DE3717749A1 - Verfahren zur aktiven fadenbruchverhinderung an spinn-, zwirn- und spulmaschinenantrieben sowie deren vollautomatisches ausregeln auf maximale produktionsdrehzahlen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen von Drehzahl- und/oder Drehmomentschwankungen, insbesondere Fadenbrüche, an Spinn-, Spul- oder Zwirnmaschinenantrieben gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-PS 25 19 221ist bekannt, als Antriebskennwert die Ist-Leistungs­ aufnahme jedes Einzelelektromotors mit einer Soll-Leistungsaufnahme bei vorhandenem Faden zu vergleichen, wobei diese entsprechend der sich bei ändernden Einflußgrößen wie Kopsdurchmesser, Kopsgewicht, Spindeldrehzahl und Fadenzugkraft verändernden Ist-Leistungsaufnahme der Einzelelektromotoren gebildet wird.

Hierzu dient ein Sollwertbilder, der den Vergleichswert (Soll-Leistungsauf­ nahme) an die jeweils augenblickliche Ist-Leistungsaufnahme anpaßt. Hierzu wird ein Potential gebildet, das die momentane Soll-Leistungsaufnahme dar­ stellt. Die sich in Abhängigkeit von den Einflußgrößen verändernde Ist-Leistungsaufnahme wird ebenfalls über ein Potential dargestellt, das sich in Abhängigkeit vom aufgenommenen Motorstrom ergibt. Als Vergleicher dient ein Relais, das bei unterschiedlichem Potential anspricht und damit das Auftreten eines Fadenbruchs signalisiert.

Bei einem Fadenbruch vermindert sich das nötige Antriebsmoment und damit der aufgenommene Strom und damit wiederum das Ist-Potential. Bis zur Anzeige eines Fadenbruchs wird jedoch eine relativ lange Zeit benötigt, da sich der aufgenommene Strom und damit das Ist-Potential infolge des Trägheitsmomentes von Motor und Spindel nur relativ langsam ändert. Zudem benötigt das Relais eine bestimmte Ansprechzeit.

Weiterhin ist von Nachteil, daß diese Art der Erfassung von Drehmoment­ schwankungen relativ ungenau ist, da zum einen die Änderung der Leistungsauf­ nahme sowohl im Absolut- als auch im Relativwert gering ist, insbesondere bei Asynchronmotoren, und die Vergleichseinrichtung für die auf analoge Weise erfaßte Leistungsaufnahme eine bestimmte Ansprechschwelle besitzen, so daß ein Ansprechen auf geringe Änderung der Leistungsaufnahme bei Fadenbruch in Frage gestellt ist.

Desweiteren werden bei dem bekannten Verfahren hohe Anforderungen an die Geschicklichkeit der Bedienungsperson gestellt, da der Vergleichs-Sollwert als Folge und in Abhängigkeit von den eingegebenen Istwerten berechnet wird. Diese führen bei zu hohen Werten z. B. für die Fadenzugkraft oder die zulässige Drehzahl unweigerlich zu Fadenbrüchen, so daß meist aus Sicherheits­ gründen weit geringere Werte als die höchstmögliche Drehzahl bei geringster Fadenbruchquote eingegeben wird, wie dies aber aus Produktionsgründen wünschenswert wäre.

Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein feinfühliges und rasch ansprechendes Verfahren der genannten Art zu verwirklichen, das die Voraussetzungen zur weitgehenden Vermeidung von Fadenbrüchen und Fadenzug­ kraftschwankungen bei größtmöglicher Spindeldrehzahl schafft.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrensanspruches.

Da das Drehzahlniveau derartiger Spindeln mit etwa derzeit 15 000 U/min gegenüber den geringen Antriebsleitungen sehr hoch ist, sind selbst geringe Drehzahländerungen infolge von Drehzahl und/oder Drehmomentschwankungen auf einfache Weise sehr genau erfaßbar. Da sich selbst geringe Drehzahl und/oder Drehmomentschwankungen wie z. B. veränderte Reibungsverhältnisse am Fadenführer oder am Spinnring als Drehzahl- und/oder Drehmomentänderung unmittelbar zeigen, ist ein sehr rasches Ansprechen in kürzester Zeit not­ wendig. Damit ist neben der bekannten Aufgabe einer Überwachung auf nie ganz auszuschließenden Fadenbruch in überraschender Weise eine verfahrens­ technische, weitgehende Vermeidung von Fadenbrüchen möglich, da sich Fadenbrüche meist durch Drehmomentschwankungen ankündigen. Diese werden z. B. durch Dickstellen im Garn verursacht, die die normale Fadenzugkraft ansteigen lassen und zu einem leichten, kurzzeitigen "Rupfer" beim Aufwinden führen. Während bei bekannten Verfahren dieses extrem kurzzeitige Hängenbleiben des Fadens z. B. an seiner Umlenkstelle nicht erfaßt werden konnte und durch Aufschwingen der Drehmomentschwankungen schließlich zum Fadenbruch führt, ist nunmehr ein genaues Erfassen dieser Vorstufe zum Fadenbruch möglich und damit ist ein vorbeugendes, rasches Nachregeln der Spindelkennwerte, wie z. B. eine Drehzahlabsenkung, durchführbar.

Desweiteren ist der wirtschaftliche Betrieb mit höchster Produktivität nicht mehr auf die mehr oder weniger optimalen Schätzwerte erfahrener Bedienper­ sonen angewiesen, da man nunmehr ausgehend von vorsichtigen Grundwerten, z. B. für die Drehzahl der Spindel, diese bis zum Auftreten von ersten Drehzahl- und/oder Drehmomentschwankungen (bzw. Fadenbrüche) selbsttätig erhöhen kann, so daß durch dieses Herantasten an die höchstmögliche Drehzahl ohne wesentliche Fadenbrüche eine optimale Produktivität erreicht wird und diese während des gesamten Betriebes, z. B. auch bei Verändern der klimatischen Verhältnisse im Spinnsaal, durch entsprechende Nachregelung eingehalten werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen wie z. B. die Überwachung der Reibung der Motor/Spindellagerung und die daraus resultierenden Wartungssignale sind Gegenstand der Unteransprüche als auch das selbsttätige Stillsetzen des Einzelmotorantriebs bei Fadenbruch.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel schematisch als Blockschaltbild dargestellt (Fig. 1).

Fig. 1 zeigt die wichtigsten Teile einer Ringspinnmaschine schematisch. Der Faden 1 wird von der Flyerspule 2 dem Streckwerk 3 zugeführt und über den Fadenführer 4, dem Läufer 5 und dem Spinnring 6 in einer teilweise gezeichneten Ringbank 7 auf einer Spule 8 mit Hülse aufgewunden. Die Spule 8 mit Hülse ist über eine nicht näher dargestellte Spindel ange­ ordnet, die von einem elektronisch kommutierten Gleichstromeinzelmotor 9 direkt angetrieben wird.

Der Gleichstrommotor allgemein zeichnet sich aus durch vorzügliche Anpassungs­ fähigkeit des Drehzahl-Drehmomentverhaltens und durch den großen Bereich, in dem seine Drehzahl in beiden Richtungen durch entsprechend angelegte Spannungen variierbar ist.

Die vorliegende Erfindung setzt zum Antrieb von Spinn-, Zwirn- und Spulmaschinenspindeln erfindungsgemäß einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor ein, der ein typisches Gleichstromnebenanschlußverhalten besitzt.

Der in Fig. 1 dargestellte Einzelantrieb 9 ist ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor wie er z. B. in der Patentschrift DE 32 09 392 C2 beschrieben ist.

Der hier eingesetzte kollektorlose Gleichstrommotor mit einem Permanentmagnet­ rotor und einer feststehenden, mehrpoligen Statorwicklung versehen mit einer digitalen Ansteuerungselektronik ist Stand der Technik. Dieser Motor besitzt den Vorteil gegenüber Asynchronmotoren, daß die gewünschte Drehzahl unab­ hängig von irgendwelchen Störgrößen durch Drehzahlregelung konstant gehalten werden kann.

Über den in Fig. 1 dargestellten Drehzahlgeber 12 wird eine Grunddrehzahl z. B. aufgrund der Erfahrung der Bedienperson in den Zentralrechner 11 eingegeben. Der Zentralrechner 11 teilt der Ansteuerelektronik 10 mit, mit welcher Grunddrehzahl n 1 der Arbeitsprozeß begonnen wird. Die An­ steuer­ elektronik 10 regelt den elektronisch kommutierten Einzelgleichstrommotor auf diese Grunddrehzahl hoch.

In der eingesetzten Ansteuerelektronik 10 arbeiten zwei Regelkreise mit unterschiedlichen Zeitkonstanten.

Der erste Regelkreis hat die Aufgabe sehr kurzzeitige Drehzahl- und/oder Drehmomentschwankungen auszugleichen, so daß Fadenbrüche, wie sie z. B. durch Dickstellen im Garn hervorgerufen werden können, möglichst nicht auftreten. Hierzu wird der elektronisch kommutierte Gleichsttrommotor mit unterlegtem, Drehmoment betrieben, damit die Fadenzugkraft unabhängig von der momentan anliegenden Drehzahl konstant bleibt. Die zugrunde liegende Zeitkonstante ist so gewählt, daß die Ansteuerelektronik 10 und damit der angesteuerte Gleichstrommotor 9 nur auf kurzzeitige Drehzahl- und/oder Drehmoment­ schwankungen vorgegebener Größe reagiert.

Der zweite Regelkreis in der Ansteuerelektronik 10 besitzt eine Zeit­ konstante, die auf die kurzzeitigen Lastmomentwechsel an der Spindel nicht reagieren kann. Der zweite Regelkreis regelt die Spindelantriebe auf maximale Drehzahl bei maximal vorgegebenem Lastmoment aus, wobei ebenfalls eine konstante Fadenzugkraft, wie im ersten Regelkreis, während des kontinuierlichen Aufwindens gehalten wird. Um dieses Verhalten des zweiten Regelkreises in der Ansteuerelektronik 10 zu verwirklichen, liegt diesem Regelkreis folgendes Verfahren zugrunde:

• 1. Die Ansteuerelektronik 10 bestimmt bei der vorgegebenen Drehzahl, die durch die Bedienungsperson eingegeben wurde, das momentane an der Spindel anliegende Lastmoment.
  Gleichzeitig meldet die Ansteuerelektronik 10, dieses gemessene bzw. aus den vorliegenden Größen am Motor 9 berechnete Lastmoment an den Zentral­ rechner 11 weiter.
  Der Zentralrechner 11 speichert die von den Ansteuerelektroniken 10 gemeldeten Lastmomente zur weiteren Verarbeitung ab.
• 2. Die zu jeder Spindel gehörende Ansteuerelektronik 10 bestimmt sich aus der eingegebenen Spindeldrehzahl und dem an den Zentralrechner 11 weiter­ geleiteten Lastmoment eine für jede Spindel spezifische Leistungsgröße, die sich aus dem Produkt von Drehzahl und Lastmoment ergibt. Diese Leistungsgröße = Grundsollwert Pa speichert die Ansteuerelektronik 10 z. B. in einem Register A ab.
• 3. Die im Register A abgelegte Leistungsgröße ist die momentane Sollgröße die an jeder einzelnen Spindel von der Ansteuerelektronik 10 mehr oder weniger auszuregeln ist und die durchaus von Spindel zu Spindel unter­ schiedlich sein kann z. B. aufgrund unterschiedlicher Reibungsverhältnisse im Lager.
• 4. Die Ansteuerelektronik 10 mißt alle x-Umdrehungen das momentane Ist- Drehmoment und bildet sofort das Produkt aus eingegebener Grunddrehzahl und Ist-Drehmoment und legt diese Leistungsgröße = Leitsollwert Pb in z. B. einem Register B ab.
• 5. Ansteuerelektronik 10 vergleicht nun die abgelegten Größen in Register A und B und führt dann Befehle durch, die sich direkt aus dem Vergleich der beiden Register ableiten.
  • 5.1 A < B: Die Ansteuerelektronik 10 bestimmt denjenigen Drehzahlkorrekturwert der notwendig ist, damit der Wert Pb dem Wert Pa entspricht. Die ent­ sprechende Drehzahlkorrektur meldet die Ansteuerelektronik 10 an den Zentralrechner 11 weiter. Der Zentralrechner 11 vergleicht alle einge­ gangenen Drehzahlwerte und bildet einen Mittelwert der anschließend allen Ansteuerelektroniken 10 als neuer Drehzahlbefehl zugeht. Die Ansteuerelektroniken 10 korrigieren daraufhin sofort entsprechend ihre Drehzahl. Da die Ist-Drehmomentmessungen zeitlich bei allen Ansteuerelektroniken 10 zur exakt gleichen Zeit stattfinden, stehen die an den Zentralrechner gemeldeten Werte alle im selben Zeitpunkt an, so daß die Synchronität in der Drehzahl der Spindel immer erhalten bleibt.
  • 5.2 A < B: Stellt die Ansteuerelektronik 10 fest, daß der ermittelte Wert Pb größer wie Pa ist, so wird die momentane Drehzahl beibehalten. Gleich­ zeitig übernimmt die Ansteuerelektronik 10 den Wert Pb ins A-Register und der Wert Pa wird hinausgeschoben, wenn der Wert Pb eine vorgegebene prozentuale Grenze zum Wert Pa nicht überschreitet. Die Ansteuerelektronik 10 meldet, wie vorher schon beschrieben, die jeweils gemessenen Ist- Drehmomente ebenfalls an den Zentralrechner 11 zur weiteren Aufarbeitung weiter.
  • 5.3 A = B Ist der ermittelte Wert Pb gleich dem gespeicherten Wert Pa, so wird die Drehzahl beibehalten und ansonsten wird so verfahren wie unter Punkt 5.2.
• 6. Parallel zu den Verfahrensschritten 5.1-5.3 wertet der Zentralrechner 11 die von den Ansteuerelektroniken 10 gemeldeten Fadenbrüche aus. Bleibt die Auswertung unter einer vorgegebenen Schranke, so wird der Zentral­ rechner 11 an die Ansteuerelektroniken 10 im entsprechenden Zeitpunkt einen Drehzahlbefehl ausgeben, um die Drehzahl an den Spindeln zu erhöhen, damit eine höhere Produktion erreicht wird. Ist die Fadenbruchquote aufgrund der Auswertung zu hoch, handelt der Zentralrechner zum obigen Vorgang entsprechend umgekehrt.
• 7. Meldet der Zentralrechner 11 aufgrund der Fadenbruchquote eine neue Grunddrehzahl, so berechnen sich die Ansteuerelektroniken 10 sofort einen neuen Wert Pa und speichern diesen Wert dann ins Register A ab, wenn der Zentralrechner 11 von allen Ansteuerelektroniken 10 die Betätigung der ausgeführten Neuberechnung erhalten hat und anschließend den Speicher­ befehl an alle Ansteuerelektroniken 10 ausgibt. Dieses Vorgehen vermeidet, daß zwischen den Spindeln in der Drehzahl Asynchronität auftritt.
• 8. Der Zentralrechner erhält nach jeder Neubestimmung des Wertes Pb von den Ansteuerelektroniken 10 die dazugehörigen Ist-Drehmomente gemeldet. Tritt nun an einer Spindel eine ungewöhnliche Veränderung im Kennfeld der gemeldeten Ist-Drehmomente zu dieser Spindel auf, so gibt der Zentralrechner 11 ein Signal ab, das die Bedienungsperson auffordert, diese Spindel zu überprüfen.
• 9. Alle Drehzahländerungen die vom Zentralrechner 11 oder von der Bedienungs­ person ausgehen erfordern auch die ständige Drehzahlkorrektur des separaten bzw. integrierten Streckwerksantriebs über die Steuerleitung B in Fig. 1.

Die obenerwähnten Fadenbrüche werden von der Ansteuerelektronik 10 folgender­ maßen registriert bzw. festgestellt.

Da aufgrund des Ringbankhubes an der Ringspannmaschine die Fadenzugkraft während eines Zyklusses ständig schwankt, als auch über den gesamten Abzug, muß die Ansteuerelektronik 10 über den Zentralrechner 11 fortwährend die Drehzahl des Motors 9 nachführen, um eine möglichst konstante Fadenaufwinde­ kraft, d. h. Fadenzugkraft, während des Fertigungsprozesses zu erhalten. Da die Drehzahl dem Zentralrechner 11 über die Ansteuerelektronik 10 mitgeteilt wird, muß die Ansteuerelektronik 10 die Zeitabstände der Kommutierungssignale des elektronisch kommutierten Gleichstrommotors auswerten. Die Ansteuer­ elektronik 10 wertet erfindungsgemäß nun auch gleichzeitig die Ableitung der ermittelten Drehzahl über der Zeit aus. Ist dieser Quotient ungleich Null, so geht die Ansteuerelektronik 10 davon aus, daß kein Fadenbruch vorliegt, da eine Drehmomentschwankung auszugleichen ist. Tritt aber während eines sehr kurzen Zeitraumes keine Drehmomentschwankung an einer Spindel auf, so muß die Drehzahl nicht nachgeführt werden und der entsprechende Quotient wird Null, d. h., Fadenbruch liegt vor.

Die Ansteuerelektronik 10 teilt dem Zentralrechner 11 mit, daß dn′ 1/dt gleich Null ist und damit wird automatisch ein Fadenbruch an dieser Spindel gemeldet und gleichzeitig setzt die Ansteuerelektronik 10 den Spindelmotor 9 selbst still.

Die Fadenbruchkontrolle über alle Spindeln übernimmt, wie oben schon be­ schrieben, der Zentralrechner 11, wobei der Zentralrechner 11 aufgrund der Fadenbruchstatistik alle Spindeln gleichzeitig soweit über die Ansteuer­ elektronik 10 ausregeln läßt, daß eine maximale Spindeldrehzahl bei minimaler Fadenbruchquote erreicht wird.

Claims (11)

1. Verfahren zum Erfassen von Drehzahl- und/oder Drehmomentschwankungen an Spinn-, Zwirn- und Spulmaschinenantrieben, bei denen Fäden unter Zug­ spannung auf Spindeln aufgezwungen werden, die von drehzahl- und/oder drehmomentveränderbaren Einzelelektromotoren angetrieben werden und deren Drehzahl und/oder Drehmoment in Abhängigkeit von Einflußgrößen wie Fadenzugkraft, Kopsdurchmesser, Kopsgewicht und dgl. veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Ist-Drehzahl und/oder Ist-Drehmoment aus Kommutierungssignalen abgeleitet wird und dann
• b) mit einem ständigen, in Abhängigkeit von den vorausgegangenen Kommutierungssignalen neugebildeten Sollwert für jeden Einzelelektro­ motor verglichen und schließlich
• c) bei einer Abweichung der Drehzahl und/oder Drehmoment nachgeführt wird,
• d) und der Streckwerksantrieb ebenfalls in seiner Drehzahl entsprechend der aufgetretenen Drehzahlabweichung angepaßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutierungs­ signale differenziert werden und der gebildete Differentialquotient als Indiz für einen Fadenbruch ausgewertet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sollwert mit einer überlagerten bestimmbaren zulässigen Abweichung als oberer Grenz­ wert definiert ist, und bei Überschreiten des Grenzwertes ein Signal zur sofortigen Reduzierung der Drehzahl abgegeben wird und anschließend auf die Grunddrehzahl wieder hochgeregelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutierungs­ signale zur Bildung eines Grunddrehzahlwertes und zur Bildung eines Grunddrehmomentwertes ausgewertet und dann zur Bildung einer Leistungs­ größe als Grundsollwert (Pa) herangezogen wird, der in einem Register (A) für die jeweilige Spindel abgelegt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzeldaten einer jeden Prozeßstelle einem Zentralrechner zugeführt und entsprechend verarbeitet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitsoll­ wert (Pb) in bestimmbaren Zeitabständen aus dem Kommutierungssignalen neu bestimmt wird und in einem Register B abgelegt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Registerver­ gleich zwischen Register (A) und Register (B) durchgeführt wird und bei negativer Abweichung (A < B) der Leitsollwert (Pb) als Grundsollwert (Pa) übernommen wird und bei positiver Abweichung (A < B) der Grundsollwert (Pa) erhalten bleibt und die Drehzahl bis zur Übereinstimmung der beiden Registerwerte (A und B) erhöht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundsollwert (Pa), abgelegt im Register (A), vom Zentralrechner direkt über einen Leistungswert oder indirekt über eine Drehzahlkorrektur neu vorgegeben werden kann.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentral­ rechner ständig überprüft, wieviel Prozent der Motoren stillstehen, dies mit einer eingegebenen festen maximalen Stillstandsgrenze vergleicht und bei entsprechenden Abweichungen eine Drehzahlkorrektur an den Einzelmotoren vornimmt.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentral­ rechner die ständig gemeldeten Drehmomentwerte von den Einzelelektro­ motoren dahingehend überwacht, daß die vom statistischen Mittelwert abweichende Drehmomentgrößen über Signale oder Ausdruck festgehalten werden, damit die Überwachungsperson des jeweiligen Prozesses entsprechend in den Fertigungsprozeß eingreifen kann und z. B. an den betreffenden Spindeln Wartungsarbeiten durchführt.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Produktions­ beginn die z. B. Spinndrehzahl als Grunddrehzahl an der Spinnmaschine zentral über einen Zentralrechner vorgegeben wird, aus den an den Einzelelektromotoren anliegenden Kommutierungssignalen der Grundsollwert (Pa) berechnet wird und während der laufenden Produktion in konstanten Zeitabständen neue Grundsollwerte (Pa) berechnet und entsprechend verarbeitet werden, wobei der Zentralrechner überlagert eine neue Grunddrehzahl vorgeben kann, so daß sich die Spinnmaschine während kurzer Zeit auf eine optimale Spindeldrehzahl selbst einstellt bei der eine minimale Fadenbruchquote auftritt bei maximal möglicher Spindeldrehzahl.