DE3602745A1

DE3602745A1 - Zugspannungsregeleinrichtung fuer wickelvorrichtung

Info

Publication number: DE3602745A1
Application number: DE19863602745
Authority: DE
Inventors: Hans-Josef Dipl Ing Driehaus; Dieter Dipl Ing Schoppe; Hans-Peter Dipl Ing Eyring
Original assignee: SMG STAHLKONTOR MASCHINENBAU G
Current assignee: STAHLKONTOR MASCHINENBAU GMBH, 3250 HAMELN, DE
Priority date: 1986-01-30
Filing date: 1986-01-30
Publication date: 1987-08-13
Also published as: DE3602745C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die dem Stand der Technik bisher bekannten Wickelsysteme weisen alle den Nachteil auf, daß sie auf einer analogen Drehmomenten- bzw. Drehzahlregelung oder Steuerung beruhen und ein beliebiger Zugkraftverlauf in Abhängigkeit vom Ballendurchmesser, je nach der zu wickelnden Materialart, nicht digital vorgegeben, gespeichert, verlagert und die Störgrößen z. B. während der Rollenwechselphase nicht eliminiert werden können.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Aufwickeln zu schaffen, bei der jeder beliebige Zugkraftverlauf in Abhängigkeit vom Ballendurchmesser (F = f (d)) unter Beachtung von Grenzwerten durch Eingabe (z. B. am Terminal) festgelegt, gespeichert und wieder abgerufen oder in ihrer Lage verlagert werden kann und daß Unstetigkeiten, z. B. während der Rollenwechselphase von Mehrfachwickelwendemaschinen durch Einschwenken von Walzen der Messerarme des Rollenwechselsystems in die Warenbahn oder Veränderungen der Bahngeschwindigkeiten etc., so kompensiert werden, daß sich keine von der vorgegebenen Zugkraft-Wickelkurve abweichende Zugkräfte einstellen können.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteils von Anspruch 1.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Mit Hilfe eines Digital-Rechners (z. B. Mikroprozessor- System) wird der Wickelantrieb drehzahlgeregelt betrieben, wodurch alle mechanischen Reibungseinflüsse vollständig eliminiert werden. Mittels einer Zug-Meß-Station (z. B. Dehnungsmeßstreifenbrücke) wird ständig die aktuelle Bahnzugkraft erfaßt und mit dem Zugkraftsollwert, der in der gewünschten Zugkraftkurve im Mikroprozessor vorgegeben ist, verglichen. Besteht eine Differenz zwischen Soll- und Istwert der Zugkraft, so wird der Wickelantrieb in seiner Drehzahl unter Berücksichtigung von Störgrößen nachgeregelt.

Vorteile der Erfindung sind freie Wahl des Zugkraftverlaufes mit Speicherung von z. B. 100 und mehr Wickelcharakteristiken, großer Geschwindigkeits- Zugkraft-Stellbereich (z. B. 1 m/min bis 300 m/min und 6 N bis 400 N), Bedienerführung am Terminal, Optimierung des statischen und durch Störfaktoren beeinflußten dynamischen Wickelvorganges, Störmeldungen und Fehlerdiagnose, Ankoppelbarkeit an übergeordnete Leit- und Rechnersysteme.

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden.

Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

in Fig. 1 einen Funktionsschaltplan

in Fig. 2 und 3 Kurvenbeispiele der am Termimal eingebbaren Wertpaare für Zugkraft F _soll und Ballendurchmesser d.

Dem Mikroprozessor werden mittels mehrerer Inkrementalgeber 2, 3 und 4 Impulse bzw. Impulsfrequenzen zugeführt, die sich proportional zur Bahngeschwindigkeit (V _Leit1, V _Leit2), Materiallänge L, dem Wendewinkel α beim Schwenken des Wendearmes der Mehrfachwickelvorrichtung, dem Einschwenkwinkel β der Warenbahn führenden Walze des Messerarmes der Rollenwechselvorrichtung und der Wicklerdrehzahl n _wi verhalten.

Die Inkremetalgeber 2, 3, 4 mit 200 Impulsen/Umdr. liefern Frequenzen f ₁, f ₂ und f _wi. So befindet sich zum Beispiel der Inkrementalgeber 2 an einem Kalander oder Abwickelvorrichtung, der Inkrementalgeber 3 direkt vor der Wickelrolle an einem Meßrand und der Inkrementalgeber 4 an der Rotorwelle der Wickelantriebe.

Aus den eingegebenen Frequenzen f ₁, f ₂ und f _wi ergeben sich durch Normierung Größen, die die Bahngeschwindigkeit V _Leit2 bzw. V _Leit2 und der Wicklerdrehzahl n _wi entsprechen. Eine Division 5 im Mikro-Rechner von der schlupffrei erfaßten Größe V _Leit22 durch n _wi · π ergibt den aktuellen Ballendurchmesser d.

Die Bildung des Verhältnisses (6) V _Leit1/d · π im Mikro-Rechner führt zu einem Drehzahl-Vorsteuerungssignal n _v, das vom Zugkraftverlauf unabhängig ist.

Der Zugkrafteinfluß Δ n _Zug auf die Drehzahlsollwertvorgabe der Wickelantriebe wird im Mikroprozessor durch unterschiedliche Rechenverfahren 7 ermittelt.

Als erstes Verfahren erfolgt der Zugkrafteinfluß nach Hyperbelfunktion HW-Charakterisitk wobei sich der Zugkraftsollwert F _soll aus der Funktion des Ballendurchmessers ergibt und dabei
F0 = Anfangszugkraft
d0 = Hülsendurchmesser
d = Ballendurchmesser
HW = Hart-Weich-Faktor (Materialkonstante)
ist.

Die notwendigen Parameter F ₀, d ₀, HW müssen vor dem Einschalten der Wickelantriebe am Terminal eingegeben werden.

Der HW-Faktor in % bestimmt dabei den hyperbolischen Abfall der Zugkraftfunktion. Bei einem HW-Faktor von 100% ergibt sich eine konstante max. Sollwertzugkraft F _soll = F ₀, da der Faktor wird.

Gemäß Fig. 2 und 3 werden als zweites Verfahren am Terminal z. B. fünf Wertpaare für Zugkraft F _soll und Ballendurchmesser d eingegeben und der Mikroprozessor ermittelt nach Abarbeitung eines Approximationsverfahrens eine geschlossene Zugkraftfunktion F _soll = f (d) (Parameter F ₀ . . . F ₄, d ₀ . . . d ₄).

Mit diesem Verfahren besteht die Möglichkeit, jeden beliebigen Zugkraftverlauf, unter Beachtung von maschinenabhängigen Grenzwerten, zu realisieren.

Als weiteres Verfahren besteht die Möglichkeit, eine gewünschte Zugkraftkurve aus einem Speicher abzurufen. Die Bestimmung der Zugkraftfunktion erfolgt dabei nach der zweitgenannten Verfahrensweise. Die Wertpaare für Zugkraft und Durchmesser und somit der Zugkraftsollwertverlauf in Abhängigkeit vom Bahndurchmesser sind schon im Speicher (z. B. Bubble- bzw. Magnetblasenspeicher) hinterlegt. Je nach Größe des eingesetzten Speichers können z. B. 100 unterschiedliche Zugkraftspannungen hinterlegt werden. Zur Aktivierung braucht nur die gewünschte Kurve am Terminal ausgesucht und durch Tastendruck quittiert werden.

Der nach den unterschiedlichen Möglichkeiten beschriebene, bestimmte Zugkraftsollwert wird verglichen mit dem von einer Zugmeßstation 8 gelieferten Zugkraftistwert F _ist. Die Differenz zwischen beiden Größen bildet das Eingangssignal für einen PI-Regler 9 mit der Verstärkung V _p und einer Nachstellzeit T _N. Das auf Drehzahl normierte Ausgangssignal Δ n _Zug des PI-Reglers 9, das die Folien-Zugkraft regelt, wird wie das Drehzahlvorsteuersignal n _v und die Drehzahlgröße Δ n _Z zur Störgrößenkompensation auf einen Summationspunkt 10 geführt, der das Drehzahlsollwertsignal n _soll für die Wicklerregler 11 bildet.

Der Zugkrafteinfluß Δ n _Zug beträgt dabei max. ± 10% vom Drehzahlvorsteuersignal n _v.

Hieraus ergibt sich

n _soll = n _v ± Δ n _Zug - Δ n _z

wobei
n _soll = Drehzahlsollwert (Wickelantrieb)
n _v = Vorsteuersignal
n _Zug = Zugkrafteinfluß
n _z = Störgrößenkompensation (Rollenwechsel)
ist.

Zur Kompensation der beim Rollenwechsel auftretenden Unstetigkeiten wie "Wenden, Messerarm einschwenken etc." dient die Größe Δ n _z. Sie veranlaßt den Wickler nach einer bestimmten Funktion langsamer zu laufen, damit beim Rollenwechsel die Zugkraft an der Warenbahn nicht unzulässige Werte annehmen.

Claims

1. Einrichtung zum Regeln der Zugspannung von aufzuwickelnden, vorzugsweise bahnförmigen Materialien in Abhängigkeit vom Wickeldurchmesser,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Geschwindigkeit der zulaufenden Warenbahn und der Drehzahl des Wicklers proportionale Signale (f ₁; f ₂; f _wi) deren erste geschwindigkeitsproportionale (f ₁) von einer Meßstelle der vorgeschalteten Maschine, deren zweite geschwindigkeitsproportionale (f ₂) von einer Wickelstelle kurz vor der Wickelvorrichtung und deren Drehzahlproportionale (f _wi) von einer Meßstelle am Wicklerantrieb stammen, einem digitalen Rechner (z. B. Mikroprozessor-System) zugeführt werden, in dem durch ein entsprechendes Programm die geschwindigkeitsproportionalen zweiten Signale (f ₂) mit den drehzahlabhängigen Signalen (f _wi) zur Bildung des jeweils aktuellen Wickeldurchmessers (d) verknüpft sind und der so bestimmte Wickeldurchmesser (d) mit den geschwindigkeitsproportionalen ersten Signalen (f ₁) zur Bildung eines drehzahlproportionalen, zugkraftunabhängigen Vorsteuersignals (n _v) verknüpft sind, wobei ferner der aktuelle Wickeldurchmesser (d) sowie die von einer Eingabe abhängigen Parameter für Anfangszugkraft (F0) Hülsendurchmesser (d0) und Wickelcharakteristik (HW) oder Wertepaare für Zugkraft und Ballendurchmesser (f0 . . . Fn und d0 . . . dn) zur Bildung eines Soll-Werts (F _soll) der Wickelzugkraft in einem Rechenverfahren (7) verwendet wird, wobei ferner die Abweichung (Δ F) des Soll-Werts (F _soll) von einem in einer Zugmeßstation (8) gemessenen Zugkraft-Istwert (F _ist) einem Regler (9) aufgegeben wird, der die Abweichungen (Δ F) in mit einer Drehzahländerung korrespondierende Signale (Δ n _zug) umsetzt, wobei diese Signale (Δ n _zug) mit den zugkraftunabhängigen Vorsteuersignalen (n _v) und den Signalen (Δ n _z) zur Störgrößenkompensation verknüpft sind und die dabei gebildeten Werte (n _soll) einem Regler (11) für die Antriebsdrehzahl zugeführt werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter für Anfangszugkraft (F0), Hülsendurchmesser (d0) und Wickelcharakteristik (HW) dem Digital-Rechner (Rechenverfahren 7) in einer Eingabestation zugeführt werden.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wertepaare für die Wickelzugkraft (F0 . . . Fn) und den Wickeldurchmesser (d0 . . . dn) dem Digital- Rechner (Rechenverfahren 7) in einer Eingabestation zugeführt werden.

4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabestation ein Terminal ist.

5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß der im Digital-Rechner (z. B. Mikroprozessor- System) gebildete Zugkraftsollwert F _soll (Rechenverfahren 7) in Abhängigkeit vom aktuellen Ballendurchmesser und der an einer Eingabestation (z. B. Terminal) vorgegebenen Wertepaare für Zugkraft (F0 . . . Fn) und Ballendurchmesser (d0 . . . dn) steht, wobei die Wertepaare unter Beachtung maschinenabhängiger Grenzdaten in ihrer Wertigkeit zur Vorgabe eines beliebigen Zugkraftverlaufs beliebig eingebbar sind.

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der durch das im Digital-Rechner (z. B. Mikroprozessor- System) ablaufende Rechenverfahren (7) gebildete Zugkraft-Sollwert als Funktion vom Wickeldurchmesser nach einer von mehreren gespeicherten, auswählbaren Zugkraftkurven gebildet wird.

7. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (9), der die der zugkraftabhängigen Drehzahländerung entsprechende Signale (Δ n _zug) bildet, ein PI-Regler ist.

8. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die de zugkraftabhängigen Drehzahländerung, die der Zugkraft unabhängigen Drehzahl (n _v) und die der Störgrößenänderung entsprechenden Signale (Δ n _zug und Δ n _z) einem Addierer (10) zur Bildung von dem Sollwert der Drehzahl entsprechenden Signalen (n _soll) zugeführt werden.

9. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die der Geschwindigkeit der zulaufenden Warenbahn und der Wicklerdrehzahl proportionalen Signale (f ₁; f ₂; f _wi) von Inkrementalgebern oder Analoggebern stammen.

10. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die während der Rollenwechselphase (dynamischer Wickelvorgang) auftretenden Unstetigkeiten durch einen Rechner ermittelt und bei der Drehzahl-Sollwertvorgabe durch Δ n _z berücksichtigt werden.

11. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß für das Wickeln unelastischer Materialien das geschwindigkeitsproportionale Signal (f ₁) von einer Meßstelle der vorgeschalteten Maschine dem geschwindigkeitsproportionalen Signal (f ₂) von einer Wickelstelle kurz vor der Wickelvorrichtung gleichgesetzt wird.