CN1784637A - 使技术系统现代化的方法以及相应的驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使技术设备、尤其是生产设备现代化的方法，以获得经济和技术的优势。其中，生产设备(80)具有至少一个带有至少一个由功率部件(5)供电的驱动电机(6)的驱动装置(1)、调节该功率部件(5)的转矩调节器(4)和预先给定该转矩调节器(4)的转矩额定值(M_soll)的转数调节器(3)。按照本发明，抑制由转数调节器(3)来预先给定转矩调节器(4)的转矩额定值(M_soll)，提供包括至少一个转数调节器(13)、转矩调节器(14)和功率部件(15)的标准驱动部件(17)，并由该标准驱动部件(17)的转数调节器(13)来预先给定驱动电机(6)的转矩调节器(4)的转矩额定值(M_soll)，由此实现上述目的。

Description

使技术系统现代化的方法以及相应的驱动装置

技术领域

本发明涉及一种按照权利要求1上位概念的使技术设备、尤其是生产设备现代化的方法，以及一种按照权利要求14的、与此相适应的驱动装置。

背景技术

很多技术设备、尤其是用于制造连续幅面货物(例如纸、纺织品、塑料薄膜、金属膜)的生产设备，具有如基于模拟技术的不合时宜的驱动技术。该过时的技术通常具有严重的缺点，因为其由于老化和外在影响而具有例如提高的易受干扰性、不充分的重复精确度以及仅有有限的诊断可能性。结果是不能令人满意的设备可用性、高废品率和高故障成本。

为了避免这些问题并提供设备的生产率，可以通过将例如用过时的模拟技术实现的驱动系统和自动化系统用现代的系统以数字技术来替代，使设备现代化。但由于可用于这样的改造的预算通常不足以进行完全的改造，因此将设备划分为若干组件部分，然后将它们逐步现代化。每个这样的组件部分，例如多电机单元与为电机供电的功率部件(例如整流器、逆变器或反相换流器)、转速调节装置以及有时上位的自动化装置都可以根据已有的预算来分开计划和现代化。

但这样的现代化总体上与高费用相关，因为通常对于在新的、现代化的以及已有的设备部分中的改造步骤来说，尤其是在已有的自动化层面，都要求进行匹配，从而使新、老设备部分可以相互交流。此外，只要还有一个老的设备部分，在该过程中就无法实现提高生产率的、现时的驱动和自动化概念。在最后步骤中的概念转换，即在改造最后的设备部分时，同样会常常由于可支配的费用而无法实现。因此，所有常规的解决方案无论是在技术上还是在经济上都不是优化的。因此很多设备的运营者宁愿忍受现有设备的缺点而放弃对整个设备的现代化。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种方法和与此相适应的驱动装置，使得可以对技术设备进行从企业经济的角度来说有利、从技术的角度来说具有优势的现代化。

按照本发明，该技术问题通过根据权利要求1的方法来解决；与此相适应的驱动装置是权利要求14的主题。具有这样的驱动装置的生产设备是权利要求17的主题。根据权利要求1的方法的优选实施方式是从属权利要求2-13的主题；根据权利要求14的驱动装置的优选实施方式是权利要求15-16的主题。

本发明基于这样的思考，代之以常规的将设备“垂直”分割成多个组件部分并对其逐步进行现代化，即例如更换完整的驱动装置以及昂贵的功率部件和电机，而在各驱动装置的转矩额定值的层面上实行“水平”的分割，就可以实现对技术设备进行企业经济上和技术上有利的现代化。这种分割的接口在一般情况下是标准接口，这在大多数情况下不会有很大的问题来用另一个新的转数调节器替代迄今的转数调节器预先给出转矩额定值。

按照本发明，该转数调节器设置在标准驱动部件中，该标准驱动部件除了转数调节器外，还具有一个转矩调节器和一个功率部件。可以在最广泛的功率级别中获得这样的标准驱动部件，并且由于它们的标准化结构可以高度模块化地低成本制造和获得。同样，现代标准驱动部件使得驱动装置能够与现代的、上一级的自动化系统建立联系，自动化系统提供如机器控制、额定值控制、技术调节等技术功能，以及具有所属的操作和监控功能(HMI，人机接口)，从而实现期望的生产率的改进和可用性等。如功率部件和电机这样的昂贵的驱动组件在此时尚未用新的组件来代替，因此可以相对低的成本来实现改造。由于标准驱动部件的价格优势，暂且不需要包含在其中的转矩调节器和功率部件并不起特别决定的作用，特别是当功率部件设置的功率级别非常小时。

因此，设备的驱动调节层面和自动化层面可以在单独的将其中所有对生产重要的部件进行更新的改造步骤中以有利的成本转换到相应于现代新的设备的技术和工艺水准。通过在转矩额定值层面上的水平分割，使得在新、旧设备部分之间不产生复杂的接口。因此，可使接口匹配的开销保持在很小，并且可以胜任现代系统的在技术上稍微复杂的功能要求，从而实现从技术的观点看很有优势的解决方案。

在对所有现有设备中的驱动装置实施该方法时，可以对整个设备设置相应的现代自动化系统，并因而可以利用现代技术的所有优点对整个设备实现新的调节和操作概念，即在技术方面不存在任何对不同概念并行运行的限制，例如利用模拟技术的自动化系统和利用现代数字技术运行的自动化系统的并行运行。

当旧技术常常以多个不同的组件以及相应的较大的备件储备为特征时，在改造后备件储备则减少到少数仍保留在保留的功率部件和电机中的部件。

根据本发明的优选实施方式，标准驱动部件的转数调节器从自动化系统获得至少一个转数额定值，并因此而结合在设备自动化装置中。此外，除了转数额定值外，标准驱动部件还可以从上一级自动化系统接收接通和断开命令，并向自动化系统反馈干扰和诊断消息。

设备的进一步现代化，特别是当标准驱动部件的功率部件对于驱动电机的性能和技术来说都不适宜时，可以通过在随后的步骤中通过其它与驱动电机的性能和技术相匹配的功率部件来替代驱动电机的功率部件，其中，该其它功率部件与标准驱动部件的转矩调节器相匹配并被其调节，以及其中，标准驱动部件的转矩调节器从该标准驱动部件的转数调节器获得转矩额定值。这样，迄今存在的(旧的)转矩调节器和功率部件就不再需要了。

在此，当该其它功率部件与标准驱动部件相匹配并在该标准驱动部件中取代该标准驱动部件的功率部件时，随后的步骤尤其可以合算的成本实施。

根据本发明的另一种实施方式，在随后的步骤中，该其它功率部件是另一个标准驱动部件的部件。以这种方式可以合算的成本来用与驱动电机的性能相匹配的现代的新的功率部件替代迄今的(老的)功率部件。

在此，可以通过将其它标准驱动部件与该标准驱动部件的转数调节器和转矩调节器相匹配、并将该转数调节器和转矩调节器从该标准驱动部件去除并集成在该其它标准驱动部件中来避免对驱动调节进行参数化的高开销。由此，可以继续使用已有的并已为调节参数化的转数调节器和转矩调节器，并在最大程度上避免了对调节的重新参数化。迄今所用的(现代)功率部件和标准驱动部件中保留的部件就不再需要了。

如果该其它标准驱动部件同样具有一个转数调节器和转矩调节器，则当将该标准驱动部件的转数调节器和转矩调节器的参数化软件装载到该其它标准驱动部件的相应组件中时，还可以避免参数化的开销。

根据本发明的另一种实施方式，在随后的步骤中，通过另一个转矩调节器取代驱动电机的转矩调节器，并通过另一个功率部件替代驱动电机的功率部件，其中，该另一个转矩调节器从该标准驱动部件的转数调节器获得转矩额定值。

附图说明

下面借助附图中的简化原理图所示的实施方式对本发明和按照从属权利要求特征的本发明的优选实施方式作进一步的解释。图中：

图1示出迄今的(旧)技术设备的驱动装置；

图2示出标准驱动部件；

图3示出具有按照图2的标准驱动部件的驱动装置；

图4示出利用标准驱动部件中设置的、其它功率部件的驱动电机供电的图3的驱动装置；

图5示出利用在另一标准驱动部件中设置的功率部件的驱动电机供电的图3的驱动装置；

图6示出利用其它通过另一转矩调节器调节的功率部件的驱动电机供电的图3的驱动装置；

图7示出多个连接在技术设备的自动化系统中的驱动装置。

具体实施方式

图1示出技术设备、例如用于造纸的生产设备的迄今的(旧)驱动装置1。驱动装置1具有驱动电机6、通过供电连接5a为电机6供电的功率部件5、通过调节连接4a调节该功率部件5的转矩调节器4和转数调节器3。转数调节器3预先给定关于电机转矩的转矩额定值Msoll。转数计数器7在电机6上采集调节所需的转数实际值n_ist，并提供给转数调节器3和功率部件5。在驱动装置1的上一级是一个(旧的)驱动自动化装置2，其为转数调节器3预先给定转数额定值n_soll。驱动装置1和上级的自动化装置2都主要是用模拟技术或过时的数字技术实现的，就是驱动电机6也是用过时的直流技术实现的，因此，对设备生产率、可用性和制造质量的要求不再能得到满足。

图2示出在本发明范围内用于在现代化中进行替代的现代的标准驱动部件17，其具有至少一个转数调节器13、一个转矩调节器14和一个功率部件15。这样的标准驱动部件可以在就功率部件的最大功率级别范围内，例如以产品名称SIMOVERT MASTERDRIVE从本发明申请人处获得。通过采用标准化的组件、尤其还有在这些组件中的标准化的转数调节器、转矩调节器和功率部件，可以合算的成本制造和获得这些组件。标准驱动部件是优选根据最新的技术水准的数字技术实现的。

为了使设备现代化，根据图3，抑制通过转数调节器3对转矩调节器4预先给定转矩额定值M_soll，并提供根据图2的标准驱动部件17。然后，通过该标准驱动部件17的转数调节器13对驱动电机6的转矩调节器4预先给定转矩额定值Msoll。由此，驱动装置1具有由功率部件5供电的驱动电机6和调节该功率部件5的转矩调节器4，其中，标准驱动部件17的转数调节器13的一个输出与驱动电机6的功率部件5的转矩调节器4的一个输入相耦合，以输入转矩额定值M_soll。标准驱动部件17的转矩调节器14和功率部件15是不需要的；因此功率部件15的输出功率可以设置得非常小。标准驱动部件17优选与自动化系统12相耦合，以输入至少一个转数额定值(M_soll)并受该自动化系统12的控制与监视。耦合优选通过总线系统、尤其是Profibus实现。

标准驱动部件17的转数调节器13从自动化系统12获得转数额定值和必要时的其它接通和断开命令。反过来，标准驱动部件17向自动化系统12反馈干扰消息和诊断数据等(未示出)。迄今所应用的(旧的)转矩调节器4、功率部件5和驱动电机6仍被继续使用。它们的现代化可在以后在没有很大开销的情况下进行。

如果要根据图3现代化对应于驱动装置1的设备的全部驱动装置，可以完全用新的现代化的自动化系统来取代设备中迄今的旧自动化系统，其中，可以将全部驱动装置连接到该新的自动化系统中。由于暂且放弃成本高的功率部件和驱动电机的现代化，并且首先通过采用低成本的标准驱动部件，能够进行低成本的设备现代化。

根据图4，在进一步现代化设备的下一步骤中，迄今的(旧的)驱动电机6的功率部件5由另一个功率部件25来替代，其中，该另一功率部件25与标准驱动部件17的转矩调节器14相匹配并由其通过调节连接14a调节。在此，该另一功率部件25与标准驱动部件17相匹配并在该标准驱动部件17中取代该标准驱动部件17的功率部件15。标准驱动部件17的功率部件15由于其输出功率设置得小于该另一功率部件25的输出功率，因此将其替换掉对成本不起很大的作用。在此，转矩调节器14从标准驱动部件17的转数调节器13获得转矩额定值M_soll。由此，迄今的(旧的)转矩调节器4和迄今的(旧的)功率部件5就不再需要了。此外，驱动电机6也可以用现代的驱动电机16、如不需很多维护的异步电机来替代，并由功率部件25通过供电导线25a供以电流。由于驱动电机和功率部件之间的紧密的协作关系，提供了对该两个组件的同时现代化。对现代化的驱动电机16的供电通过供电连接25b进行。功率部件25无论是从其输出功率来说，还是从其技术方面来说都分别与用电流供电的驱动电机6和驱动电机16相匹配。

按照图5，该另一功率部件25还可以是另一个标准驱动部件47的部件。在此，该另一个标准驱动部件47与标准驱动部件17的转数调节器13和转矩调节器14相匹配。将该转数调节器13和转矩调节器14从标准驱动部件17中去除并集成在该另一个标准驱动部件47中。迄今的具有小功率部件15的标准驱动部件17就不再需要了。在此，也可以同时用现代的驱动电机16来替代驱动电机6。

图6示出了另一种在随后的步骤中对驱动装置1的昂贵的功率部件5和/或驱动电机6进行现代化的方式。在此，在随后的步骤中，用另一个现代的转矩调节器34来取代驱动电机6的转矩调节器4，以及通过另一个现代的功率部件35来替代驱动电机的功率部件5。在此，该另一个转矩调节器34从标准驱动部件17的转数调节器13获得转矩额定值M_soll，并通过调节连接34a来调节功率部件35，功率部件35又通过供电连接35a为旧驱动电机6、或通过供电连接35b为现代化的驱动电机16供以电流。这样驱动装置1的旧转矩调节器4和旧功率部件5就不再需要了，这同样也适用于标准驱动部件17的转矩调节器14和功率部件15。功率部件35无论是从其输出功率来说，还是从其技术方面来说都分别与用电流供电的驱动电机6和驱动电机16相匹配。

尽管没有显式地示出和解释，所有上述为驱动电机供电的功率部件和预先给定转矩额定值M_soll的转数调节器的驱动装置都从一个或多个设置在驱动电机6或16上的转数计数器获得转数实际值n_ist。

借助图7可看到多个按照图3的驱动装置1在设备80的自动化系统70中的连接。设备80具有多个驱动装置1，在此仅示出了其中之一。用旧技术实现的驱动装置1的功率部件和转矩调节器置于驱动模块51中。在驱动模块51前连接了现代的标准驱动部件17，在此，未示出所属的转数调节器、转矩调节器和功率部件。驱动模块51的转矩调节器通过通信连接49从标准驱动部件17的转数调节器接收转矩额定值。此外，驱动模块51还从自动化系统70获得其它命令，如接通和断开命令。反过来，驱动模块51向标准驱动部件17通报转矩实际值和其它干扰数据。驱动模块51和标准驱动部件17都通过转数计数器(编码器)7获得驱动电机6的转数实际值n_ist。

每个标准驱动部件17都分别对应于至少一个具有一个或多个驱动电机6的驱动模块51。标准驱动部件17通过通信总线、特别是Profibus与中央自动化控制设备53连接。操作面板(HMI接口)54a-c通过另一条通信总线55与中央自动化控制设备53通信，并使得可以对设备80进行“现场(vor-Ort)”服务和观察。此外，还设置了多个从观测站遥控设备的操作员站OS，以及用于对驱动和HMI接口进行参数化的工程站ES，它们通过通信连接61、特别是工业以太网连接，并通过开关模块59相互间以及与自动化设备53通信。在服务器60a和60b中存储运行的过程的数据。出于冗余的原因将数据存储在服务器60a以及服务器60b中。

Claims (17)

1.一种用于使技术设备(80)、特别是生产设备现代化的方法，其中，该技术设备(80)具有至少一个带有至少一个由功率部件(5)供电的驱动电机(6)的驱动装置(1)、对该功率部件(5)进行调节的转矩调节器(4)和对该转矩调节器(4)预先给定转矩额定值(M_soll)的转数调节器(3)，其特征在于，

-抑制通过所述转数调节器(3)对转矩调节器(4)预先给定转矩额定值(M_soll)，

-提供标准驱动部件(17)，其包括至少一个转数调节器(13)、一个转矩调节器(14)和一个功率部件(15)，

-通过该标准驱动部件(17)的转数调节器(13)对驱动电机(6)的转矩调节器(4)预先给定转矩额定值(M_soll)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标准驱动部件(17)的转数调节器(13)从自动化系统(12)至少获得一个转数额定值(n_soll)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述标准驱动部件(17)的转数调节器(13)从驱动电机(6)的转数发生器获得转数实际值(n_ist)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在随后的步骤中，通过其它功率部件(15，35)来替代所述驱动电机(6)的功率部件(5)，其中，该其它功率部件与所述标准驱动部件(17)的转矩调节器(14)相匹配并被其调节，以及其中，所述标准驱动部件(17)的转矩调节器(14)从该标准驱动部件(17)的转数调节器(13)获得转矩额定值(M_soll)。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述其它功率部件(25)与所述标准驱动部件(17)相匹配并在该标准驱动部件(17)中取代该标准驱动部件(17)的功率部件(15)。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述其它功率部件(25)是另一个标准驱动部件(47)的部件。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述另一个标准驱动部件(47)与所述标准驱动部件(17)的转数调节器(13)和转矩调节器(14)相匹配，将该转数调节器(13)和转矩调节器(14)从所述标准驱动部件(17)中去除并集成在该另一个标准驱动部件(47)中。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述另一个标准驱动部件(47)具有一个转数调节器和一个转矩调节器，其中，将所述标准驱动部件(17)的转数调节器和转矩调节器的参数化软件加载到该另一个标准驱动部件(47)的转数调节器和转矩调节器中。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在随后的步骤中，通过另一个转矩调节器(34)取代驱动电机(6)的转矩调节器(4)，以及通过另一个功率部件(35)替代驱动电机(6)的功率部件(5)，以及其中，该另一个转矩调节器(34)从所述标准驱动部件(17)的转数调节器(13)获得转矩额定值(M_soll)。

10.根据权利要求4至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述标准驱动部件(17)的功率部件(15)就其输出功率来说小于所述其它功率部件(25，35)。

11.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，用另一个驱动电机(16)替代所述驱动电机(6)。

12.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述标准驱动部件(17，47)用数字技术来实现。

13.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述标准驱动部件(17，47)按照最新的技术来实现。

14.一种驱动装置(1)，其具有至少一个由功率部件(5)供电的驱动电机(6)、对该功率部件(5)进行调节的转矩调节器(4)和标准驱动部件(17)，该标准驱动部件(17)具有至少一个转数调节器(13)、一个转矩调节器(14)和一个功率部件(15)，其中，该标准驱动部件(17)的转数调节器(13)的一个输出与驱动电机(6)的功率部件(5)的转矩调节器(4)的一个输入相耦合，以输入转矩额定值(M_soll)。

15.根据权利要求14所述的驱动装置(1)，其特征在于，所述标准驱动部件(17)与自动化系统(12，70)相耦合，以输入至少一个转数额定值(n_soll)，并且该标准驱动部件(17)受该自动化系统(12，70)的控制与监视。

16.根据权利要求15所述的驱动装置(1)，其特征在于，所述耦合通过总线系统(52)、尤其是Profibus实现。

17.一种生产设备(80)，尤其是造纸工业和纸浆工业的生产设备，其具有至少一个如权利要求14至16中任一项所述的驱动装置(1)。

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