CN101606313B - 用于控制电驱动器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于控制对造纸机中的剪切机的卷轴进行驱动的电驱动器的方法。在该方法中至少控制剪切机的速度和加速度/减速度。根据本发明在该方法中限定电驱动器的限制值，监视影响电驱动器的至少两个或者更多参数的值，基于至少两个参数来限定加速度/减速度的参考值，并且控制电驱动器，使得加速度/减速度对应于最高可能参考值，其中基于任何参数所限定的加速度/减速度的参考值以及电驱动器的限制值没有超过最高可能参考值。

Description

用于控制电驱动器的方法
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的用于控制对成品加工机的鼓如剪切机、复卷机和复绕机中的鼓进行驱动的电驱动器的方法。本发明也涉及根据权利要求7的前序部分所述的用于控制电驱动器的方法。
背景技术
在造纸时，由造纸机制成并且具有造纸机宽度的称为鼓形卷筒的整机卷筒由剪切机切割成具有所需宽度和长度或者直径的客户卷筒。整机卷筒具有以造纸机的尺度设定为准的宽度和直径。在剪切期间整机卷筒被退绕，剪切成具有所需宽度的幅材，并且这些幅材卷绕在具有所述长度和宽度的客户卷筒上。成品整机卷筒一般由频率转换器驱动器或者由其它可控设备控制，其中控制频率转换器的驱动器电动机根据给定的控制参数来控制电动机的旋转速度，从而完成的客户卷筒满足终端用户的需求，或者与它们的外部总尺度和它们的内部结构有关地进行升级。
通常，定制卷筒由剪切机卷绕，并且定制卷筒的宽度和长度根据订单而变化。造纸业的特征在于制造过程是连续的，并且在不中断过程或者减缓过程的情况下不可能为未完工产品建立大量中间存储。过程和生产链的最慢部分因此确定总生产速度和工厂生产能力。
剪切从生产效率和平稳性的观点来看是一个至关重要的因素，并且已经对其计划和实施给予关注。力图减少成品卷筒的周转时间并且力图提高生产效率。早先例如如下已知控制方法，其中尽可能准确地控制卷筒停止以便实现幅材的所需长度或者卷筒的所需直径。根据早先已知的通用原理，根据预先计算的最坏情形来选择加速度和减速度而不依赖于临时参数。
就常规造纸机驱动器而言，使用造纸机的尺度设定值作为限定的控制变量。因此，基于造纸机的设计值来限定卷轴的最高可允许速度或者加速度，其中限定因素是必须能够实现、但是决不被超过的所需功率。
发明内容
本发明的目的在于建立一种对剪切机及其电驱动器的新型控制，从而剪切机的效率增加并且剪切更好地对应于造纸过程的增加速度。这是通过根据权利要求1和7的特征部分所述的特征来实现的。在从属权利要求中限定其它有利实现方式。
在根据本发明的方法中限定用于电驱动器的限制值，监视影响电驱动器的至少两个或者更多参数值，基于至少两个参数来限定加速度/减速度的参考值，并且控制电驱动器，使得加速度/减速度对应于最高可能参考值，其中基于任何参数所限定的加速度/减速度的参考值以及针对电驱动器所限定的限制值没有被最高可能参考值超过。
根据本发明的一种替代方式，在成品加工机的主导负载或者驱动情形中限定加速度/减速度的最大参考值，其中在特征量的设计值的限制内在主导性的负载或驱动情形中针对成品加工机的部件的至少两个特征量来限定最大值，限定与特征量的这些最大值对应的加速度/减速度的参考值，从加速度/减速度的与最大值对应的限定参考值的组之中选择关键值来作为加速度/减速度的最大参考值，并且按照选择的最大参考值来控制成品加工机的卷轴。
当使用根据本发明的剪切机的控制方法时，剪切机的总能力显著地增加。通过增加开始和终止加速度，一个客户卷筒的制造时间减少(增加)数个百分点。剪切是造纸的关键因素之一，已经实现的时间节省和加速将影响整个造纸过程及其生产率。在最大限度的情况中甚至有可能可以避免购置另一剪切机。有利地设定电驱动器的尺度，从而可以掌控最坏可能驱动情形，但是没有由于任何单个控制变量而增加整个电驱动器的尺度设定。
根据本发明的一个有利实施方式，电驱动器在各瞬间由限制性能的参数控制。当根据主导性的境况逐个情况地限定控制参数时利用剪切机的最大可能的能力。
根据本发明的一个实施方式，电驱动器的限制值是使用目标的最大转矩和最大功率以及系统的最大功率。
根据本发明的一个有利特征，参数是以下参数中的一个或者多个参数：纸密度、幅材速度、幅材张紧度、卷绕机直径、退绕机直径、幅材宽度、纸厚度、系统惯性质量、摩擦损耗、输入电压、电损耗、效率、输入设备类型、卷轴组之间负载分布、系统部件超载能力、系统布线、电源变压器、组成结构限制或者工艺限制。
根据本发明的一个有利特征，至少部分地基于不同参数来限定加速度参考值和减速度参考值。
根据又一实施方式，在加速期间限定加速度参考值，而在减速期间限定减速度参考值。
根据又一实施方式，持续地更新加速度/减速度的参考值，并且按照最新参考值来控制电驱动器。另外在驱动期间持续地限定特征量的最大值。另外在一个驱动期间在不同驱动境况中使用不同特征量。
附图说明
将参照以下附图借助某些实施方式来具体地描述本发明，其中：
-图1是根据本发明的一个驱动器的示意图，
-图2图示了根据本发明的方法的流程图，
-图3是根据本发明的一个驱动器的示意图，
-图4图示了根据图3的控制流程的示意图，
-图5图示了一种常规驱动器作为时间的函数的速度，以及
-图6图示了根据本发明的驱动器作为时间的函数的速度。
具体实施方式
图1示意地图示了其中可以应用根据本发明的方法的电驱动器2。在驱动器中，剪切机的卷轴由电动机4旋转，该电动机由频率转换器6控制。剪切机通常包括数个卷轴、旋转卷轴的电动机，其中电动机耦合到共同线驱动器。剪切机的测量和控制设备给予纸密度数据、幅材速度数据、幅材张紧度数据以及纸卷筒直径和摩擦力数据，比如本领域中公知的退绕机和卷绕机(on-reeler)。此数据转发到频率转换器中的控制单元8的输入端10。有利地实时进行测量。因此，可以用没有超过根据电驱动器的尺度设定而限定的转矩限制这样的方式在各驱动情形中基于测量来限定最高允许加速度或者减速度、即加速度和减速度的参考值。
在图2中将根据本发明的控制方法的原理描述为流程图。在块20中基于造纸机的尺度设定数据来限定驱动器决不超过的电驱动器转矩限制。根据纸幅的测量数据来读取或者限定对电机的控制有影响的参数的值(块22)。在加速和减速阶段期间，重要性包括对电驱动器的转矩有影响的因素，比如纸幅张紧度、纸卷筒直径的瞬时值和纸密度数据。在检查和控制时段开始时也测量卷筒速度以及目标速度。此外还限定电动机和频率转换器的临时过载的持续时间和过载循环。以没有超过可允许最大值这样的方式按照更新的数据来生成电动机的加速命令(块24)。由于同时有影响控制的数个因素，所以也考虑哪个因素是关键的，并且如随后将具体描述的那样选择根据关键因素来限定的值作为加速命令。频率转换器根据所选命令来控制电动机(块26)。持续地重复控制循环直至卷绕序列已经完成。
尽管对控制数据的更新在图2的例子中持续地出现，但是应当理解根据本发明可以例如在一个加速序列期间使用一个从零速度到全速度的加速命令以及对应地在一个减速序列期间使用一个从全速度到零速度的加速命令。
图3在原理上图示了利用根据本发明的解决方案的造纸机的一种成品加工机。应当注意在图1中仅描述在本发明中利用其特征值和/或控制其加速度/减速度的主要部件。因而没有示出以已知方式属于成品加工机的部分，例如缠绕机、幅材接合设备或者相应设备。装置所需电力从主电源经由三相线缆31馈送到电源单元30。电源电压由电源单元的电源整流器整流，并且整流的电压被引向线驱动器的直流母线32。数个频率转换器34耦合到直流母线。频率转换器控制经由线缆35向交流电动机36供应的电压的频率以便根据电动机的负载来控制旋转速度和转矩。成品加工机的卷轴(即退绕机的卷轴38和卷绕机的卷轴40)机械地耦合到电动机36的轴37。在退绕机的卷轴上有在造纸机中制成的整机卷筒，并且纸幅39由卷绕机40卷绕成客户卷筒41。如虚线44表现的那样，控制系统42控制成品加工机的电部件，比如电源单元30、频率转换器和电动机。根据公知技术，控制系统确定加速度、尽可能作为驱动目标的目标速度和当开始在卷绕机的卷轴上驱动新卷筒时的减速度。控制系统在为成品加工机限定预先限定的如下设计值时使用加速和速度命令，这些设计值已经是要求最高的情形的基础。这样已经保证在任何场合中没有超过任何部件如电动机、频率转换器或者电源整流器的允许应力。
在图4中将一个实施例图示为示意图，该实施例实施根据本发明的解决方案。在成品加工机的控制单元中建立用于卷轴的加速度和减速度的参考值，其中按照这些参考值来旋转卷轴。在块60中根据驱动器、即根据电动机和频率转换器的设计、效率和负载容量来计算加速度和减速度的参考值。块60的输入值是对驱动器的操作有影响的参数。在图4的实施例中，块62和64是这些种类的参数。此外，作为输入有来自驱动器自身的设计的限制值66。块60的输出给予在块68和70中示出的加速度和减速度的参考值。同时在块72中计算系统设计所允许的最大加速度和减速度。基于参数74和参数76的瞬时值来计算加速和减速度的参考值。按照系统的设计限制值(块78)，如上所述分别限制参考值，并且块的输出给出块80和82中的加速度和减速命令作为系统设计和参数值的结果。成品加工机的组成结构如卷轴和轴承的结构另外限定了在计算用于加速度(块86)和用于减速度(块88)的第三参考值时利用的限制值(块84)。所有三个加速命令和减速命令因此分别是如果无需考虑另外两个因素的影响则驱动器、系统或者组成结构可以自行运行的参考值。
在块90中组合驱动器、系统和组成结构的加速命令，从而其瞬时值最低的命令在各瞬间有效。块90的输出因此是其瞬时值与加速命令68、80和86的最小瞬时值对应的加速命令曲线(块92)。对应地，减速命令曲线的瞬时值是减速命令70、72和88中的最低减速命令。
当使用常规控制来卷绕卷轴时，首先按照加速斜度将卷轴加速至恒定速度，按照恒定速度来驱动卷轴，并且按照减速斜度将卷轴减速至停止。图5描述了在一个驱动循环期间的速度变化原理。按照从t0到t1的线50所示斜度将卷轴加速至额定速度VN。基于设计值来预先限定斜度的斜率或者加速度，使得对于任何部件均未超过最大允许值。对于时间t1到t2，驱动速度恒定，按照线52所示减速斜度在瞬间t2开始最终减速，其中卷绕在达到客户卷筒的所需直径时终止于瞬间t3。加速和减速斜度自然地以尽可能被陡峭地控制为目标，从而恒定速度的时段将尽可能久并且总时间尽可能短。如果提高成品加工机的设计值，增加比如电源变压器的尺寸、频率转换器或者电动机的负载容量，则可以使加速和减速斜度更陡峭，其中恒定速度的驱动可以延续更久。驱动循环的缩短要求尺度设定的明显增加。
为了图示以上描述，在图6中将加速命令绘制到相同曲线集中。因而，按照分段线54进行开始加速直到瞬间t4。此后恒定速度驱动延续至瞬间t5。在从t5到t6的时段期间按照分段线56进行减速。在图中虚线图示了图5的曲线。
上文已经借助某些实施例描述了本发明。然而，本发明的实施方式可以在所附权利要求书的限制内变化。

Claims (10)

1.一种用于控制对成品加工机的卷轴进行驱动的电驱动器的方法，通过所述方法来至少控制剪切机的速度和加速度/减速度，并且所述电驱动器至少包括电动机和控制所述电动机的转换器，其特征在于在所述方法中限定所述电驱动器的限制值，监视影响所述电驱动器的至少两个或者更多参数的值，基于至少两个参数来限定所述加速度/减速度的参考值，并且控制所述电驱动器，使得所述加速度/减速度对应于最高可能参考值，其中基于任何参数所限定的所述加速度/减速度的参考值以及所述电驱动器的限制值没有被最高可能参考值超过。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电驱动器的限制值是驱动点的最大转矩和系统的最大功率。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参数是以下参数中的一个或者多个参数：纸密度、幅材速度、幅材张紧度、卷绕机直径、退绕机直径、幅材宽度、纸厚度、系统惯性质量、摩擦损耗、输入电压、电损耗、效率、输入设备类型、卷轴组之间负载分布、系统部件超载能力、系统布线、电源变压器、组成结构限制或者工艺限制。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，至少部分地基于不同参数来限定所述加速度的述参考值和所述减速度的参考值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在加速时限定所述加速度的参考值而在减速时限定所述减速度的参考值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，持续地更新所述加速度/减速度的参考值，并且按照最新参考值来控制所述电驱动器。
7.一种用于控制电驱动器的方法，通过所述电驱动器驱动造纸机中的成品加工机的卷轴以加速或者减速所述卷轴，所述成品加工机包括多个部件，所述部件至少包括旋转所述卷轴的电动机、控制所述电动机的转换器、向所述转换器供电的主电源和将在所述卷轴上缠绕的纸，通过所述方法来限定加速度/减速度的参考值，其特征在于在所述方法中在所述成品加工机的主导性的负载和驱动情形中限定所述加速度/减速度的最大参考值，其中在设计值所允许的限制内在主导性的负载和驱动情形中针对所述成品加工机的部件的至少两个特征量来限定最大值，限定与所述特征量的最大值对应的所述加速度/减速度的参考值，从与所述限定的最大值对应的所述加速度/减速度的参考值的组之中，选择关键值，以作为所述加速度/减速度的最大参考值，并且按照所述选择的最大参考值来控制所述成品加工机的卷轴。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述驱动期间持续地限定与所述特征量对应的最大值。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述特征量是以下特征量中的两个或者更多特征量：纸密度、幅材速度、幅材张紧度、卷绕机直径、退绕机直径、幅材宽度、纸厚度、系统惯性质量、摩擦损耗、输入电压、电损耗、效率、输入设备类型、卷轴组之间负载分布、系统部件超载能力、系统布线、电源变压器、组成结构限制或者工艺限制。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在一个驱动期间在不同驱动情形中使用不同特征量。
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