DE4322991C2 - Steuerschaltung für eine Anordnung mit mehreren Motoren - Google Patents
Steuerschaltung für eine Anordnung mit mehreren MotorenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für eine Anordnung mit mehreren Moto
ren für ein kontinuierliches Gut transportierende Einrichtungen, insbesondere zum Antrieb
von Walzen, die mit dem kontinuierlichen Gut in einer Bearbeitungsstraße in Berührung
stehen. Beispiele einer solchen Bearbeitungsstraße sind eine Walzstraße, eine Glühstraße,
eine Plattierstraße, eine Beizstraße, Bearbeitungsstraßen für Papier, Film oder Magnetband.
Bei derartigen Bearbeitungsstraßen kommt es darauf an, abrupte Geschwindigkeits
änderungen zu vermeiden und die Antriebe so zu steuern, daß alle treibenden Walzen
gleichzeitig zum Stillstand kommen.
Eine Steuerschaltung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merk
malen ist aus DE 89 13 194 U1 bekannt. Dort dienen zum Anhalten den einzelnen Walzen
zugeordnete Druckluftbremsen, die so betätigt werden, daß alle Walzen gleichzeitig zum
Stillstand kommen. Jede Druckluftbremse muß entsprechend dem Walzendurchmesser betä
tigt werden und weist daher ein individuelles Regelventil auf. Die Regelventile werden ihrer
seits von der zentralen Steuerung angesteuert. Fällt die zentrale Steuerung aus, so ist nicht
mehr gewährleistet, daß alle Antriebswalzen gleichzeitig anhalten. In einem derartigen Fall
besteht die Gefahr, daß das transportierte Gut reißt oder sonstigen Schaden nimmt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Nothalt gestatten, bei dem sämtli
che Antriebseinrichtungen auch bei ausfallender Zentralsteuerung gleichzeitig zum Stillstand
kommen.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet. Danach weisen die
den einzelnen Antriebsmotoren zugeordneten Sollwertbildner eine Einrichtung auf die eine
der Antriebs-Sollgeschwindigkeit entsprechende normierte Bezugsgröße erzeugt, deren Än
derungsrate von einer Begrenzerstufe begrenzt wird, wobei im Falle eines Nothalt die Ein
gangssignale der Begrenzerstufen aller Sollwertbildner auf Null gesetzt werden. Die be
schriebene Nothalt-Maßnahme, bei der die Eingänge sämtlicher Begrenzerstufen auf Null
gesetzt werden, läßt sich auch bei Ausfall der zentralen Steuerung erreichen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der
beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild, das schematisch den Aufbau eines ersten Ausfüh
rungsbeispiels der erfindungsgemäßen Motorsteuereinrichtung veran
schaulicht,
Fig. 2 schematisch den Gesamtaufbau eines Motorsteuersystems bei einer
Glühstraße für Walzgut mit der erfindungsgemäßen Motorsteuereinrich
tung,
Fig. 3(A) ein Blockschaltbild eines Hauptteils der Anlagensteuerung in dem Mo
torsteuersystem nach Fig. 2,
Fig. 3(B) ein Blockschaltbild eines Hauptteils eines Motorreglers in dem Motor
steuersystem der Fig. 2,
Fig. 4 ein Blockschaltbild eines in Fig. 3(A) und 3(B) enthaltenen Sollwertbild
ners,
Fig. 5 Drehzahl-Umwandlungskonstanten der in Fig. 4 gezeigten Blöcke,
Fig. 6 den Aufbau eines Serienübertragungsrahmens,
Fig. 7 das Format der Übertragungsdaten,
Fig. 8 eine Begrenzerstufe,
Fig. 9 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Wirkungsweise einer Be
grenzerstufe,
Fig. 10 ein Diagramm, das die Wirkungsweise zeigt, bei der die Walzen zu un
terschiedlichen Zeiten einen Nothalt durchführen,
Fig. 11(a) und 11(b) Diagramme, die die Wirkungsweise des Sollwertbildners nach
Fig. 4 zeigen,
Fig. 12 ein Blockschaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels des Sollwertbild
ners,
Fig. 13(A) und Fig. 13(B) Blockschaltbilder ähnlich Fig. 3(A) und 3(B) unter Ver
wendung des in Fig. 12 gezeigten Sollwertbildners,
Fig. 14 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Wirkungsweise des Soll
wertbildners nach Fig. 12, und
Fig. 15(A) und Fig. 15(B) Blockschaltbilder des Hauptteils einer modifizierten Aus
führung der Anlagensteuerung bzw. des Motorreglers ähnlich Fig. 13(A)
und 13(B).
Wie in Fig. 1 gezeigt, wird von einer übergeordneten (nicht gezeigten) Steuerung ei
ne Strang-Sollgeschwindigkeit v eines Motors 12 in einen Sollwertbildner 100 zum Erzeu
gen von Solldrehzahlen eingegeben. Der Sollwertbildner 100 begrenzt die Änderungen in
der Strang-Sollgeschwindigkeit v auf eine vorbestimmte Änderungsrate, wandelt die Strang-
Sollgeschwindigkeit v in eine Motor-Solldrehzahl ω (oder normierte Solldrehzahl ω') des
Motors 12 aufgrund einer vorher festgesetzten Drehzahlumwandlungskonstanten um und
gibt die erzeugte Motor-Solldrehzahl ω an eine Subtrahiereinrichtung 26 ab. Die Subtrahier
einrichtung 26 bildet eine Drehzahlabweichung zwischen der Motor-Solldrehzahl ω und der
Motor-Istdrehzahl ωa des Motors 12. Die Motor-Istdrehzahl ωa wird durch einen Drehzahl
fühler 16 ermittelt. Die Drehzahlabweichung, die von der Subtrahiereinrichtung 26 gebildet
wurde, wird in eine Drehzahlregeleinrichtung (ASR) 27 eingegeben. Die Drehzahlregelein
richtung 27 gibt an einen Motorantrieb 28 einen Steuerbefehl ab, der die Drehzahlabwei
chung beispielsweise proportional/integral verringert. Die Einrichtung 28 treibt den Motor
12 entsprechend des eingegebenen Steuerbefehls an. Falls erforderlich, kann in der Schleife
des Drehzahlregelsystems ein Stromregelsystem in untergeordneter Schleife vorgesehen
sein.
Ferner empfängt der Sollwertbildner 100 von einer (nicht gezeigten) Nothalteinrich
tung einen Nothaltbefehl 62. In Abhängigkeit von diesem Nothaltbefehl 62 setzt der Soll
wertbildner 100 die Solldrehzahl, deren Änderungsrate noch nicht begrenzt wurde, auf ei
nen vorher festgesetzten Wert (der in diesem Ausführungsbeispiel Null ist). Wenn somit der
Nothaltbefehl 62 eingegeben wird, nimmt die abgegebene Motor-Solldrehzahl ω aus dem
Sollwertbildner 100 in einem Verzögerungsmuster auf Null ab, das einen der Änderungsra
ten-Begrenzungsfunktion entsprechenden Gradient aufweist. Insbesondere ist der Soll
wertbildner 100 so aufgebaut, daß er den Gradient der Motor-Solldrehzahl ω entsprechend
den Änderungen in den Drehzahlumwandlungskonstanten ändern kann, um die Zeit, die er
forderlich ist, um die Motor-Solldrehzahl ω auf Null zu reduzieren, nachdem die Nothalt
einrichtung betätigt wurde, auf einen gewünschten festen Zeitraum einzustellen.
Somit kann die Zeit, die der Motor 12 für einen Nothalt benötigt, auf einen ge
wünschten, festen Zeitraum festgesetzt werden. Als Ergebnis kann beispielsweise in einer
Bearbeitungsstraße, bei der eine Anzahl von Walzen in Berührung mit einem kontinuierli
chen Material stehen, die für einen Nothalt erforderliche Zeit für alle Walzen gleich gemacht
und ein Bruch des Materials aufgrund einer Abweichung der Zeiten, innerhalb der die Wal
zen zum Stillstand gelangen, verhindert werden.
Ein Ausführungsbeispiel eines Motorsteuersystems für eine Walzgut-Glühstraße mit
einer Motorsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun anhand von Fig.
2 bis 8 beschrieben. Fig. 2 zeigt die Gesamtausbildung des Motorsteuersystems für die
Walzgut-Glühstraße, Fig. 3 den Aufbau eines Hauptteils des Motorsteuersystems. Wie in
Fig. 2 gezeigt, läuft in dieser Glühstraße das Walzgut 2 von einem Abwickler 1 durch eine
einlaßseitige Spannwalzengruppe 3 und wird dann in eine Glüheinrichtung 4 eingeleitet.
Nach dem Glühen durchläuft das Walzgut 2 eine auslaßseitige Spannwalzengruppe 5 und
wird dann an einem Aufwickler 6 aufgewickelt. Die einlaßseitige Spannwalzengruppe 3 um
faßt vier einlaßseitige Spannwalzen 7(1) bis 7(4). Die Glüheinrichtung 4 umfaßt eine Anzahl
(J) von Hilfswalzen 7(5) bis 7(n-3). Obwohl nicht gezeigt, ist sowohl an der Einlaßseite als
auch der Auslaßseite der Glüheinrichtung 4 ein Schlaufenbildnerabschnitt vorgesehen. Die
auslaßseitige Spannwalzengruppe 5 umfaßt drei auslaßseitige Spannwalzen 7(n-2) bis 7(n).
Der Abwickler 1 wird von einem Motor 10, die Walzen in der einlaßseitigen Spannwalzen
gruppe 3, der Glüheinrichtung 4 und der auslaßseitigen Spannwalzengruppe 5 jeweils von
Motoren 12(1) bis 12(n), und der Aufwickler 6 von einem Motor 11 angetrieben.
In einer solchen Glühstraße ist es zum Durchführen der Drehzahlsteuerung des ab
schnittweisen Antriebes der Walzen, d. h. zum Durchführen von Änderungen in den Dreh
zahlen der Motoren, die miteinander in Übereinstimmung gebracht sind, für die Aufrechter
haltung der Produktqualität und den sicheren Betrieb der Anlage wesentlich, die Spannun
gen bestimmter Abschnitte des Walzgutes bei einem festen Wert zu halten. Insbesondere
müssen in einem Notfall die Motoren 12 der Walzen 7 so angehalten werden, daß ihre
Drehzahlen miteinander übereinstimmen. Der Nothalt kann in der gesamten Straße durchge
führt werden, wie in Fig. 2 gezeigt. Es kann aber auch die gesamte Straße in eine Anzahl
von Abschnitten unterteilt werden, und der Nothalt kann in der Abschnittgruppe getrennt
durchgeführt werden, wo die Änderungen in den Drehzahlen der Motoren zur Überein
stimmung miteinander gebracht werden müssen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wer
den im Notfall alle Walzen der gesamten Straße mit Ausnahme des Abwicklers 1 und des
Aufwicklers 6 angehalten. Da die Stromsteuerung am Abwickler 1 und am Aufwickler 6 so
durchgeführt wird, daß die Spannung auf einem festen Wert gehalten wird, werden der
Abwickler 1 und der Aufwickler 6 im Notfall nicht angehalten.
Die Motoren 10, 11 und 12(1) bis 12(n) werden jeweils durch Motorregler 18, 19
und 20(1) bis 20(n) gesteuert. Um die Darstellung zu vereinfachen, ist nur ein Teil der
Motorregler gezeigt. Die Motorregler 18, 19 und 20 empfangen aus einer Anlagensteuerung
30 über Übertragungswege 40 verschiedene Steuerbefehle, zu denen Betriebs-Anhaltbe
fehle, Solldrehzahlen und Solldrehmomente sowie Steuerdaten, die Steuerparameter umfas
sen, gehören. Die Motorregler 18, 19 und 20 übertragen die benötigten Daten an die Anla
gensteuerung 30. Zusätzlich empfängt die Anlagensteuerung 30 Ist-Betriebsdaten 44 von
einer Fühlergruppe 45. Die Anlagensteuerung 30 ist über einen Übertragungsweg 42 mit ei
nem übergeordneten Prozeßrechner 50 verbunden.
Aufgrund sowohl der Betriebsbedingungen als auch der eingegebenen Ist-Betriebs
daten aus der Anlagensteuerung 30 gibt der Prozeßrechner 50 verschiedene Betriebsanwei
sungen an die Anlagensteuerung 30 aus. Aufgrund der empfangenen Betriebsanweisungen
erzeugt die Anlagensteuerung 30 die gewünschten Steuerwerte, zu denen die Drehzahlen
oder Ströme der Motoren 10, 11 und 12 gehören, und gibt diese an die Motorregler 18, 19
und 20 ab. Zu diesem Zeitpunkt bestimmt die Anlagensteuerung 30 die Betriebszustände
sowohl aus den tatsächlichen Betriebsdaten 44 aus der Fühlergruppe 45 als auch den Be
triebsdaten aus den Motorreglern 18, 19 und 20. Die Motorregler 18, 19 und 20 steuern die
Motoren 11, 12 und 13 entsprechend den Betriebsanweisungen, die von der Anlagensteue
rung 30 abgegeben werden.
Eine Nothalteinrichtung 60 empfängt aus der Anlagensteuerung 30 ein Anomalitäts-
Erfassungssignal 43 und aus dem Prozeßrechner 50 ein Anomalitäts-Erfassungssignal 52
und gibt, wenn sie diese Signale 43 und 52 empfängt oder wenn die Bedienungsperson einen
Betriebsfehler oder andere Anomalitäten entdeckt und den Nothalt betätigt, an den Motor
regler 20 einen Nothaltbefehl 62 ab.
Wie in Fig. 3(A) gezeigt, umfaßt die Anlagensteuerung 30 einen Steuerbefehlerzeu
ger 31, eine Umfangsgeschwindigkeits-Umwandlungseinrichtung 32, ein Register 34 zum
Speichern von Walzendurchmesserdaten, ein Register 35 zum Speichern von Betriebs-An
haltebefehlen sowie eine Übertragungseinrichtung 36. Der Steuerbefehlerzeuger 31 erzeugt
Steuerbefehle für die Motoren 12 aufgrund der Betriebsbedingungen oder der Betriebsan
weisungen, die vom Prozeßrechner 50 über einen Übertragungsweg 42 eingegeben werden.
Die erzeugten Steuerbefehle werden an die entsprechenden Motorregler 20 durch die Über
tragungseinrichtung 36 ausgegeben. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine Motorbe
triebs-Anhaltebefehl D/S durch das Register 35 ausgegeben. Die Strang-Sollgeschwindig
keit v, die den Behandlungsbedingungen des Walzgutes entspricht, wird in die Umfangsge
schwindigkeits-Umwandlungseinrichtung 32 eingegeben. Die Umfangsgeschwindigkeits-
Umwandlungseinrichtung 32 multipliziert die Strang-Sollgeschwindigkeit v mit einer Um
fangsgeschwindigkeits-Umwandlungskonstante kn entsprechend der mit dem betreffenden
Motor 12 gekoppelt Walze 7, um die Strang-Sollgeschwindigkeit v in die Umfangs-Sollge
schwindigkeit vn der Walze umzuwandeln. Eine Geschwindigkeits-Umwandlungseinrich
tung 33 multipliziert die Umfangs-Sollgeschwindigkeit vn mit einer Skalierkonstante Kn, um
sie in eine allen Motoren gemeinsame feste Umfangs-Sollgeschwindigkeit v'n umzuwandeln,
die später noch beschrieben wird, und gibt die erhaltene Umfangs-Sollgeschwindigkeit v'n
aus. Das Register 34 speichert Daten Rn über den vom Prozeßrechner 50 über den Übertra
gungsweg 42 eingegebenen Walzendurchmesser jeder Walzen 7 und gibt sie aus.
Die Übertragungseinrichtung 36 überträgt Daten an jeden Motorregler 18, 19 und
20 über einen sogenannten radialen Übertragungsweg 40. Alternativ die Motorregler 18, 19
und 20 auch über einen Schleifen-Übertragungsweg miteinander verbunden sein. Die Über
tragungseinrichtung 36 erzeugt Übertragungsdaten eines einzigen Rahmens für jeden Befehl
entsprechend dem in Fig. 6 gezeigten Übertragungsformat und gibt die Übertragungsdaten
38 mit fester Übertragungsperiode laufend an die entsprechenden Regler 18, 19 oder 20
aus. Die Übertragungsdaten 38 des einzelnen Rahmens bestehen aus sechs Worten, wie in
Fig. 6 gezeigt. Die Anfangsdaten HEAD und die Enddaten END sind jeweils dem vorder
sten und dem hintersten Wort für die Übertragungssteuerung zugeordnet. Die Eingangsda
ten HEAD bilden den Kopf der Übertragungsdaten 38. Die Enddaten END umfassen Daten,
die das Ende der Übertragungsdaten 38 darstellen, und Fehlerüberprüfungsdaten. Die Steu
erdaten DATA1 bis DATA4 sind den mittleren vier Worten zugeordnet. Wie in Fig. 7 ge
zeigt, sind den DATA1 bis DATA4 jeweils der Betriebs-Anhaltebefehl D/S, die Umfangs-
Sollgeschwindigkeit v'n, die Walzendurchmesserdaten Rn und andere Steuerdaten zugeord
net.
Wie in Fig. 3(B) gezeigt, umfaßt jeder Motorregler 20(1) bis 20(n) eine Empfangs
einrichtung 21, eine Folgesteuerung 22, eine Nothalteinrichtung 23, eine Begrenzerstufe 24,
eine Drehzahlumwandlungseinrichtung 25, eine Drehzahlsteuereinrichtung 27 und einen
Motorantrieb 28, der ein Inverter sein kann. Die Empfangseinrichtung 21 decodiert die über
den Übertragungsweg 40 eingegebenen Steuerdaten entsprechend dem Übertragungsformat
und gibt den Betriebs-Anhaltebefehl D/S an die Folgesteuerung 22, die Umfangs-Sollge
schwindigkeit v'n über die Nothalteinrichtung 23 an die Begrenzerstufe 24 und die Walzen
durchmesserdaten Rn an die Drehzahlumwandlungseinrichtung 25 ab. Die Folgesteuerung
22 führt hauptsächlich die Betriebsunterbrechungssteuerung des Motorantriebs 28 entspre
chend den Folgesteuerinhalten des Betriebs-Anhaltebefehls D/S durch. Das Ausgangssignal
v"n der Begrenzerstufe 24 wird in die Drehzahlumwandlungseinrichtung 25 eingegeben und
in die Motor-Solldrehzahl ω'n umgewandelt. Die umgewandelte Solldrehzahl ω'n wird über
eine Subtrahiereinrichtung 26 in die Drehzahlsteuereinrichtung 27 eingegeben, um die an
hand von Fig. 1 beschriebene Regelung durchzuführen.
Fig. 4 zeigt in äquivalenter Weise die Blöcke in der Anlagensteuerung 30 und im
Motorregler 20 entsprechend dem Sollwertbildner 100 gemäß der Erfindung. Fig. 5 zeigt
die praktisch verwendeten Inhalte der Umfangsgeschwindigkeits-Umwandlungskonstante
kn, der Skalierkonstante Kn, der Drehzahlumwandlungskonstante Nn und der Walzen
durchmesserdaten Rn. Wie in Fig. 5 gezeigt, sind einige wenige Kombinationen bestimmt
durch die Bedingungen der Straße, wie etwa einer Glühstraße. (In diesem Ausführungsbei
spiel gibt es drei Fälle.)
Entdeckt die Bedienungsperson eine Anomalität, etwa einen fehlerhaften Betrieb der
Glühstraße, oder wird von der Anlagensteuerung 30 oder vom Arbeitsrechner 50 ein
Anomalitäts-Erfassungssignal abgegeben, so gibt die in Fig. 2 gezeigte Nothalteinrichtung
60 den Nothaltbefehl 62 an den Motorregler 20 ab, wodurch die Fig. 3(B) gezeigte Nothalt
einrichtung 23 geöffnet und das Eingangssignal der Begrenzerstufe 24 auf Null gesetzt
wird.
Die Begrenzerstufe 24 ist ein Sägezahngenerator, der gemäß Fig. 8 so aufgebaut ist,
daß sein Ausgangssignal v"n gemäß Fig. 9(b) mit festgelegter Änderungsrate ε auf Null ab
nimmt, wenn sein Eingangssignal (v'n) gemäß Fig. 9(a) auf Null bei t1 gesetzt wird. Mit an
deren Worten umfaßt die Begrenzerstufe 24 eine Subtrahiereinrichtung 24a, einen Be
grenzer 24b und eine Integriereinrichtung 24c. Das Ausgangssignal v"n der Begrenzerstufe
24 wird negativ auf die Subtrahiereinrichtung 24a rückgekoppelt. Der Begrenzer 24b
nimmt das Ausgangssignal (-v"n) der Subtrahiereinrichtung 24a mit fester Probenentnahme
periode T auf. Ist dieser Wert größer als ein Feinwert ε, so begrenzt der Begrenzer 24b den
Wert innerhalb des Feinwerts ε und gibt diesen Wert aus. Die Integriereinrichtung 24c inte
griert die Ausgangssignale des Begrenzers 24b, um die Umfangs-Sollgeschwindigkeit v"n
auszugeben, die ein Muster aufweist, bei dem sie mit der festen Änderungsrate ε verzögert
wird und bei t2 auf Null zurückgeht. Die Änderungsraten ε haben für alle Motorregler den
selben Wert. Auf diese Weise kann selbst dann, wenn sich die Sollgeschwindigkeit während
des Normalbetriebs stark ändert, die Walzgeschwindigkeitssteuerung des Antriebsab
schnitts, innerhalb dessen die Änderungen in der Drehzahl jedes Motors auf einen festen
Wert begrenzt sind, durchgeführt werden. Somit kann die Drehzahlsteuerung des Antriebs
abschnitts selbst dann durchgeführt werden, wenn sich die Solldrehzahl rasch ändert, wie im
Fall eines Nothalts. Betragen jedoch die Sollgeschwindigkeiten v1 und v2, die zum Zeitpunkt
t1, zu dem ein Nothaltbefehl eingegeben wird, an den Motorregler 20(1) und 20(2) abgege
ben werden, beispielsweise 95% bzw. 90% der Nenndrehzahl der Motoren 12(1) bzw.
12(2), wie in Fig. 10 gezeigt, so halten die Motoren, wenn die Verzögerung in diesem Zu
stand mit derselben Änderungsrate ε durchgeführt wird, zu unterschiedlichen Zeitpunkten
t11 und t22 an. Dies kann zu einer übermäßigen Spannung im Walzgut und somit zu dessen
Bruch führen. Der Sollwertbildner 100 gemäß der vorliegenden Erfindung hat die Funktion,
bei einem Nothalt die zeitliche Abweichung zu beseitigen, um die Walzen gleichzeitig anzu
halten.
Der in Fig. 4 gezeigte Sollwertbildner 100 ist so aufgebaut, daß die in den Motor
regler eingegebene Umfangs-Sollgeschwindigkeit v'n für alle Motorregler gleich wird, um
bei einem Nothalt der Walzen die Zeitabweichung zu beseitigen. Die Umfangsgeschwindig
keits-Umwandlungseinrichtung 32 der Anlagensteuerung 30 multipliziert die Strang-Sollge
schwindigkeit v der Glühstraße mit der für jede Walze vorgegebene Umfangsgeschwindig
keits-Umwandlungskonstante kn, um die Strang-Sollgeschwindigkeit v in die Umfangs-
Sollgeschwindigkeit für die betreffende Walze umzuwandeln. Dies wird deshalb vorgenom
men, weil im Fall der Glühstraße die Laufgeschwindigkeit des Walzgutes von der Lage der
Walze, von Wärmespannungen und dergleichen abhängt. Somit wird die Laufgeschwindig
keit des Walzgutes an einer typischen Stelle definiert als die Strang-Sollgeschwindigkeit v,
die mit dem Walzenumfangsgeschwindigkeits-Umwandlungsbeiwert kn multipliziert wird,
um die Umfangs-Sollgeschwindigkeit vn jeder Walze zu bestimmen. Die Geschwindigkeits-
Umwandlungseinrichtung 33 multipliziert die Umfangs-Sollgeschwindigkeit vn mit der vor
her festgesetzten, in Fig. 5 gezeigten Skalierkonstante Kn, um die Umfangs-Sollgeschwin
digkeit v'n für alle Walzen auf denselben Wert zu bringen. Fall 1 in Fig. 5 stellt den Normal
fall dar, bei dem die Umfangs-Sollgeschwindigkeit vn nicht für alle Walzen gleich ist, so daß
auch die Umfangsgeschwindigkeits-Umwandlungskonstante kn nicht notwendigerweise die
selbe ist. In diesem Fall wird eine Skalierung durchgeführt, indem die Umfangs-Sollge
schwindigkeit vn jeder Walze mit einem Skalierbeiwert multipliziert wird, der für den Fall 1
gezeigt ist und ausgedrückt wird durch:
Kn = 1/(Gn . π . Don . ωon);
wobei Gn das Änderungs-Übersetzungsverhältnis zwischen dem Motor und der Walze ist,
Don der Standarddurchmesser einer vorbestimmten Walze und ωon die Normdrehzahl des
Motors (die seine Nenndrehzahl sein kann). Wie oben beschrieben, ist der Nenner von Kn
der Normdurchmesser der Walze und die Norm-Umfangsgeschwindigkeit von bei dieser
Normdrehzahl, und die Multiplikation der Umfangs-Sollgeschwindigkeit vn mit Kn liefert
somit denselben Wert für alle Walzen, wie in Verbindung mit der Gleichung (4) beschrie
ben. Das bedeutet, daß die gemeinsame Strang-Sollgeschwindigkeit v mit denselben Kon
stanten (kn . Kn) für alle Walzen multipliziert wird und die Umfangs-Sollgeschwindigkeit vn
jeder Walze so in dieselbe Umfangs-Sollgeschwindigkeit v'n umgewandelt werden kann. Mit
anderen Worten ist die Umfangs-Sollgeschwindigkeit v'n, die von der Geschwindigkeits-
Umwandlungseinrichtung 33 ausgegeben und in den Motorregler 20 eingegeben wird, ist
derselbe skalierte Wert.
Die in den Motorregler 20 eingegebene Umfangs-Sollgeschwindigkeit v'n wird über
die Begrenzerstufe 24 in die Geschwindigkeits-Umwandlungseinrichtung 25 eingegeben.
Durch Multiplizieren der Umfangs-Sollgeschwindigkeit v'n mit der Umwandlungskonstante
Nn wandelt die Geschwindigkeits-Umwandlungseinrichtung 25 die Umfangs-Sollgeschwin
digkeit v'n in die Motor-Solldrehzahl ω'n des Systems mit der Einheit U/min um. Die Ein
heits-Umwandlungskonstante Nn ist eine Funktion des Walzen-Istdurchmessers Dn jeder
Walze, die, wie im Fall 1 der Fig. 5 gezeigt, das Verhältnis Don/Dn (= Rn) des Normdurch
messers der Walze zum Walzen-Istdurchmesser Dn sein kann. Die Daten Rn des Walzen
durchmessers werden aus dem Register 34 der Anlagensteuerung 30 her übertragen und in
einem (nicht gezeigten) Speicher gespeichert.
Die Konstanten der Fälle 2 und 3 der Fig. 5 werden benutzt, wenn die Umfangsge
schwindigkeit für alle Walzen gleich ist (v1 = v2 . . . = vn), wie im Fall einer Behandlungs
straße, bei der die Laufgeschwindigkeit des kontinuierlichen Materials durch das gesamte
System hindurch dieselbe ist, oder in einem speziellen Abschnitt der Glühstraße. In diesen
Fällen ist die Umfangsgeschwindigkeits-Umwandlungskonstante kn dieselbe für alle Walzen
(k1 = k2 . . . = kn), und die Skalierkonstante Kn ist somit "1" Somit fällt die ausgegebene Um
fangs-Sollgeschwindigkeit v'n mit der tatsächlichen Walzenumfangsgeschwindigkeit vn (in
m/min) zusammen. Daher muß die Umfangs-Sollgeschwindigkeit v'n in der Geschwindig
keits-Umwandlungseinrichtung 25 des Motorreglers 20 aufgrund des Übersetzungsverhält
nisses oder des Walzendurchmessers in die Solldrehzahl des Motors umgewandelt werden.
Der Unterschied zwischen den Fällen 2 und 3 liegt in den Inhalten der Walzendurchmesser
daten Rn, die an den Motorregler 20 übertragen werden. Genauer gesagt, wird im Fall 2 der
Walzen-Istdurchmesser Dn übertragen, während im Fall 3 das Verhältnis D0/Dn des Walzen-
Normdurchmessers zum Walzen-Istdurchmesser übertragen wird. In Abhängigkeit hiervon
unterscheidet sich die Einheits-Umwandlungskonstante Nn zwischen den Fällen 2 und 3. Im
Fall 2 nimmt die Anzahl notwendiger Bits zu, weil der Walzen-Istdurchmesser Dn übertra
gen wird. Da im Fall 3 das Verhältnis Don/Dn der Walzendurchmesser übertragen wird, ent
spricht die Anzahl der Bits der Anzahl der signifikanten Stellen und kann daher klein sein.
Die Einheit der Motor-Solldrehzahl ist in den Fällen 2 und 3 U/min, und das Verhältnis ωn/ω
on der Solldrehzahl zur Normdrehzahl ist die normierte Motor-Solldrehzahl ω'n.
Da in dem in Fig. 2 bis 8 gezeigten Ausführungsbeispiel für die Berechnung die ska
lierte Umfangs-Sollgeschwindigkeit v'n mit demselben Wert benutzt wird, nimmt die von der
Begrenzerstufe 24 jedes Motorreglers abgegebene Umfangs-Sollgeschwindigkeit v'n, selbst
dann, wenn ein Nothaltbefehl eingegeben wird, zum gleichen Zeitpunkt t2 auf Null ab, wie
dies in Fig. 11(a) gezeigt ist. Selbst wenn der Anfangswert der Motor-Solldrehzahl ω'n, der
aus derselben Umfangs-Sollgeschwindigkeit v"n umgewandelt wurde, für die Motorreglern
20(1) und 20(2) verschieden ist und etwa gemäß Fig. 11(b) ω'1 und ω'2 beträgt, nehmen bei
de zum Zeitpunkt t2 auf Null ab, so daß Walzen gleichzeitig anhalten.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unten anhand von
Fig. 12 bis 15 beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß die
zeitliche Abweichung bei einem Nothalt dadurch beseitigt wird, daß die Änderungsrate ε
der Begrenzerstufe 24 für jeden Motorregler entsprechend dem Walzen-Istdurchmesser ge
ändert wird.
Fig. 12 ist eine Fig. 4 ähnliche Darstellung des Sollwertbildners 100. Fig. 13(A) und
13(B) sind Blockschaltbilder der Anlagensteuerung 30 bzw. Motorreglers 20, die dem in
Fig. 12 gezeigten Sollwertbildner 100 entsprechen. Wie gezeigt, wandelt die Geschwindig
keits-Umwandlungseinrichtung 37 des Sollwertbildners 100 die von der Umfangsgeschwin
digkeits-Umwandlungseinrichtung 32 ausgegebene Umfangs-Sollgeschwindigkeit vn durch
Multiplizieren mit der Geschwindigkeits-Umwandlungskonstanten N'n in eine normierte
Motor-Solldrehzahl ω'n um. Mit anderen Worten führt die Geschwindigkeits-Umwand
lungseinrichtung 37 die Berechnung der Gleichung (1) durch und gibt die normierte Motor-
Solldrehzahl ω'n an jeden Motorregler 20 ab:
ω'n = vn . N'n
= kn . v . N'n
= kn . v . 1/(Gn . π. Dn . ωon)
= ωn/ωon. (1)
= kn . v . N'n
= kn . v . 1/(Gn . π. Dn . ωon)
= ωn/ωon. (1)
Da die normierte Motor-Solldrehzahl ω'n den Walzendurchmesser Dn enthält, der
sich infolge von Reparaturen ändert, hat er somit nicht für alle Motorregler 20 denselben
Wert. Somit tritt bei einem Nothalt eine zeitliche Abweichung auf, was in Verbindung mit
Fig. 10 beschrieben wurde.
Deshalb ist in diesem Ausführungsbeispiel im Motorregler 20 eine Änderungsraten-
Korrektureinrichtung 29 vorgesehen, um die Änderungsrate ε der Begrenzerstufe 24 ent
sprechend dem geänderten Walzendurchmesser Dn zu korrigieren. Bei Nothalt wird das
Ausgangssignal der Begrenzerstufe 24 für alle Motorregler gleichzeitig auf Null gesetzt.
Nimmt man an, daß der Normdurchmesser Don der Walze durch deren kleinsten zulässigen
Durchmesser definiert ist, so ist bei neuer Walze und damit großem Walzendurchmesser Dn
die normierte Motor-Solldrehzahl ω'n klein. Wird daher bei Nothalt eine Verzögerung mit
demselben Gradient durchgeführt, so wird die Zeit, die die Walze zum Anhalten braucht,
verringert. Daher wird zum Verringern der Änderungsrate die Motor-Solldrehzahl ω'n mit
Don/Dn multipliziert, um die Änderungsrate ε korrigierend auf einen wesentlich kleineren
Wert zu reduzieren. Der Wert Don/Dn bezüglich des Walzen-Istdurchmessers wird in geeig
neter Weise aus dem Register 34 übertragen. Als Ergebnis wird selbst dann, wenn die nor
mierte Motor-Solldrehzahleingabe der Motorregler 20(1) und 20(2) unterschiedlich ist, ge
mäß Fig. 14 etwa ω'1 und ω'2, die Änderungsrate entsprechend D01/D1 bzw. D02/D2 korri
giert, so daß die Motoren zum Zeitpunkt t2 (dem Anhaltezeitpunkt für Nothalt, zu dem die
normierte Motor-Solldrehzahl "1" ist) anhalten.
Dies wird anhand von Gleichungen noch näher erläutert. Eine Norm-Motordrehzahl
ωon und eine Umfangsgeschwindigkeits-Umwandlungskonstante kn werden durch Gleichun
gen (2) bzw. (3) ausgedrückt:
ωon = von/(Gn . π . Don); (2)
kn = von/v0
= Gn . π . Don . ωon/v0. (3)
= Gn . π . Don . ωon/v0. (3)
Aus den Gleichungen (1), (2) und (3) erhält man:
ω'n = (Don/Dn)/(v/v0). (4)
Die Zeit t2, die in Fig. 14 gezeigt ist, kann ausgedrückt werden durch:
t2 = ω'n/{(Don/Dn) . ε}
= {(Don/Dn)/(v/v0)}/{(Don/Dn) }
= (v/v0 . ε). (5)
= {(Don/Dn)/(v/v0)}/{(Don/Dn) }
= (v/v0 . ε). (5)
Wie aus der Gleichung (5) deutlich wird, hat, da v, v0 und ε Konstanten sind, die
Anhaltezeit t2 für alle Motoren denselben Wert.
Fig. 15(A) bzw. 15(B) zeigen Abwandlungen der Anordnungen nach Fig. 13(A)
bzw. 13(B). Die Anordnungen nach Fig. 15(A) und 15(B) unterscheiden sich von denen
nach Fig. 13(A) und 13(B) insofern, daß die Geschwindigkeits-Umwandlungseinrichtung 37
im Motorregler 20 vorgesehen ist. Der Walzen-Istdurchmesser Dn, der für die Umwandlung
erforderlich ist, wird in geeigneter Weise aus dem Register 34 übertragen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Motorsteuersystems, bei dem für alle
Motorregler dieselbe Solldrehzahl in die Begrenzerstufe des Sollwertbildners eingegeben
wird, geben selbst dann, wenn sich das Eingangssignal der Begrenzerstufe infolge eines
Nothaltbefehls rasch auf Null verringert, die Begrenzerstufe der Motorregler dieselbe Mo
tor-Solldrehzahl ab, die sich mit demselben Verzögerungsmuster verringert, das dieselbe
Änderungsrate von derselben Sollgeschwindigkeit aufweist. Als Ergebnis halten die Moto
ren zur gleichen Zeit an, so daß die Walzen gleichzeitig zu stoppen, wenn die Bearbei
tungsstraße für das kontinuierliche Material etwa infolge eines Ausfalls einer Anlagensteue
rung einen Nothalt durchführen muß.
Da während des Normalbetriebs das Ausgangssignal der Begrenzerstufe aufgrund
des Walzen-Istdurchmesser durch die Geschwindigkeits-Umwandlungseinrichtung in die
Motor-Solldrehzahl umgewandelt wird, kann die Umfangsgeschwindigkeit jeder Walze mit
der von der Anlagensteuerung bestimmten Sollgeschwindigkeit gesteuert werden.
Da ferner die Nothaltsteuerung jeder Walze im Motorregler unabhängig durchge
führt wird, können selbst bei Ausfall der Anlagensteuerung die Walzen zur gleichen Zeit an
gehalten werden.
In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird
die feste Änderungsrate der Begrenzerstufe aufgrund eines Unterschieds in der in die Mo
torregler eingegebenen Sollgeschwindigkeit so korrigiert, daß die für den Nothalt erforder
liche Zeit dieselbe ist. Somit werden, wie im Fall des obigen Ausführungsbeispiels, die Mo
toren zur gleichen Zeit angehalten, und die Walzen können somit selbst dann gleichzeitig
anhalten, wenn die Bearbeitungsstraße für das kontinuierliche Material infolge eines Ausfalls
der Anlagensteuerung einen Nothalt durchführt.
Claims (7)
1. Steuerschaltung für eine Anordnung mit mehreren Motoren (12) für ein kontinuierli
ches Gut transportierende Antriebseinrichtungen (7), umfassend
einen jedem Motor (12) zugeordneten Sollwertbildner (100) zur Bildung einer Motor-Solldrehzahl (ω'n; ω"n ) auf der Basis einer Antriebs-Sollgeschwindigkeit (vn), und
eine Anhalteeinrichtung (60), die bewirkt, daß die Zeitspanne (t2 - t1), in der die An triebsgeschwindigkeit den Wert Null erreicht, für alle Antriebseinrichtungen (7) gleich ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Sollwertbildner (100)
eine Einrichtung (33; 37) zur Erzeugung einer der Antriebs-Sollgeschwindig keit (vn) entsprechenden normierten Bezugsgröße (v'n; ω'n), und
eine Begrenzerstufe (24), die die Bezugsgröße (v'n; ω'n) als Eingangsgröße erhält und die Änderungsrate der Bezugsgröße (v'n; ω'n) auf einen vorgegebenen Wert
begrenzt,
aufweist und
daß die Anhalteeinrichtung (60) die Eingangssignale der Begrenzerstufen (24) aller Sollwertbildner (100) auf Null setzt.
einen jedem Motor (12) zugeordneten Sollwertbildner (100) zur Bildung einer Motor-Solldrehzahl (ω'n; ω"n ) auf der Basis einer Antriebs-Sollgeschwindigkeit (vn), und
eine Anhalteeinrichtung (60), die bewirkt, daß die Zeitspanne (t2 - t1), in der die An triebsgeschwindigkeit den Wert Null erreicht, für alle Antriebseinrichtungen (7) gleich ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Sollwertbildner (100)
eine Einrichtung (33; 37) zur Erzeugung einer der Antriebs-Sollgeschwindig keit (vn) entsprechenden normierten Bezugsgröße (v'n; ω'n), und
eine Begrenzerstufe (24), die die Bezugsgröße (v'n; ω'n) als Eingangsgröße erhält und die Änderungsrate der Bezugsgröße (v'n; ω'n) auf einen vorgegebenen Wert
begrenzt,
aufweist und
daß die Anhalteeinrichtung (60) die Eingangssignale der Begrenzerstufen (24) aller Sollwertbildner (100) auf Null setzt.
2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die die Bezugsgröße (v'n) erzeugende Einrichtung (33) die Antriebs-Sollge schwindigkeit (vn) mit einer Skalierkonstante (Kn) multipliziert, und
daß eine Wandlerstufe (25) den von der Begrenzerstufe (24) erzeugten Wert (v"n) durch Multiplizieren mit einer veränderbaren Drehzahl-Umwandlungskonstante (Nn) in die Motor-Solldrehzahl (ω'n) umwandelt.
daß die die Bezugsgröße (v'n) erzeugende Einrichtung (33) die Antriebs-Sollge schwindigkeit (vn) mit einer Skalierkonstante (Kn) multipliziert, und
daß eine Wandlerstufe (25) den von der Begrenzerstufe (24) erzeugten Wert (v"n) durch Multiplizieren mit einer veränderbaren Drehzahl-Umwandlungskonstante (Nn) in die Motor-Solldrehzahl (ω'n) umwandelt.
3. Steuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß zu den Antriebseinrichtungen (7) eine das Gut berührende Walze gehört,
daß die Antriebs-Sollgeschwindigkeit die Umfangs-Sollgeschwindigkeit der Walze ist,
daß die Skalierkonstante (Kn) der Kehrwert der aus dem Walzen-Solldurchmesser (Don), der Motor-Solldrehzahl (ωon) und dem Getriebeübersetzungsverhältniss (Gn) zwi schen Motor und Walze bestimmten Umfangs-Sollgeschwindigkeit (von) der Walze ist, und
daß die Drehzahl-Umwandlungskonstante (Nn) das Verhältnis (Don/Dn) von Soll durchmesser (Don) zu Istdurchmesser (Dn) der Walze enthält.
daß zu den Antriebseinrichtungen (7) eine das Gut berührende Walze gehört,
daß die Antriebs-Sollgeschwindigkeit die Umfangs-Sollgeschwindigkeit der Walze ist,
daß die Skalierkonstante (Kn) der Kehrwert der aus dem Walzen-Solldurchmesser (Don), der Motor-Solldrehzahl (ωon) und dem Getriebeübersetzungsverhältniss (Gn) zwi schen Motor und Walze bestimmten Umfangs-Sollgeschwindigkeit (von) der Walze ist, und
daß die Drehzahl-Umwandlungskonstante (Nn) das Verhältnis (Don/Dn) von Soll durchmesser (Don) zu Istdurchmesser (Dn) der Walze enthält.
4. Steuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß zu den Antriebseinrichtungen (7) eine das Gut berührende Walze gehört,
daß die Antriebs-Sollgeschwindigkeit die Umfangs-Sollgeschwindigkeit der Walze ist,
daß die Skalierkonstante (Kn) 1 ist, und
daß die Drehzahl-Umwandlungskonstante (Nn) mindestens den Durchmesser (Dn) der Walze und das Getriebeübersetzungsverhältnis (Gn) zwischen dem Motor und der Wal ze enthält.
daß zu den Antriebseinrichtungen (7) eine das Gut berührende Walze gehört,
daß die Antriebs-Sollgeschwindigkeit die Umfangs-Sollgeschwindigkeit der Walze ist,
daß die Skalierkonstante (Kn) 1 ist, und
daß die Drehzahl-Umwandlungskonstante (Nn) mindestens den Durchmesser (Dn) der Walze und das Getriebeübersetzungsverhältnis (Gn) zwischen dem Motor und der Wal ze enthält.
5. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Bezugs
größe (ω'n) erzeugende Einrichtung (37) die Antriebs-Sollgeschwindigkeit (vn) mit einer
Geschwindigkeits-Übersetzungskonstante (N'n) multipliziert.
6. Steuerschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß zu den Antriebseinrichtungen (7) eine das Gut berührende Walze gehört,
daß die Antriebs-Sollgeschwindigkeit die Umfangs-Sollgeschwindigkeit der Walze ist, und
daß die Änderungsrate der Begrenzerstufe (24) mit dem Verhältnis (Don/Dn) von Solldurchmesser (Don) zu Istdurchmesser (Dn) der Walze multipliziert ist.
daß zu den Antriebseinrichtungen (7) eine das Gut berührende Walze gehört,
daß die Antriebs-Sollgeschwindigkeit die Umfangs-Sollgeschwindigkeit der Walze ist, und
daß die Änderungsrate der Begrenzerstufe (24) mit dem Verhältnis (Don/Dn) von Solldurchmesser (Don) zu Istdurchmesser (Dn) der Walze multipliziert ist.
7. Verwendung der Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche bei
einer Bearbeitungsstraße, bei der es sich um eine Walzstraße, Glühstraße, Plattierstraße,
Beizstraße, oder eine Bearbeitungsstraße für maschinenbearbeitetes Glanzpapier, Film oder
Magnetband handelt.
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