu zwei Digital-Analog-Wandlern (ll), der externen Schaltermatrix (15) und den Ausgangs-Steuerschaltungen (16)the digital-to-analog converter (ll), the internal (l4) and external switches (12), the control inputs (9) and the Selects control outputs (16), another output data line to two digital-to-analog converters (ll), the external one Switch matrix (15) and the output control circuits (16)

sowie eine Dateneingangsleitung für die internen Schalter t (14), die externe Schaltermatrix (15), die Steuer-Eingangsschaltungen (9) und den Impulszähler (10).and a data input line for the internal switch t (14), the external switch matrix (15), the control input circuits (9) and the pulse counter (10).

Von den Digital-Analog-Wandlern (ll) führen direkte Verbindungen, in einem Fall über die Summierstelle (13), zu Verstärkern (12), deren Analogausgänge einen Summensollwert, einen gemeinsamen Sollwert S+S sowie positiven und negativen Zusatzsollwert zur wahlweisen Ansteuerung des Motorstellers liefern.Direct connections lead from the digital-to-analog converters (ll), in one case via the summing point (13), to amplifiers (12) whose analog outputs have a total setpoint, a common setpoint S + S and positive ones and supply negative additional setpoint for optional control of the motor controller.

Eine Variante des Funktionsrechners ist nach Fig. 5 für Mehrmotorenantriebe geeignet. Ziel ist in dem dargestellten Beispiel der winkelgetreue Gleichlauf von zwei Motoren,According to FIG. 5, a variant of the function computer is suitable for multi-motor drives. The goal is in the depicted Example of the angular synchronism of two motors,

^ 20^ 20

ψ die durch zwei getrennte Steller gespeist werden. ψ which are fed by two separate actuators.

Hierzu geben die Ausgänge der beiden Digital-Analog-Wandler (11) über die Verstärker (12) jeweils einen Summensollwert an die Motorsteller ab. Sinnvoll ist in diesem System auch eine Anzeige (18) für die zurückgelegten Wege oder Wegdifferenzen. Zusätzlich versorgt der Rechner die Anzeige mit Bedienungshinweisen und Fehlerkommentaren. Die Anzeige ist mit der Ausgangsdatenleitung verbunden, an der auch die Digital-Analog-Wandler hängen, und wird außerdem über die Auswahl-Logik (B) gesteuert.For this purpose, the outputs of the two digital-to-analog converters (11) each give a total setpoint value via the amplifier (12) to the motor controller. A display (18) for the distances covered is also useful in this system or path differences. In addition, the computer provides the display with operating instructions and error comments. The display is connected to the output data line, on which the digital-to-analog converters are also attached, and is also controlled by the selection logic (B).

•r-• r-

Mit den Antriebsmotoren gekoppelte Winkelkodierer erzeugen im Beispiel die digitalen Eingangssignale für den Dateneingangsbus. Weitere Verbindungen führen von den Winkelkodierern zu der Auswahl-Logik (8) und den Steuerausgängen (St-A). Der übrige Aufbau des programmierbaren Funktionsrechners bleibt gegenüber Fig. 4 unverändert.Generate angle encoders coupled with the drive motors in the example the digital input signals for the data input bus. Further connections lead from the Angle encoders to the selection logic (8) and the control outputs (St-A). The rest of the construction of the programmable Function computer remains unchanged compared to FIG. 4.

Zusammenfassungsummary

-to--to-

- Leerseite -- blank page -

Claims (1)

Meissner & MeissnerMeissner & Meissner PATENTANWALTSBÜRO PATENT AGENCY OFFICE PATENTANWÄLTE DIPL-ING. W. MEISSNER (1980) DIPL-ING. P. E. MEISSNER DIPL-ING. H.-J. PRESTINGPATENTANWÄLTE DIPL-ING. W. MEISSNER (1980) DIPL-ING. P. E. MEISSNER DIPL-ING. H.-J. PRESTING Zugelassene Vertreter vor dem Europäischen Patentamt Professional Representatives Before the European Patent OfficeAuthorized representative before the European Patent Office Professional Representatives Before the European Patent Office Ihr Zeichen Ihr Schreiben vom Unsere Zeichen HERBERTSTR. 22,1000 BERLIN 33Your reference Your letter from Our reference HERBERTSTR. 22.1000 BERLIN 33 M/Go. 2h 031M / Go. 2h 031 Mannesmann AG
Mannesmannufer 2
4000 Düsseldorf 1Mannesmann AG
Mannesmannufer 2
4000 Düsseldorf 1 Programmierbarer Funktionsrechner als Sollwertgeber fürProgrammable function computer as setpoint generator for RegelantriebeVariable speed drives Patentanspruch;Claim; Programmierbarer Funktionsrechner als Sollwertgeber für elektrische Regelantriebe, die vorgegebene Wege unter Berücksichtigung begrenzter Maximilgeschwindigkeit, Beschleunigung und Änderung der Beschleunigung zeitoptimiert nach wählbaren Funktionen steuern, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rechnerkombination vorhanden ist, die auf der Eingangsseite digitale Eingangssignale verarbeitet und auf der Ausgangsseite analoge Spannungen oder Ströme ausgibt, die dem programmierten Funktionsverlauf entsprechen und gleichzeitig die zu verfahrenden Wegstrecken zeitlich optimieren, wobei auf kurzen Strecken unterhalb der Maximmalgeschwindigkeit die Funktion prinzipiell erhalten bleibt, auf langen Wegstrecken jedoch auch Änderungen des Funktionsverlaufs durch die Antriebsgrenzwerte zugelassen werden. Programmable function computer as setpoint generator for electrical control drives, taking the specified paths into account limited maximum speed, acceleration and change in acceleration time-optimized according to Control selectable functions, characterized in that a computer combination is available on the input side processes digital input signals and outputs analog voltages or currents on the output side, which correspond to the programmed function sequence and at the same time the distances to be traveled in terms of time optimize, whereby the function is principally retained on short stretches below the maximum speed, over long distances, however, changes to the functional progression can also be permitted by the drive limit values. TELEFAX:FAX: TELETEX:TELETEX: TELEGRAMMTELEGRAM TELEFON:PHONE: BANKKONTO:BANK ACCOUNT: POSTSCHECKKONTO:CHECK ACCOUNT: 030/891 78 50030/891 78 50 TELEX:TELEX: INVENTIONINVENTION 030/891 60 37030/891 60 37 BERLINER BANK AG.BERLINER BANK AG. P. MEISSNER. BLN-V/P. MEISSNER. BLN-V / (17-2627)(17-2627) BERLINBERLIN 030/891 30 26030/891 30 26 BERLIN 31BERLIN 31 40047 37-10340047 37-103 V\ BfI M V \ BfI M