CN85106484A - 变速齿轮传动电动机的控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种精磨机控制装置，按照与主电动机驱动功率相反方向来连续计算齿轮电动机所要求的输出速度，因而当主功率增加时使齿轮电动机输出速度减小，从而对主驱动功率的整个范围内，提供不同的分辨力，使其能在各种设定点的电平上，精磨机均能稳定地工作。

Description

本发明涉及到对造纸备料精加工的方法和装置，具体地说，涉及到控制盘状精磨机的变速齿轮传动电动机。

当前，对盘状精磨机功率的最佳控制最好是在各变参数的设定值与需要的主电动机功率电平这两者之间折衷。这种折衷是由于：齿轮电动机有固定的输出轴速度，而且，精磨机主电动机的功率电平越高，与圆盘位置的增量变化对应的这一功率增加也越大。正如以下要详述的那样，以典型的主电动机驱动盘状精磨机，当按照精磨机圆盘的间隙（减小间隙）标绘曲线时，表示出控制系统三种不同的响应要求，这些要求依赖于主电动机的功率电平，但由于齿轮电动机的输出旋转速度是固定的，这些要求又是不变的。这就导致一种设想，即通过改变作为主驱动功率电平的函数的齿轮电动机的脉冲频率来控制调节率。

这种想法并没有成功，因为其特性改变后，齿轮电动机在冲击电流状态下工作而提前发生故障，机械调节装置也产生过度磨损。

美国的第3309031号专利（发明人为R.F.麦克马洪等）介绍了一个系统，在此系统中，被加工材料的温度变化是通过此材料吸收的功的变化进行测量的，可将材料加工装置的控制效用调节到预定数值上。

约翰A·冈达兹在美国的第3610541号专利中介绍了一套装置，其中控制是指得到一个过程偏离设定点的函数，并向齿轮电动机送一个输出脉冲，使齿轮电动机的频率与偏离大小有关。

本发明的目的是提供一种控制方法，用此种方法可连续地计算出齿轮电动机所需要的输出速度，此速度与主驱动功率反向变化，即主驱动功率增加时，齿轮电动机的输出速度减小。因此，在主驱动功率的整个范围内，能给出各种分辨力，以便在各个设定值上，精磨机能稳定地工作。由于分辨力是可变的，齿轮电动机不再要求在冲击电流模式下工作，而是较长时间在减速下工作。

上述目的已达到，做法是使用各种运算方法，连续求解线性方程，从而表示出所要求的齿轮电动机的速度。导出所需结果的方法要采用模拟测量和模拟运算装置，下文要介绍。然而，这是求解数学方程和实现方案的仅有的一个例子。使用数字技术和微处理机来满足数学要求，上述方法可较容易地实现。本发明的实质是，按照精磨机主驱动功率数值增减的相反方向改变齿轮电动机的输出速度。基本的线性方程为

A＝〔B-（C/（D/B））〕+E

式中：

A-所求的齿轮电动机的速度;

B-代表齿轮电动机最大输出转/分的可调常数;

C-精磨机主驱动实际功率的实时测量值;

D-代表精磨机能发出的最大马力（千瓦）的可调常数;

E-代表齿轮电动机最小速度的可调常数，这个常数利用频率可改变的驱动控制器得到。

从下文的详细介绍可明显看出，本发明提供一种方法和装置，按主电动机功率电平大小的相反关系来改变安装在盘状精磨机上的调整的齿轮电动机的输出速度。结果是，盘状精磨机在搅研纸浆时，控制得到大大改善，能在各种功率电平量值上生产出不同型号和规格的纸张。因为齿轮电动机速度分辨力在主电动机可用的驱动功率范围内是可变的，可得到一组最佳的调谐参数。这样就能在主驱动功率电平的整个范围内改善过程变量（即主驱动功率）的控制。对过程变量（即主驱动功率）可控制性的改善，也就提高了精加工产品的性能。

本发明的其他目的、特征和优点，它的安排、构成和工作，可从下面详细介绍中得到充分地了解，现结合附图加以介绍：

图1是按本发明意图设置的盘状精磨机控制系统的示意图。

图2是按精磨机圆盘间隙标绘的主电动机功率的曲线图，并表示上述的控制系统的三个不同响应的要求，控制系统视主电动机功率而定，但由于齿轮电动机的输出旋转速度是固定的，该功率是不变的。

图3是本发明提供的可变的分辨力的曲线图，它表示主电动机功率与齿轮电动机的速度的关系曲线。

请看附图，图1中的10表示的是盘状精磨机系统，其中的盘状精磨机12上装有一个齿轮电动机14，用来调整圆盘的间隙。精磨机由主电动机16驱动。由齿轮电动机进行控制从而能由一些控制器件完成精磨机的工作。控制器有：精磨机控制器18，一对除法器24和30，电阻/电流变换器28，减去器32，可变频率驱动控制器34和齿轮电动机起动控制器36。

为便于理解，上述线性方程式中各符号也标在图中。

例如，精磨机控制器18输出5伏直流电压到调节电阻20，电阻被调节，使输出电流在一定范围内变化，在此例中是4-20毫安，体现了主电动机的可用功率。电阻/电流变换器28通过可变电阻26进行调整，输出电流B的范围是4-20毫安，体现了齿轮电动机的最大速度。两个电流B和D输入到除法器24。除法器24是电子式模拟除法器，它使电流D除以电流B，所得的商数体现对齿轮电动机最大速度的可用功率。

将所得电流D/B输送到除法器30，再有一个电流C体现主电动机的实际功率，电流C由连接主驱动电动机16上的功率变换器38而取得。除法器30也是电子式模拟除法器，通过它完成电流C除以电流D/B。此电流与电流B一起输入到减法器32，通过减法器后，从电阻/电流变换器28的输出中减去除法器30的输出，得得到的电流近似地体现所需要的齿轮电动机的速度，在线性方程式中用A来表示。除法器30的输出电流和减法器32的输出电流都是4～20毫安范围。

减法器32的输出电流通过常闭接头42输入到可变频率驱动控制器34的调整电路的输出端。可变频率驱动控制器于是就产生一个信号，由它体现齿轮电动机旋转速度的实际增加量或减小量，此速度符合主驱动电动机功率电平的要求。可变频率驱动控制器可调到齿轮电动机的预先规定的最小速度，在可调频率驱动控制器中提供一种方法，可使零点提高，因此，信号E自动地从减法器32中加到输出信号上。

图1所示系统中也包含报警电路40，控制一对接头42和44。这两个开关称为自动失载报警器，实际上是个简单的电子开关装置，工作状况由精磨机控制器中包含的报警监测电路来确定，为简单起见在此分别予以表示。自动失载报警器的用途是向可变频率驱动控制器的频率设定电路输入一个信号（20毫安），自动地使可变频率驱动控制器到最大速度。这与齿轮电动机起动控制器的工作程序结合起来，使齿轮电动机以“输出”“速”模式工作。于是，在报警条件存在时，对精磨机进行必要的保护。图中开关42和44表示精磨机系统是在无报警条件下的正常位置。在图中所示的位置上，减法器32的输出信号送到可变频率驱动频率控制电路上。在报警条件下，开关42断开，开关44关闭，电阻/电流变换器28的输出就加到可变频率驱动控制器34上。这就是电流B，体现齿轮电动机的最大速度，因此，在报警条件下，齿轮电动机的速度升到最大值。

正如上述，可变频率驱动控制器把齿轮电动机的最小速度加到减法器32的输出端上，再输入到齿轮电动机起动控制器36上，以所需要的齿轮电动机速度使齿轮电动机工作。齿轮电动机起动控制器36也从精磨机控制器18接收齿轮电动机的方向控制信号。

再看图2，图上画出了典型的功率46，表示的是主电动机功率相对于圆盘位置的关系。图2表示了控制系统的三种不同的响应要求X、Y、Z，而且表示出，当圆盘间隙减小时，主电动机的功率按指数律增加。

图3表示的是主电动机功率相对于齿轮电动机速度的关系，图上有三条线，曲线48表示在最大速度调节时的可调斜率，曲线50表示齿轮电动机速度，曲线52表示主驱动电动机的典型功率曲线。图3也画出了最小速度区54和最大速度区56。

考虑到图2和图3，下例介绍了一个按本发明构成并工作的系统。

例

主驱动马力＝200马力

最大可用功率＝200马力×·746＝149.2千瓦

齿轮电动机最大速度＝900转/分

齿轮电动机最小速度＝50转/分

齿轮电动机速度范围＝850转/分

固定最大速度＝850转/分

不承担负载功率＝70马力×·746＝52.2千瓦

主动动机    主电动机    齿轮电动机    齿轮电动机    齿轮电动机

实际功率    可用功率    最大速度    最小速度    速度

149.2瓩    149.2瓩    850转/分    50转/分    50转/分

139.2瓩    149.2瓩    850转/分    50转/分    106转/分

129.2瓩    149.2瓩    850转/分    50转/分    163.8转/分

119.2瓩    149.2瓩    850转/分    50转/分    220转/分

上述数字说明：当实测主动率变化时，齿轮电动机输出速度向相反方向变化。

关于图1的实际实施是通过一些数字模拟组件完成的。然而，同样的系统也可用微处理机构成，而不限于在此提到的特殊装置。

本发明的一个具体装置所使用的部件在下表中列出，表中未包括可变频率驱动控制器、精磨机控制器和齿轮电动机起动控制器。可变频率驱动控制器由几个公司负责生产，例如埃默森电气公司和阿兰布莱德雷公司。在本装置中采用了埃默森电气公司的可变频率驱动控制器。精磨机控制器和齿轮电动机起动控制器是由马萨诸塞州多尔顿的比劳特公司的比劳特琼斯分部制造的，编号分别为42-400983-G1和42-400788。其它部件为

参照号    制造厂标号

24，30    加利福尼亚州圣地亚哥的作用仪器公司的信号分

割模件AP    4420

28    加利福尼亚州圣地亚哥的作用仪器公司的放大器

/调节器模件AP    4003

32    加利福尼亚州圣地亚哥的作用仪器公司的信号差

模件AP    4408

38    俄亥俄州哥伦布的哥伦布科学公司的30，3线绕

瓦级传感器XL31K5A4

人们又注意到，精磨机控制器有在某个规定点对主驱动器实际功率进行监控的作用。当实际功率向上和向下偏离规定点时，控制器发出一个相应信号作为对齿轮电动机起动控制器36的方向控制信号，使实际功率又回到规定点上。因此，当主电动机功率增加时，就经由齿轮电动机起动控制器36向齿轮电动机进行控制，使齿轮电动机按主电动机相反方向工作，于是就得出如图3所示的可变的分辨力。

我虽然已经参照某个特定的具体装置介绍了本发明，但是，对技术熟练的人来说，在不超过本发明的精神和范围的条件下，对发明作出很多变化和改进是显而易见的。由于这些变化和改进可以合理地适当地包括在我贡献的技术范围之内，所以我认为应包括在此项受保护的专利中。

补正    85106484

文件名称    页    行    补正前    补正后

说明书    3    12    减去器32    减法器32

4    16    “速”    “快速”

5    18    主动动机    主电动机

24    主动率    主功率

我虽然    虽然

7    3    我贡献的技术范    本贡献的技术范围之内

围之内，所以我    所以应认为……

认为应……

Claims (11)

1、一种操纵盘状精磨机的方法，盘状精磨机由主驱动电动机驱动，精磨机有多个圆盘，圆盘的分离由辅助电动机控制，上述方法由下列步骤构成：

产生表示主驱动电动机所用实际功率的第一信号；

产生表示主电动机可用功率的第二信号；

产生表示辅助电动机的最大速度的第三信号；

第二信号除以第三信号，得到第一商数信号；

第一商数信号除以第一信号，得到第二商数信号；

从第三信号减去第二商数信号，得出差信号，它近似地表示辅助电动机的需要速度；

产生第四信号，它对差信号响应，将同一信号加到控制器上驱动辅助电动机。

2、按照权利要求1所述的方法，再包含下述步骤：

在产生第四信号以前，将差信号加到第五信号上，将辅助电动机的最小速度调到零以上。

3、按照权利要求1所述的方法，再包含下列步骤：

把第一信号与预定值进行比较;

当第一信号高于或低于预定信号时，产生一个与之相应的方向信号;

把方向信号加到控制器上，控制辅助电动机的旋转方向。

4、一套控制精磨机工作的装置，精磨机由主电动机驱动，精磨机有多个圆盘，圆盘的间隙由辅助发动机控制，上述的一套装置包括：

第一装置的工作可产生表示主电动机可用功率的第一信号，表示辅助电动机最大速度的第二信号以及表示第一信号和第二信号之商的第三信号;

第二装置与主电动机连接，用以产生表示主电动机实际功率的第四信号;

第三装置与上述第一和第二装置连接，对第三信号和第四信号响应，产生第五信号，用以表示第四信号与第三信号之商;

第四装置与上述第一和第三装置连接，对第二信号和第五信号响应，产生第六信号，用以表示从第二信号减去第五信号后所得之差;

第五装置连接在上述第四装置与辅助电动机之间，其工作性能是按照第六信号的量值驱动辅助电动机。

5、按照权利要求4所述的具体装置，上述第一装置包括：

第一可调电源，用以产生作为第一信号的第一电流;

第二可调电源，用以产生作为第二信号的第二电流;

连接上述第一和第二可调电源的除法器，对第一和第二电流响应，产生作为第三信号的第三电流。

6、按照权利要求5所述的具体装置，上述第二装置包括：

一个功率转换器，用以产生作为第四信号的第四电流。

7、按照权利要求6所述的具体装置，上述第三装置包括：

另一除法器与上述第一装置的除法器和上述功率转换器连接，对第三和第四电流响应，产生作为第五信号的第五电流。

8、按照权利要求7所述的具体装置，上述第四装置包括：

一个减法器连接上述第二可调电源和上述另一个除法器，对第二和第五电流响应，产生作为第六信号的第六电流。

9、按照权利要求8所述的具体装置，上述第五装置包括：

一个连接辅助电动机的辅助电动机控制器;

一个可变频率驱动控制器连接上述辅助电动机控制器和上述减法器，对第六电流响应，经由上述的辅助电动机驱动控制器驱动上述辅助电动机，其频率由上述第六电流的量值决定。

10、按照权利要求9所述的具体装置，上述第一装置还包括：

一个精磨机控制器与上述的功率变换器和上述辅助电动机控制器相连接，对在预定值上下变动的第四电流响应，产生一个与上述辅助电动机控制器对应的方向控制信号，控制上述辅助电动机的旋转方向。

11、按照权利要求9所述的具体装置，还包括：

报警装置，用于在报警条件下监控精磨机，包括有开关装置，此开关装置与上述第二调节电源、上述减法器和上述可变频率驱动控制器连接，在报警条件下，以第二电流代替第六电流，使辅助电动机在其最大速度下工作。

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