Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für eine Spinnereimaschine, insbesondere Ringspinnmaschine, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Bei Antriebssystemen für Spinnereimaschinen, welche für das Zuliefern oder Aufwinden, d.h. ganz allgemein für den Transport eines Fadens dienen, besteht in der Regel die Forderung nach einer Überwachung des Betriebszustands. Hierdurch soll ausgeschlossen werden, dass durch unzulässige Betriebszustände eine fehlerhafte Fadenbehandlung bzw. eine Beschädigung der Maschine erfolgt. Insbesondere muss bei Spinnereimaschinen eine Fadenbrucherkennung gewährleistet sein, um ein entsprechendes Fehlersignal zu erzeugen. Dieses kann zur Auslösung eines automatischen Fadenansetzvorgangs, für das Stillsetzen der betreffenden Arbeitsstelle nach einem Fadenbruch oder lediglich als Bedienerrufsignal dienen.
Neben einer Vielzahl von direkt den Fadenlauf erfassenden Fadenbruchdetektoren ist aus der DE 2 519 221 C2 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Fühlen von Fadenbrüchen an Spinn- oder Zwirnmaschinen bekannt, wobei in die Stromversorgungsleitungen zu jedem Motor der Einzelspindelantriebe Widerstände geschaltet sind und der an diesem auftretende Spannungsabfall von einem geeigneten Detektor erfasst wird. Da sich bei einem Fadenbruch die vom Motor des betreffenden Einzelspindelantriebs aufgenommene (Wirk-)Leistung sprungartig vermindert, ändert sich der Spannungsabfall an den Widerständen in den Stromversorgungszuleitungen entsprechend.
Nachteilig bei diesem Verfahren bzw. dieser Vorrichtung ist jedoch, dass sämtliche Antriebsmotoren der Einzelspindelantriebe von einem einzigen Drehzahlsteuergerät mit Energie versorgt werden, sodass beispielsweise ein separates gesteuertes Stillsetzen oder Hochfahren eines einzelnen Motors, beispielsweise nach einem Fadenbruch, nicht möglich ist.
Darüber hinaus werden als Antriebsmotoren für Einzelspindelantriebe in aller Regel Wechselstrommotoren, insbesondere Asynchronmotoren, verwendet, wodurch das Messen der Antriebsleistung bzw. des Spannungsabfalls an Widerständen in den Stromversorgungsleitungen wegen der induktiven Motorlast nur sehr schwer und mit erhöhtem Aufwand durchführbar ist. Insbesondere Schaltspitzen und Oberschwingungen wirken sich dabei störend aus. Schliesslich erfolgt bei dem Verfahren nach der DE 2 519 221 C2 keine direkte Erfassung der Wirkleistung, sondern lediglich eine Messung des Spannungsabfalls an den Widerständen, wodurch veränderte Wirkleistungen bei Änderung der Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom der Energieversorgung nicht erkannt werden.
Diese prinzipiellen Nachteile haften auch der in der GB 2 218 117 A beschriebenen Spinnereimaschine an.
Das erstgenannte Problem wird bei dem in der DE 4 224 755 A1 beschriebenen Steuersystem für eine Maschine, insbesondere Textilmaschine, mit einer Vielzahl gleichartiger, separat angetriebener und steuerbarer Einzelbaugruppen dadurch gelöst, dass jede Einzelbaugruppe mit einem Wechselstrom-Antriebsmotor einen separaten Wechselrichter aufweist, welcher über ein Gleichstromversorgungsnetz mit einem zentralen Gleichrichter verbunden ist. Zusätzlich ist jeder Einzelbaugruppe eine Steuereinheit zugeordnet, welche das geführte Stillsetzen bzw. Hochfahren des betreffenden Antriebs beispielsweise für den Fall übernimmt, dass ein Fadenbruch an der betreffenden Spinnstelle detektiert wird. Nach dem erneuten Hochfahren des Antriebs wird dessen Drehzahl wieder von einer zentralen Steuereinheit bestimmt.
Nachteilig bei der in der DE 4 224 755 A1 beschriebenen Ringspinnmaschine ist je doch, dass als Fadenbruchdetektor jeder Spinnstelle ein den Fadenlauf unmittelbar erfassender Sensor zugeordnet ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Antriebssystem für eine Spinnereimaschine, insbesondere Ringspinnmaschine, zu schaffen, welches mit geringem konstruktivem Aufwand die einfache und sichere Erkennung unzulässiger Betriebszustände der Maschine durch die Messung von Parametern der Energieversorgung, d.h. der Spannung und/oder des Stroms, ermöglicht.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass bei einem Antrieb, welcher einen von einem Frequenzumrichter bzw. einer Kombination aus Gleichrichter und Wechselrichter gesteuerten Motor aufweist, gegenüber bekannten Antriebssystemen eine deutliche Vereinfachung der Erkennung unzulässi-ger Betriebsweisen des Motors erreicht wird, wenn anstelle der Messung von Strom und/oder Spannung zwischen Motor und Wechselrichter der betreffende Parameter im Gleichstromkreis zwischen Wechselrichter und Gleichrichter vorgenommen wird. Der Einfluss der induktiven Motorlast auf den zu messenden Parameter, insbesondere in Form von Schaltspitzen, Oberwellen oder Phasenverschiebungen, kann hierdurch praktisch vernachlässigt werden oder wird jedenfalls drastisch reduziert.
Der bzw. die gemessenen Parameter werden einer Auswerteeinheit zugeführt, die hieraus die von dem betreffenden Wechselrichter aufgenommene Leistung bestimmt und eine unzulässige Betriebsweise des zugehörigen Motors detektiert, wenn die ermittelte Leistung und/oder die Steigung des zeitlichen Verlaufs der Leistung um einen unzulässig hohen Betrag von einem vorgegebenen Wert abweicht.
Wird nur einer der Parameter Strom oder Spannung gemessen und kann der jeweils andere Parameter annähernd als konstant vorausgesetzt werden, so ist eine Berechnung der Leistung durch die Multiplikation mit einem konstanten Wert durch die Messeinheit selbstverständlich nicht erforderlich. In diesem Fall kann der gemessene Wert des betreffenden Parameters als normierte Leistung aufgefasst werden. Der Begriff Leistung ist in solchen Fällen daher im Folgenden mit einer derart definierten normierten Leistung gleichzusetzen.
Die Antriebe für den Transport eines Fadens sind grundsätzlich zu unterscheiden in solche Antriebe, die mit einer gegenüber dem lastlosen Betrieb (ohne Faden) erhöhten Antriebsleistung eine Zugspannung im Faden erzeugen, beispielsweise Antriebe von Lieferwalzen eines Streckwerks oder Einzelspindelantriebe, und solche Antriebe die mit einer gegenüber dem lastlosen Betrieb verringerten Leistung bremsend auf den Fadentransport wirken, beispielsweise Liefergaletten von Streckspulmaschinen. Erstere Antriebe werden im Folgenden als Zugantriebe und Letztere als Bremsantriebe bezeichnet.
Eine unzulässige Betriebsweise eines Zugantriebsmotors ist beispielsweise dann anzunehmen, wenn die Antriebsleistung bzw. die vom zugehörigen Wechselrichter aufgenommene Leistung einen vorgegebenen Wert übersteigt oder unterschreitet. Im ersten Fall kann es sich beispielsweise um ein schwergängiges Motorlager und im zweiten Fall um einen Fadenbruch handeln.
In gleicher Weise wird im Fall eines Bremsantriebsmotors eine unzulässige Betriebsweise dann anzunehmen sein, wenn im Fall eines Fadenbruchs oder eines schwergängigen Motorlagers ein vorgegebener Wert in unzulässiger Weise überschritten wird. Dies gilt auch für den Fall, dass die Motoren der Bremsantriebe im rein generatorischen Betrieb laufen. Auch in diesem Fall nimmt die vom zugehörigen Wechselrichter abgegebene definitionsgemäss negative Leistung im Fall eines Fadenbruchs bzw. eines schwer gängigen Lagers zu, d.h. der negative Leistungswert wird weniger negativ oder sogar positiv.
Wird der zeitliche Verlauf der von einem einem bestimmten Antriebsmotor zugeordneten Wechselrichter aufgenommenen bzw. abgegebenen (Gleichstrom-)Leistung überwacht, so lassen sich unzulässige Betriebsweisen dann detektieren, wenn die Steigung des zeitlichen Verlaufs der Leistung um einen unzulässig hohen Wert von einem vorgegebenen Wert abweicht.
Im Fall eines Zugantriebsmotors tritt beispielsweise bei einem Fadenbruch kurzzeitig eine hohe negative Steigung, d.h. eine Reduzierung der Leistungsaufnahme, auf, da sich die Leistungsaufnahme des betreffenden Wechselrichters sprungartig reduziert.
In analoger Weise tritt bei einem Fadenbruch im Fall eines Bremsantriebsmotors eine entsprechend hohe positive Steigung, d.h. eine Erhöhung der Leistungsaufnahme, auf.
Bei Zugantrieben, welche für das Aufwinden eines Fadens auf eine Spule dienen, ist jedoch zu beachten, dass das Spulengewicht bzw. die momentane Kopsfüllung und damit die vom zugehörigen Motor zu erbringende Antriebsleistung im Laufe eines Abzugs zunimmt. Der vorgegebene Wert muss daher entweder das momentane Kopsgewicht bzw. die momentane Kopsfüllung berücksichtigen oder von vornherein so gewählt sein, dass unzulässige Abweichungen erst dann detektiert werden, wenn die für den Antrieb einer leeren Spule zu erbringende Antriebsleistung deutlich unterschritten wird.
Gleiches gilt selbstverständlich analog für Bremsantriebe, welche Spulen antreiben, von denen ein Faden abgewickelt wird, wobei mit zunehmender Zeit die Spulenfüllung und damit die Motorleistung abnimmt (bzw. noch negativer wird). Der vorgegebene Wert muss daher in diesem Fall entweder das momentane Spulengewicht bzw. die momentane Spulenfüllung berücksichtigen oder von vornherein so gewählt sein, dass unzulässige Abweichungen erst dann detektiert werden, wenn die für den Antrieb einer vollen Spule zu erbringende Antriebsleistung deutlich unterschritten wird.
Soll zur Erkennung unzulässiger Betriebsweisen die Steigung des zeitlichen Verlaufs der Leistung ausgewertet werden, so muss der vorgegebene Steigungswert ggf. dem Betrag nach grösser gewählt werden als die "normale" Steigung, die sich auf Grund eines zunehmenden oder abnehmenden Spulengewichts ergibt. Bei lediglich den Faden fördernden Antrieben ist dies selbstverständlich unnötig.
Selbstverständlich kann bei der Auswertung der von dem Wechselrichter aufgenommenen Leistung auch dessen von bestimmten Parametern abhängige Wirkungsgrad berücksichtigt werden. Im Allgemeinen, insbesondere im Fall einer Spinnereimaschine mit einer Vielzahl gleichartiger Antriebsmotoren und Wechselrichter, wird dies jedoch nicht erforderlich sein.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung findet wenigstens ein Gleichrichter Verwendung, an dessen Gleichstromversorgungsnetz für jeden Antriebsmotor ein separater Wechselrichter angeschlossen ist. Gegenüber der Verwendung von jeweils einem separaten Frequenzumrichter pro Antriebsmotor ergibt sich hierdurch ein reduzierter Schaltungsaufwand. Prinzipiell wäre jedoch auch diese Ausführungsform möglich, wobei ebenfalls in jedem Gleichstromzwischenkreis des aus einem Gleichrichter und einem Wechselrichter bestehenden Frequenzumrichters der bzw. die entsprechenden Parameter gemessen werden.
Die Messeinheit zur Erfassung des Stroms und/oder der Spannung kann im Fall mehrerer Wechselrichter auch mehreren oder allen Wechselrichtern zugeordnet sein, wobei die Messung der von diesen aufgenommenen Leistungen im Zeitmultiplex erfolgt. Hierdurch ergibt sich ein weiter reduzierter Schaltungsaufwand.
An Stelle eines konstanten vorgegebenen Wert für die Auswertung der von einem Wechselrichter aufgenommenen Leistung kann im Fall einer sich in zulässiger Weise ändernden Antriebsleistung (z.B. zunehmendes Kopsgewicht bzw. zunehmende Kopsfüllung im Verlauf eines Abzugs im Fall einer Ringspinnmaschine) auch eine entsprechende Zeitabhängigkeit für den vorgegebenen Wert vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Auswerteeinheit hierzu eine entsprechende Kennlinie oder Abhängigkeit beinhalten.
Bei der bevorzugten Ausführungsform des Antriebssystems nach der Erfindung mit mehreren Antriebsmotoren wird der vorgegebene Wert durch das arithmetische Mittel der von sämtlichen Wechselrichtern aufgenommenen Leistungen ersetzt.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
Der Vollständigkeit halber sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die nachveröffentlichte, ältere Patentanmeldung DE 4 404 243 A1 ein Verfahren und eine Einrichtung zum Betreiben einer Offenend-Rotorspinneinheit mit einzelmotorischem elektrischem Antrieb des Spinnrotors offenbart, wobei die einem an einem DC/AC-Wandler angeschlossenen Wechselstrom-Antriebsmotor zugeführte Energie überwacht wird. Der DC/AC-Wandler ist eingangsseitig mit einer nicht näher erläuterten Gleichspannungsquelle verbunden. Zwischen der Gleichspannungsquelle und dem Wandlereingang wird eine den Istwert-Verlauf der zugeführten Energie repräsentierende Grösse erfasst und der Istwert-Verlauf mit dem der jeweiligen Betriebsphase zugeordneten Sollwert-Verlauf verglichen. Bei Überschreiten von Grenzwerten der Abweichung zwischen Istwert- und Sollwert-Verlauf wird der Antrieb abgeschaltet.
Wenn auch die hierbei anhand von Vergleichsgrössen erfolgte Überwachung der zugeführten Energie als grundsätzlich gleichartig zu der patentgemässen Überwachung der Leistungsaufnahme hinsichtlich unzulässiger Betriebsweise eines zugeordneten Motors angesehen werden kann, so bestehen zumindest noch Unterschiede derart, dass patentgemäss der jeweilige Antriebsmotor für den Transport eines Fadens dient (also ohnehin eine Spinnereimaschine mit fortlaufender Aufwicklung des Erzeugnisses gemeint ist), während dies beim einzelmotorischen Antrieb eines Rotors einer Offenendspinnmaschine sowieso nicht der Fall ist, da kein fadenartiges Erzeugnis eingangs des angetriebenen Rotors vorliegt, sondern voneinander gelöste Einzelfasern zuzuführen sind.
Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockdiagramm des Antriebssystems nach der Erfindung.
In der einzigen Figur sind die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Komponenten eines Antriebssystems nach der Erfindung, wie es beispielsweise Verwendung für eine Ringspinnmaschine mit Einzelspindelantrieb finden könnte, in Form eines schematischen Blockdiagramms dargestellt.
Die Antriebsmotoren 1 von im Übrigen nicht näher dargestellten Spindeln an Arbeitsstellen einer Ringspinnmaschine sind jeweils mit dem zugehörigen Wechselrichter 3 verbunden. Jeder Wechselrichter 3 ist über Anschlussleitungen 5 mit einem Gleichstromversorgungsnetz 7 verbunden, welches von einem einzigen Gleichrichter 9 gespeist wird.
Die Ringspinnmaschine kann dabei, wie in der Figur dargestellt, einen einzigen Gleichrichter 9 mit einem zugehörigen Gleichstromversorgungsnetz 7 aufweisen. Selbstverständlich kann jedoch auch beispielsweise pro Maschinenseite oder für Gruppen von Antriebsmotoren ein von jeweils einem separaten Gleichrichter gespeistes Gleichspannungsversorgungsnetz vorhanden sein.
Der Gleichrichter 9 kann mit einem, wie in der Figur dargestellt, zweiphasigen oder aber einem dreiphasigen Wechselstromnetz mit konstanter Frequenz verbunden sein.
Jeder Wechselrichter 3 ist über eine Steuerleitung 11 und eine gemeinsame Leitung 13 mit einer zentralen Motor-Steuerung 15 verbunden. Die Motor-Steuerung 15 steuert die Wechselrichter 3 hinsichtlich der Frequenz und ggf. der Spannung der von diesen abgegebenen Wechselspannungen derart an, dass die Antriebsmotoren 1 mit der gewünschten Drehzahl laufen.
Mit den Anschlussleitungen 5 jedes Wechselrichters 3 ist jeweils eine Messeinheit 17 verbunden, welche zur Ermittlung der von dem betreffenden Wechselrichter 3 aufgenommenen (Gleich-)Leistung dient. Jede Messeinheit 17 kann hierzu mittels bekannter Messverfahren den von dem betreffenden Wechselrichter aufgenommenen Strom und/oder die an dessen Eingang anliegende Gleichspannung messen. Werden beide Parameter gemessen, so kann die Messeinheit 17 über die Beziehung P = U x I die (Gleich-)Leistung ermitteln. Wird beispielsweise nur der Strom I bestimmt, da die Spannung U vom Gleichrichter 9 als eingeprägte und damit konstante Spannung geliefert wird, so kann die Messeinheit 17 die Leistung mit dem entsprechenden konstanten Wert für die Spannung U berechnen oder aber den Messwert für den Strom I als normierte Leistung interpretieren.
Gleiches gilt selbstverständlich in analoger Weise für die Spannung U, falls der Gleichrichter 9 einen eingeprägten Strom liefert und der Eingangswiderstand der Wechselrichter 3 als konstant (und gleich) anzusehen sind.
Selbstverständlich kann vor jedem Wechselrichter 3 auch jeweils ein (nicht dargestellter) DC/DC-Wandler vorgesehen sein, der durch eine Veränderung der ausgangsseitigen Gleichspannung, welche dem jeweiligen Wechselrichter zugeführt ist, eine individuelle Steuerung oder Regelung der Drehzahl des betreffenden Antriebsmotors 1 ermöglicht. Dabei kann die Messung des oder der massgeblichen Parameter zu Ermittlung der Leistung vor oder nach dem DC/DC-Wandler erfolgen.
Die von den Messeinheiten 17 ermittelten Leistungen werden einer Auswerteeinheit 19 zugeführt, welche zunächst das arithmetische Mittel über sämtliche von den Wechselrichtern 3 aufgenommenen Leistungen bildet.
Anschliessend bestimmt die Auswerteeinheit 19 die individuellen Abweichungen der von jedem Wechselrichter aufgenommenen Leistung von dem zuvor berechneten Mittelwert.
Wird dieser Mittelwert um einen unzulässig hohen Betrag unterschritten, so wird dies von der Auswerteeinheit 19 als Fadenbruch an der betreffenden Spinnstelle gedeutet und ein Signal S ausgelöst.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass an Ringspinnmaschinen mit Einzelspindelantrieb bei einer Leistungsaufnahme der einzelnen Antriebsmotoren von beispielsweise 15 Watt bei einem Fadenbruch eine Reduzierung der Leistungsaufnahme von bis zu 4 Watt auftritt, was mit dem Antriebssystem nach der Erfindung sicher detektiert wird.
Das im Fall eines Fadenbruchs an einer bestimmten Spinnstelle erzeugte Signal S kann in bekannter Weise dazu benutzt werden, um die Spinnstelle stillzusetzen und/oder einen Luntenstopp auszulösen bzw. mittels einer geeigneten Anzeigeeinheit einen Bedienerruf auszulösen. Selbstverständlich kann anstelle der letztgenannten Massnahme auch ein automatischer Fadenansetzvorgang ausgelöst werden.
Detektiert die Auswerteeinheit 19 dagegen eine gegenüber dem Mittelwert unzulässig hohe Antriebsleistung eines bestimmten Antriebsmotors, so kann ebenfalls ein Fehlersignal erzeugt werden, da in diesem Fall auf ein fehlerhaftes Antriebssystem zu schliessen ist. Beispielsweise kann dies auf ein schwergängiges Lager hindeuten. Ein derartiges Fehlersignal wird vorzugsweise zur Auslösung eines Bedienerrufs benutzt, da eine automatische Fehlerbehebung praktisch nicht möglich ist. Allerdings kann im Fall einer unzulässig hohen Leistungsaufnahme, beispielsweise im Fall eines Wicklungskurzschlusses, ein Stillsetzen des betreffenden Antriebs erfolgen.
Gegenüber der Ausführungsform nach der einzigen Figur kann an Stelle einer einzigen zentralen Auswerteeinheit 19 auch jeder Messeinheit 17 und damit jeder Spinnstelle bzw. jeder Antriebseinheit eine separate Auswerteeinheit zugeordnet sein. Dies führt zwar zu einem erhöhten Schaltungsaufwand, jedoch kann insbesondere bei räumlich ausgedehnten Maschinen auf die Verkabelung zwischen jeder Messeinheit 17 und der zentralen Auswerteeinheit verzichtet werden.
Zur Erfassung des arithmetischen Mittelwerts bzw. zur Erfassung der von sämtlichen Wechselrichtern aufgenommenen Antriebsleistung kann dann beispielsweise eine separate, die vom Gleichrichter 9 abgegebene (Gleich-)Leistung erfassende Messeinheit vorgesehen sein. In diesem Fall ist es jedoch erforderlich, die gemessene Gesamtleistung bzw. das arithmetische Mittel jeder der separaten Auswerteeinheiten zuzuführen.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann jede der separaten Messeinheiten 17 so ausgebildet sein, dass neben der von jedem Wechselrichter aufgenommenen Leistung auch die Gesamtleistung detektiert wird. Dies bietet sich insbesondere dann an, wenn die erforderlichen Messleitungen zwischen jeder Messeinheit 17 und dem Gleichspannungsversorgungsnetz 7 nur einer relativ kurzen Länge bedürfen. Das Erfassen der vom Gleichrichter 9 abgegebenen Gesamtleistung und von dem betreffenden Wechselrichter 3 aufgenommenen Leistung kann dann von jeder einzelnen Messeinheit durch Umschalten zwischen den betreffenden Messleitungen im Multiplex erfolgen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es selbstverständlich ebenfalls möglich, anstelle separater Messeinheiten 17 pro Spinnstelle für Gruppen von Spinnstellen oder alle Spinnstelle eine einzige Messeinheit zu verwenden, welche nach einander die von jedem Wechselrichter 3 aufgenommene Leistung im Multiplex ermittelt und an eine Auswerteeinheit 19 weiterleitet.
The invention relates to a drive system for a spinning machine, in particular a ring spinning machine, with the features of the preamble of claim 1.
In drive systems for spinning machines that are used for supplying or winding, i.e. serve in general for the transport of a thread, there is usually a requirement for monitoring the operating state. This is intended to rule out the possibility of incorrect thread handling or damage to the machine due to impermissible operating conditions. In spinning machines in particular, a yarn break detection must be ensured in order to generate a corresponding error signal. This can be used to trigger an automatic thread setting process, to stop the relevant job after a thread break or simply as an operator call signal.
In addition to a large number of thread breakage detectors which directly detect the thread run, DE 2 519 221 C2 discloses a method and a device for sensing thread breaks on spinning or twisting machines, resistors being connected in the power supply lines to each motor and the one occurring on this Voltage drop is detected by a suitable detector. Since the (active) power consumed by the motor of the individual spindle drive concerned suddenly decreases in the event of a thread break, the voltage drop across the resistors in the power supply leads changes accordingly.
A disadvantage of this method or device, however, is that all the drive motors of the individual spindle drives are supplied with energy by a single speed control device, so that, for example, a separate controlled shutdown or start-up of an individual motor, for example after a thread break, is not possible.
In addition, AC motors, in particular asynchronous motors, are generally used as drive motors for single-spindle drives, as a result of which it is very difficult and expensive to measure the drive power or the voltage drop across resistors in the power supply lines because of the inductive motor load. Switching peaks and harmonics in particular have a disruptive effect. Finally, in the method according to DE 2 519 221 C2, there is no direct detection of the active power, but only a measurement of the voltage drop across the resistors, as a result of which changed active powers are not recognized when the phase shift between voltage and current of the energy supply changes.
These fundamental disadvantages also adhere to the spinning machine described in GB 2 218 117 A.
The first-mentioned problem is solved in the control system for a machine, in particular a textile machine, described in DE 4 224 755 A1 with a large number of similar, separately driven and controllable individual assemblies in that each individual assembly with an AC drive motor has a separate inverter, which via a DC power supply network is connected to a central rectifier. In addition, a control unit is assigned to each individual assembly, which takes over the controlled stopping or starting up of the relevant drive, for example in the event that a thread break is detected at the relevant spinning position. After the drive has started up again, its speed is determined again by a central control unit.
However, it is disadvantageous in the ring spinning machine described in DE 4 224 755 A1 that a thread breakage detector is assigned to each spinning station as a thread breakage sensor.
Starting from this prior art, the present invention is based on the object of creating a drive system for a spinning machine, in particular a ring spinning machine, which, with little design effort, enables simple and reliable detection of impermissible operating states of the machine by measuring parameters of the energy supply, i.e. voltage and / or current.
The invention solves this problem with the features of claim 1.
The invention is based on the finding that, in the case of a drive which has a motor controlled by a frequency converter or a combination of rectifier and inverter, a clear simplification of the detection of inadmissible operating modes of the motor is achieved compared to known drive systems if instead of the Measurement of current and / or voltage between the motor and the inverter. The relevant parameter is carried out in the DC circuit between the inverter and the rectifier. The influence of the inductive motor load on the parameter to be measured, in particular in the form of switching peaks, harmonics or phase shifts, can thereby be practically neglected or in any case is drastically reduced.
The measured parameter or parameters are fed to an evaluation unit, which uses this to determine the power consumed by the relevant inverter and detects an inadmissible mode of operation of the associated motor if the determined power and / or the increase in the time profile of the power by an impermissibly high amount of deviates from a predetermined value.
If only one of the parameters current or voltage is measured and the other parameter can be assumed to be approximately constant, it is of course not necessary to calculate the power by multiplying by a constant value by the measuring unit. In this case, the measured value of the relevant parameter can be interpreted as a standardized performance. The term performance in such cases is therefore to be equated below with a standardized performance defined in this way.
The drives for the transport of a thread are basically to be differentiated into those drives that generate a tensile stress in the thread with an increased drive power compared to the no-load operation (without thread), for example drives of delivery rollers of a drafting system or single spindle drives, and those drives with one opposite Reduced performance due to the no-load operation has a braking effect on the thread transport, for example delivery godets of stretch winder machines. The former drives are referred to below as train drives and the latter as brake drives.
An impermissible mode of operation of a traction drive motor can be assumed, for example, if the drive power or the power consumed by the associated inverter exceeds or falls below a predetermined value. In the first case it can be, for example, a stiff motor bearing and in the second case a thread break.
In the same way, in the case of a brake drive motor, an impermissible mode of operation will have to be assumed if a predetermined value is exceeded in an impermissible manner in the event of a thread break or a stiff motor bearing. This also applies in the event that the motors of the brake drives run in purely generator mode. In this case, too, the definition of negative power output by the associated inverter increases in the event of a thread break or a difficult-to-use bearing, i.e. the negative performance value becomes less negative or even positive.
If the time profile of the (direct current) power consumed or delivered by an inverter assigned to a specific drive motor is monitored, then impermissible operating modes can be detected if the gradient of the power time profile deviates by an impermissibly high value from a predetermined value.
In the case of a traction drive motor, for example, a high negative slope occurs briefly when the thread breaks, i.e. a reduction in the power consumption, since the power consumption of the relevant inverter suddenly drops.
Analogously, if the thread breaks in the case of a brake drive motor, there is a correspondingly high positive slope, i.e. an increase in power consumption.
In the case of train drives which serve to wind a thread onto a bobbin, however, it should be noted that the bobbin weight or the momentary bobbin filling and thus the drive power to be provided by the associated motor increases in the course of a draw. The specified value must therefore either take into account the current bobbin weight or the current bobbin filling or be selected from the outset in such a way that inadmissible deviations are only detected when the drive power to be used to drive an empty coil is clearly undercut.
The same naturally also applies analogously to brake drives which drive bobbins from which a thread is unwound, the bobbin filling and thus the motor output decreasing (or becoming even more negative) with increasing time. In this case, the specified value must either take into account the current spool weight or the current spool filling or be selected from the outset in such a way that inadmissible deviations are only detected when the drive power to be used to drive a full spool is clearly undercut.
If the slope of the power over time is to be evaluated in order to identify impermissible modes of operation, the predetermined slope value may have to be chosen greater than the "normal" slope which results from an increasing or decreasing coil weight. This is of course unnecessary in the case of drives which only feed the thread.
Of course, when evaluating the power consumed by the inverter, its efficiency, which is dependent on certain parameters, can also be taken into account. In general, however, particularly in the case of a spinning machine with a large number of similar drive motors and inverters, this will not be necessary.
In the preferred embodiment of the invention, at least one rectifier is used, to whose DC power supply network a separate inverter is connected for each drive motor. Compared to the use of a separate frequency converter for each drive motor, this results in a reduced circuit complexity. In principle, however, this embodiment would also be possible, the corresponding parameter or parameters also being measured in each DC link of the frequency converter consisting of a rectifier and an inverter.
In the case of several inverters, the measuring unit for detecting the current and / or the voltage can also be assigned to several or all inverters, the power consumed by them being measured in time-division multiplex. This results in a further reduced circuit outlay.
Instead of a constant predefined value for the evaluation of the power consumed by an inverter, in the case of a drive power that changes in a permissible manner (e.g. increasing bobbin weight or increasing bobbin filling in the course of a withdrawal in the case of a ring spinning machine), a corresponding time dependency for the predefined value can also be used be provided. For example, the evaluation unit can contain a corresponding characteristic curve or dependency.
In the preferred embodiment of the drive system according to the invention with a plurality of drive motors, the predetermined value is replaced by the arithmetic mean of the power consumed by all inverters.
Further embodiments of the invention result from the subclaims.
The invention is described below with reference to an embodiment shown in the drawing.
For the sake of completeness, it should be pointed out here that the subsequently published, older patent application DE 4 404 243 A1 discloses a method and a device for operating an open-end rotor spinning unit with a single-motor electrical drive of the spinning rotor, one of which is connected to a DC / AC converter connected AC drive motor is monitored. The DC / AC converter is connected on the input side to a DC voltage source, which is not explained in detail. Between the DC voltage source and the converter input, a variable representing the actual value profile of the energy supplied is recorded and the actual value profile is compared with the target value profile assigned to the respective operating phase. The drive is switched off when the limit values of the deviation between the actual value and the setpoint curve are exceeded.
Even if the monitoring of the energy supplied using comparative variables can be regarded as fundamentally similar to the patented monitoring of the power consumption with regard to the impermissible operation of an assigned motor, there are at least differences such that the respective drive motor serves for the transport of a thread (patented) a spinning machine with continuous winding of the product is meant anyway), while this is not the case with the single-motor drive of a rotor of an open-end spinning machine anyway, since there is no thread-like product at the entrance of the driven rotor, but individual fibers that are detached from each other are to be fed.
The single figure shows a schematic block diagram of the drive system according to the invention.
In the single figure, the components of a drive system according to the invention which are essential for understanding the invention, as could be used for example for a ring spinning machine with a single spindle drive, are shown in the form of a schematic block diagram.
The drive motors 1 of spindles (not shown in more detail) at workplaces of a ring spinning machine are each connected to the associated inverter 3. Each inverter 3 is connected via connecting lines 5 to a direct current supply network 7, which is fed by a single rectifier 9.
As shown in the figure, the ring spinning machine can have a single rectifier 9 with an associated direct current supply network 7. Of course, however, a DC voltage supply network fed by a separate rectifier can also be present, for example, for each machine side or for groups of drive motors.
The rectifier 9 can be connected to a two-phase or a three-phase AC network with a constant frequency, as shown in the figure.
Each inverter 3 is connected to a central motor controller 15 via a control line 11 and a common line 13. The motor controller 15 controls the inverters 3 with regard to the frequency and, if appropriate, the voltage of the alternating voltages they emit, in such a way that the drive motors 1 run at the desired speed.
A measuring unit 17 is connected to the connecting lines 5 of each inverter 3 and is used to determine the (direct) power consumed by the relevant inverter 3. For this purpose, each measuring unit 17 can measure the current consumed by the relevant inverter and / or the DC voltage applied to its input by means of known measuring methods. If both parameters are measured, the measuring unit 17 can determine the (direct) power using the relationship P = U x I. If, for example, only the current I is determined, since the voltage U is supplied by the rectifier 9 as an impressed and thus constant voltage, the measuring unit 17 can calculate the power with the corresponding constant value for the voltage U or the measured value for the current I as interpret standardized performance.
The same naturally applies in an analogous manner to the voltage U if the rectifier 9 supplies an impressed current and the input resistance of the inverters 3 is to be regarded as constant (and the same).
Of course, a DC / DC converter (not shown) can also be provided in front of each inverter 3, which enables individual control or regulation of the speed of the drive motor 1 in question by changing the output-side DC voltage that is supplied to the respective inverter. The relevant parameter or parameters for determining the power can be measured before or after the DC / DC converter.
The powers determined by the measuring units 17 are fed to an evaluation unit 19, which first forms the arithmetic mean over all powers taken up by the inverters 3.
The evaluation unit 19 then determines the individual deviations of the power consumed by each inverter from the previously calculated mean value.
If this mean value is undershot by an impermissibly high amount, this is interpreted by the evaluation unit 19 as a thread break at the relevant spinning position and a signal S is triggered.
In practice, it has been shown that in ring spinning machines with a single spindle drive, with a power consumption of the individual drive motors of, for example, 15 watts in the event of a thread break, a reduction in the power consumption of up to 4 watts occurs, which is reliably detected with the drive system according to the invention.
The signal S generated in the event of a thread break at a specific spinning station can be used in a known manner to stop the spinning station and / or to trigger a sliver stop or to trigger an operator call by means of a suitable display unit. Of course, an automatic thread application process can also be triggered instead of the last-mentioned measure.
On the other hand, if the evaluation unit 19 detects a drive power of a particular drive motor that is impermissibly high compared to the mean value, an error signal can also be generated, since in this case a faulty drive system can be concluded. For example, this may indicate a tight bearing. Such an error signal is preferably used to trigger an operator call, since automatic error correction is practically impossible. However, in the event of an impermissibly high power consumption, for example in the event of a winding short circuit, the drive in question can be stopped.
Compared to the embodiment according to the single figure, instead of a single central evaluation unit 19, each measurement unit 17 and thus each spinning station or drive unit can also be assigned a separate evaluation unit. Although this leads to an increased circuit complexity, cabling between each measuring unit 17 and the central evaluation unit can be dispensed with, in particular in the case of machines which are spatially extended.
A separate measuring unit which detects the (direct) power output by the rectifier 9 can then be provided, for example, for acquiring the arithmetic mean or for acquiring the drive power consumed by all inverters. In this case, however, it is necessary to supply the measured total power or the arithmetic mean to each of the separate evaluation units.
In another embodiment of the invention, each of the separate measuring units 17 can be designed such that in addition to the power consumed by each inverter, the total power is also detected. This is particularly useful when the required measuring lines between each measuring unit 17 and the DC voltage supply network 7 only require a relatively short length. The detection of the total power output by the rectifier 9 and the power consumed by the relevant inverter 3 can then be carried out by each individual measuring unit by switching between the relevant measuring lines in the multiplex.
In a further embodiment of the invention it is of course also possible to use a single measuring unit instead of separate measuring units 17 for each spinning station for groups of spinning stations or all spinning stations, which unit successively determines the power consumed by each inverter 3 in the multiplex and forwards it to an evaluation unit 19 .