DE4224755A1

DE4224755A1 - Steuersystem für eine Maschine, insbesondere Textilmaschine

Info

Publication number: DE4224755A1
Application number: DE4224755A
Authority: DE
Inventors: Peter-Klaus Prof Dr Sc T Budig
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-07-27
Filing date: 1992-07-27
Publication date: 1994-02-03

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuersystem für eine Maschine, insbesondere Textilmaschine, mit einer Vielzahl gleicharti ger, separat angetriebener und steuerbarer Einzelbaugruppen und mit zentralen Aggregaten, die ebenfalls mit je einem separaten Antrieb ausgestattet sind, mit einer zentralen Steuerung, der Programmbausteine und Sensoren an den zen tralen Aggregaten zugeordnet sind, mit Stellmitteln und Sensoren für die Einzelbaugruppen, mit Verstärkern und mit mindestens einem Wechselrichter zum Umrichten der Steuer spannung für die Elektromotoren.

Für das Steuern von Textilmaschinen, die eine Vielzahl separat angetriebener Spindeln und mindestens eine, im Maschinenrhythmus angetriebene zentrale Baugruppe für das Streckwerk besitzt, sind in einer zentralen Steuerung für die einzelnen Baugruppen Bausteine für die Aufnahme der IST- und SOLL-Zustände sowie eine Verarbeitungseinheit für diese Daten zur Ausgabe eines Steuersignals für jeden Motor vorgesehen (DE 40 26 581).

Dieses, von der zentralen Steuerung aufbereitete Stellsig nal wird zentral verstärkt und über einen Wechselrichter den einzelnen Antrieben, den Wechselstrommotoren zugeleitet.

Eine solcher Grundaufbau des Steuersystems ist zwar funk tionell zu beherrschen, ist aber mit erheblichen Kosten behaftet.

Vor allem durch den hohen Aufwand für die Verarbeitung und Adressierung der Stellsignale in der zentralen Steuerung und durch die Vielzahl der Energie- und Informationsleitungen zu den Einzelantrieben, ist dieses Steuersystem nicht wirtschaftlich.

Zur Vermeidung dieses hohen Aufwandes, ist es bekannt, eine mobile "Wartungseinrichtung" den Einzelantrieben zuzuordnen (DE 40 20 291).

Diese besitzt einen steuerbaren Motor mit einem Kupplungs element und kann beliebig, zeitlich begrenzt, jedem Syn chronmotor räumlich zugeordnet und mit ihm antriebsseitig mechanisch gekoppelt werden.

Sie ist geeignet, den Synchronmotor nach einem Stillstand mit geringem Aufwand, zur Betriebsdrehzahl hochzufahren.

Mit einer derartigen Vorrichtung werden zwar die Kosten für die zentrale Steuerung, deren Kabelbäume und deren Wartung reduziert, aber der manuelle Aufwand für die Bedienung dieser mobilen Vorrichtung ist doch recht erheblich und umständlich. Auch hier entstehen in der Summe hohe Kosten.

Durch die EP Patentanmeldung 436 934 A1 ist ein weiteres Steuersystem dieser Art bekannt geworden. Dort ist mit Bezug auf das EP 311 106 eine erste Steuerung für die Summe der Einzelantriebe der Spindeln mit einem Verstärker und einem Geschwindigkeitssteller beschrieben. Eine zweite Steuerung ist für die Motoren der Walzen des Streckwerkes dargestellt.

Beide Steuerungen sind über einen Sensor an einer der Spindeln und durch eine Informationsleitung miteinander verbunden.

Aus dem Drehzahlsignal der Spindel werden die Drehzahlen der Walzen des Streckwerkes berechnet und über je eine Verstärkereinheit den Motoren zugeführt.

Nachteilig ist bei dieser Vorrichtung, daß den Motoren der Spindeln nur die von der zentralen Steuerung vorgegebene, der Solldrehzahl entsprechende, verstärkte Spannung zuge führt wird.

Die Art und Weise des Stillsetzens und Wiederanfahrens einzelner Spindeln ist hier nicht angesprochen, weil das bei der Verwendung von Asynchronmotoren ja auch völlig unproblematisch ist. In den Beispielen für die Gestaltung der Motoren an den Spindeln sind zwar auch Synchronmotoren dargestellt, aber es fehlt jeder Hinweis darüber, wie diese Synchronmotoren einzeln angefahren werden sollen.

Der Stand der Technik bietet hierfür nur Lösung nach der bereits beschriebenen und bewerteten DE 40 20 291.

Ziel der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Steuersystem für die Maschine als Ganzes und für das davon im Wesentli chen unabhängige Anhalten und Wiederanfahren von Einzelbaugruppen, auch bei Verwendung von Synchronmotoren, zu ermöglichen und dabei die Leitungswege für Informationen und Energie zu den einzelnen Antrieben zu reduzieren und einen möglichst umfangreichen Teil der Informationsverarbeitung, der Verstärkung und Wandlung des Steuerstromes für die Einzelantriebe dort zu realisieren, wo Signale erfaßt und die Antriebsbewegungen ausgeführt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 definierten Merkmale gelöst. Mit diesen Elementen ist es möglich, jeden Wechselstrommotor sowohl im Verband, als auch unabhängig von jedem anderen Motor im Bereich zwischen Stillstand und maximaler Drehzahl zu steuern.

Die Aufgabe der zentralen Steuerung wird im Wesentlichen auf die Ausgabe der Informationen zur Synchronisation nach einheitlichen Sollwerten reduziert. Der Umfang der zu steuernden Prozesse reduziert sich durch das erfindungsge mäße Steuersystem so, daß der verbleibende Steuerumfang einem der Stellmittel mit zugeordnet werden kann.

Die Zahl der energieführenden Leitungen zu den Einzelan trieben reduziert sich erheblich.

Auch die Synchronmotoren lassen sich auf diese Weise problemlos sowohl im Verband , als auch einzeln in jedem Drehzahlbereich steuern.

Solche Synchronantriebe sind in Verbindung mit den darge stellten Stellmitteln auch für den Antrieb der zentralen Aggregate einsetzbar. Ihr hoher Wirkungsgrad gestattet eine nicht unerhebliche Einsparung an Energie.

Insbesondere an Spinn- oder Zwirnmaschinen, wo eine sehr grobe Zahl von Motoren einzeln zu steuern sind, sollten die Stellmittel komplett auf einer Stellerplatine angeordnet werden. In einer solchen Form sind diese Stellmittel ko stengünstig herstellbar, sind robust und lassen sich ein fach durch kompletten Austausch warten.

Die Maschinenstillstände für die Wartung reduzieren sich erheblich.

Die Zahl der energieführenden Leitungen beschränkt sich in der Regel auf eine Gleichstromleitung, die von jedem Motor angezapft wird und dort die Hilfsspannung für den, auf der Basis von Feldeffekttransistoren arbeitenden Verstärker liefert.

Die Ausstattung der Stellerplatinen mit je einem Taster für das Brems- und Anfahrprogramm erlaubt kürzeste Taktzeiten für das manuelle Beheben von Fadenbrüchen, für den Aus tausch von Kopsen und für die Beseitigung anderer Störun gen.

Der Taster für den Start des Bremsprogramms ist zweckmäßi gerweise mit einem Sensor zur Überwachung des Fadenlaufes zu koppeln. Die Art und Weise der Kopplung ist dabei prinzipiell gleichgültig. Wichtig ist, daß die Spindel sowohl durch die Bedienperson als auch durch den Sensor automatisch bei Fadenbruch oder bei einer sonstigen Störung stillgesetzt werden kann.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Steuersystems einer Ringspinnmaschine mit integriertem Energienetz und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Stellerpla tine für eine Einzelbaugruppe.

Die Ringspinnmaschine besitzt ein Steuerspannungsnetz 1, von dem eine zentrale Steuerung 2 eine definierte Steuer spannung erhält.

Der zentralen Steuerung sind zum Ersten zentrale Aggregate 3 der Maschine direkt zugeordnet.

Solche Aggregate sind z. B. der Antrieb der Streckwerkswalzen, der Antrieb für das Heben und Senken der Ringbank u. a. Aggregate mehr.

Zum Zweiten sind der zentralen Steuerung 2 Einzelbaugruppen 4 zugeordnet, die im vorliegenden Fall Einzelantriebe für die Spindeln 49 mit ihren Kopsen sind.

Auf der einen Seite müssen die Einzelbaugruppen 4 mit den Spindeln 49 in ihrer Betriebsdrehzahl mit den Antrieben der zentralen Aggregate 3 synchronisiert werden.

Zum Anderen muß jede dieser Einzelbaugruppen 4 einer unab hängigen Steuerung, für den Fall des Behebens eines Faden bruches, folgen.

Die Einzelbaugruppe 4 muß zu diesem Zweck, unabhängig von allen anderen Antrieben, stillgesetzt und beschleunigt werden. Dazu ist jeder dieser Einzelbaugruppe 4 ein Stell mittel 40 zugeordnet.

Dieses Stellmittel 40 besitzt zum ersten einen informa tionsverarbeitenden Teil 45, z. B. einen Mikroprozessor, der aus einem Sollwertsignal der zentralen Steuerung 2 spannungs- und frequenzsteuernde Informationen für den Einzelantrieb 4 verarbeitet.

Dieser informationsverarbeitende Teil 45 gibt ein Stellsig nal ab, das in einem Verstärker 43 proportional verstärkt und über einen Wechselrichter 42 dem Wechselstrommotor 41 zugeführt wird. Die Drehzahl des Wechselstrommotors 41 wird durch einen Drehzahlsensor 44 erfaßt und dem informations verarbeitenden Teil 45 zur Sicherung eines Regelvorganges über eine Informationsleitung 441 zugeführt.

Zur Realisierung des Anhaltens und des Wiederanfahrens einer Einzelbaugruppe 4 besitzt der informationsverarbei tende Teil 45 entsprechende Speicher 451, z. B. einen EPROM, für ein Brems- und ein Anfahrprogramm.

Diese Speicher 451 ersetzen die Vorgabe des Sollwertes der zentralen Steuerung 2 in der Phase des unabhängigen Betrie bes bei Einzelbaugruppen 4. Beim Erreichen der Betriebs drehzahl schaltet das Programm automatisch auf die Soll wertvorgabe von der zentralen Steuerung 2 um.

Die Stellmittel 40 für jede Einzelbaugruppe 4 lassen sich beim gegenwärtigen Stand der Entwicklung der Bauelemente auf einer Stellerplatine 400 unterbringen.

Das betrifft auch die Leistungsverstärker 43 und die Wech selrichter 42. Derartige Stellerplatinen 400 sind mit geringem Aufwand im Bereich jeder Einzelbaugruppe 4 posi tionierbar. Mit ihnen reduziert sich der Aufwand für die Verkabelung.

Als Eingänge benötigen sie lediglich einen Anschluß an die Informationsleitung 21 der zentralen Steuerung 2 und über die Gleichspannungsleitung 5 den Anschluß an ein Gleich stromenergienetz der Maschine.

Das Gleichstromenergienetz wird in an sich bekannter Weise über einen Gleichrichter 51 aus dem zentralen Netz aufgebaut.

Der Aufbau der Steuerung 30 der zentralen Aggregate 3 stimmt im wesentlichen mit dem der Stellmittel 40 überein.

An die Stelle der informationsverarbeitenden Teile 45 tritt dort jedoch die zentrale Steuerung 2.

Als Wechselstrommotoren können hier sowohl Asynchronmoto ren als auch Synchronmotoren eingesetzt werden, wobei an dieser Stelle die Vorteile der Asynchronmotoren überwiegen.

Die Verwendung der Synchronmotoren wird auch an dieser Stelle durch die separate Frequenz- und Spannungssteuerung für den Antrieb der Einzelbaugruppe möglich. Die proportio nale Veränderung dieser beiden Parameter gestattet das Anfahren der Synchronmotoren aus dem Stillstand.

An einer Ringspinnmaschine mit einer sehr großen Zahl von Spindeln 49 reduzieren sich die Kabelzahlen, die zu jeder Spindel 49 geführt werden, auf zwei Informationsleitungen 21 und zwei Energieleitungen 5, die im Bereich jeder Spin del 49 angezapft werden.

Jeder Stellerplatine 400 sind vorzugsweise zwei Taster 46, 47 zugeordnet.

Einer dieser Taster 47 löst das Abarbeiten eines Bremspro grammes aus, während der andere Taster 46 das Programm zum Wiederanfahren der Spindel 49 startet. Der Taster 47 für das Bremsprogramm wird zweckmäßigerweise durch einen Faden laufsensor 48 im Bereich des Fadenlaufes der jeweiligen Einzelbaugruppe 4 ergänzt.

Stellt der Fadenlaufsensor 48 fest, daß Unregelmäßigkeiten im Fadenlauf vorliegen, löst er das Bremsprogramm der Einzelbaugruppe 4 aus.

Die, für die Einzelbaugruppen 4 beschriebenen Antriebe mit Synchronmotoren, können, wie bereits erwähnt, auch für den Antrieb der zentralen Aggregate verwendet werden. In diesem Falle sind der zentralen Steuerung 2 Programmspeicher, auch für diese Antriebe, mit Programmen zum Bremsen und Wieder anfahren dieser zentralen Aggregate 3 zuzuordnen.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

  1 Steuerspannungsnetz
  2 zentrale Steuerung
21 Informationsleitungen
  3 zentrale Aggregate
30 Steuerung
31 Wechselstrommotor
32 Wechselrichter (Gleich- → Wechselspannung)
33 Verstärker
34 Sensor
  4 Einzelbaugruppe
40 Stellmittel
400 Stellerplatine
41 Wechselstrommotor (vorzugsweise Synchronmotor)
42 Wechselrichter (Gleich- → Wechselspannung)
43 Leistungsverstärker
44 Drehzahlsensor
441 Informationsleitung
45 Informationsverarbeitendes Teil (Prozessor)
451 Speicher (EPROM)
46 Taster
47 Taster
48 Fadenlaufsensor
49 Spindeln
  5 Gleichspannungsleitung (Energie)
51 Wechselrichter (Wechsel- → Gleichspannung)

Claims

1. Steuersystem für eine Maschine, insbesondere Textil maschine

- mit einer Vielzahl gleichartiger, separat mittels Wechselstrommotoren angetriebener und steuerbarer Einzelbaugruppen und
- mit zentralen Aggregaten, die ebenfalls mit je einem separaten motorischen Antrieb ausgestattet sind,
- mit einer zentralen Steuerung,
- - der Programmbausteine und
- - Sensoren an den zentralen Aggregaten zugeordnet sind,
- - mit Stellmitteln und Sensoren für die Einzelbau gruppen,
- mit Verstärkern und
- mit mindestens einem Wechselrichter zum Umrichten der Steuerspannung für die Wechselstrommotoren,

dadurch gekennzeichnet, daß die Stellmittel (40) ausgestattet sind:

- mit je einem informationsverarbeitenden Teil (45),
- - mit Speichern (451) für die Spannungs- und Fre quenzgrößen für das Anfahrprogramm des jeweiligen Wechselstrommotors (41)
- mit je einem elektronischen Leistungsverstärker (43),
- mit je einem Wechselrichter (42) und
- mit je einem Drehzahlsensor (44) am Wechselstrom motor (41),
- - der eine Informationsleitung (441) zum informa tionsverarbeitenden Teil (45) besitzt, und

daß die zentrale Steuerung (2) mit den Stellmitteln (40) für die gleichartigen Einzelbaugruppen (4) über Informationsleitungen (21) verbunden ist.

2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wechselstrommotoren (41) Synchronmotoren sind;
daß die Stellmittel (40) pro Einzelantrieb als Steller platine (400) ausgebildet sind, die umfaßt:

- mindestens einen Prozessor (450)
- - mit einem EPROM (4511) für das Anfahrprogramm und ein Bremsprogramm des jeweiligen Wechselstrommotors (41)
- einen elektronischen Leistungsverstärker,
- einen elektronischen Wechselrichter und
- einen Programmspeicher für das Auswerteprogramm der Signale des Sensors an der Spindel.

3. Steuersystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch die zentralen Aggregate (3) der Maschine mit Synchronmotoren (31) und mit je einer Stellerplatine (400) ausgestattet sind.

4. Steuersystem nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine eine Spinn- oder Zwirnmaschine ist, deren Spindelantriebe und Streck werkswalzenantriebe mit je einem Synchronmotor (31, 41) und je einer Stellerplatine (400) ausgestattet sind.

5. Steuersystem nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsverstärker (43, 33) der Stellmittel (40) mit einer energieführenden Gleichspan nungsleitung (5) verbunden sind.

6. Steuersystem nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stellerplatine (400) ein Taster (46) für den Start des Anlaufprogrammes und ein Taster (47) für den Start des Bremsprogrammes zugeordnet ist.

7. Steuersystem nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Taster (47) für den Start des Bremsprogrammes mit einem Sensor (48) zur Kontrolle des Fadenlaufes gekoppelt ist.