DE1032372B

DE1032372B - Verfahren zur selbsttaetigen Steuerung der elektromotorischen Antriebe von Zerteilanlagen fuer durchlaufendes Gut

Info

Publication number: DE1032372B
Application number: DEL26733A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Gerhard Schliephake; Heinz Weinbarg
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1957-01-28
Filing date: 1957-01-28
Publication date: 1958-06-19
Also published as: BE564069A; LU35736A1; NL102758C

Description

Verfahren zur selbsttätigen Steuerung der elektromotorischen Antriebe von Zerteilanlagen für durchlaufendes Gut Bei der Herstellung von Walzgut aller Art, beispielsweise aus Stahl oder Metall, sowie von Kartonagen oder Kunststoffen mittels durchlaufender Maschinen ist es meist notwendig, das austretende Material in transportfähige Stücke möglichst gleichbleibender Länge zu zerteilen.
Dies kann durch Scheren oder Sägen erfolgen, die ortsfest sind oder aber eine geringe Strecke parallel zum austretenden Schnittgut bewegt werden können. In allen Fällen müssen im Zeitpunkt des Schnittvorganges folgende Bedingungen erfüllt sein: 1. Das Schnittgut hat unter der Schere die gewünschte einstellbare Strecke zurückgelegt.
2. Das Schermesser oder Sägeblatt bewegt sich mit gleicher Geschwindigkeit (z. B. Rohrsäge) oder mit höherer Geschwindigkeit (z. B. Bandschere) gegenüber dem Schnittgut, um Stauchen des stetig nachlaufenden Gutes zu vermeiden.
Es sind Lösungen dieser Aufgabe mit Hilfe elektrischer Ausrüstungen bekannt, bei denen Zeitglieder den Schnitt steuern und vorausgesetzt wird, daß in gleichen Zeiträumen gleiche Schnittgutlängen von der Produktionsanlage geliefert werden. Diese Zeitglieder müssen nach einer Tabelle, @ entsprechend der Geschwindigkeit des Schnittgutes, unter Berücksichtigung der Anlaufzeit der Schere oder Säge für jedes Programm von Hand eingestellt werden. Die Methode versagt, wenn sich die Geschwindigkeit des Schnittgutes während des Programms ändert.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Zeitglieder durch eine Anordnung zu ersetzen, die die Bewegung der Zerteilanlage lediglich von der Geschwindigkeit des Schnittgutes und der gewünschten, stetig wählbaren Schnittlänge abhängig macht. Die Geschwindigkeit kann in bekannter Weise durch Tachometerdynamo gemessen und direkt der Steuereinrichtung zugeführt werden, so daß als einziger Bedienungsvorgang die Einstellung der Schnittlänge notwendig ist.
Zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung seien die rechnerischen Grundlagen zur Lösung der Aufgabe am Beispiel einer rotierenden Schere eines Walzwerkes abgeleitet. Die Rechnung bezieht sich insbesondere auf zu jedem Schnitt anlaufende Kühlbett- oder Schopfscheren, die nach jedem Schnitt wieder stillgesetzt werden. Jedoch wird man bei einer anderen Scheren- oder Sägenkonstruktion ein ähnliches Ergebnis mit lediglich anderen Konstanten erhalten.
Es werden die folgenden Bezeichnungen benutzt:

ss = Weg des Schnittgutes von Meßort

bis Schnittort,

Ssch = Weg des Schermessers von der Null-

lage 0 bis zum Schnittort,

tv = Beschleunigungszeit der Schere,

Zur Erläuterung wird auf die Fig. 1 verwiesen. Aus den beiden Walzen 1 des letzten Gerüstes einer kontinuierlichen Walzenstraße tritt nicht dargestelltes Walzgut mit der Geschwindigkeit vw aus und wird durch Transportrollen 2 zu einer rotierenden Schere mit den Messerhaltern 3 und den Schermessern 4 geführt. Zwischen Gleichstromantriebsmotor 6 und der Schere ist ein Getriebe 5 angeordnet, jedoch sind konstruktive und elektrische Lösungen bekannt, bei denen auf dieses Getriebe verzichtet wird. Der Gleichstrom-Nebenschlußmotor 6 wird von einem Stromrichter oder Leonardsatz 7 gespeist, wobei die Energielieferung vom Drehstromnetz 8 erfolgt. Beim Bremsen ist eine Rückspeisung in das Drehstromnetz möglich. Der Zusammenhang der nachstehend aufgestellten Gleichungen ist weitgehend aus der Fig. 2 zu ersehen, in der Wege s als Funktionen der Zeit t dargestellt sind. Die Gerade (strichpunktiert gezeichnet) gibt den Weg des Schnittgutes und die annähernd quadratische Funktion den Weg der Schere bzw. der Schermesser über der Zeit an. Am Meßort erfolgt für t = 0 die eigentliche Kommandogabe (A). Nach einer definierten Zeit erfolgt im Zeitpunkt B das Startkommando für die Schere, so daß im Zeitpunkt C die Schere das Wälzgut teilt.
Wesentlich für die erfindungsgemäßen Gleichungen ist, daß alle Zeiten durch Geschwindigkeiten oder Wege ausgedrückt sind. Die Zeit zwischen den Punkten B und C setzt sich aus einer Totzeit tT, einer Zeit t5, in der die Schere beschleunigt wird, und einer Zeit t2, zusammen, wobei in letzterer die Schere mit konstanter Geschwindigkeit läuft. Für die Laufzeit des Schermessers gilt demnach tSoh = t5 -I- t" (a) Der Weg, den das Schermesser von der Nullage bis zum Schnittpunkt innerhalb der Zeit tseh zurückzulegen hat, sei konstant und durch die Konstruktion der Schere gegeben: (d) nach t,, umgeformt: Mit (a), (c) und (e) Unter Einführung des angenommenen Verhältnisses a von Messergeschwindigkeit zu Schnittgeschwindigkeit: Um diese Zeit als Funktion der Geschwindigkeit des Schnittgutes auszudrücken, wird folgende Beziehung für den Weg des Schnittgutes zwischen zwei definierten Zeiten benutzt f vw # dt = sw (h) Für die Zeit ts,h kann die Geschwindigkeit vw als konstant angesehen werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn ts,h erheblich kleiner als die Zeit zwischen den Punkten A und C ist und der Scherenantriebsmotor mit maximal zulässigem Ankerstrom beschleunigt wird. Lediglich der Übersicht halber ist in Fig. 2 die Zeit tsch relativ groß dargestellt worden.
Es gilt dann und mit (g) Zur Berücksichtigung der stets vorhandenen praktisch konstanten Totzeiten setzt man Wie auch aus der Fig. 2 zu ersehen ist, ergibt sich der Weg, den das Schnittgut zwischen dem Startkommando im Zeitpunkt A und dem Anlaufkommando im Zeitpunkt B zurückgelegt haben muß, zu s -s -s -s (n) sowie mit (k) und (m) zu Diese quadratische Gleichung kann nun durch Vereinfachung der Koeffizienten wie folgt geschrieben werden: SK - SS Cl + CZ'vw + CS'vw (P) Der Weg des Schnittgutes, der dem Weg sK entspricht; kann mit Gleichung (h) durch Integration der Schnittgeschwindigkeit über der Zeit gewonnen werden. Eine Grenze der Integration stellt die Zeit t = 0 in A dar, wo die eigentliche Kommandogabe erfolgt. Das Kommando kann durch einen Annäherungs- oder Ausstoßschalter, z. B. auf mechanischer, optischer, akustischer, induktiver oder kapazitiver Basis, bewirkt werden. Es ist jedoch auch möglich, den vorderen Schopfschnitt von der zeitlichen Änderung der Stromaufnahme des Antriebsmotors der Walzen 1 abhängig zu machen und die Kommandos für weitere Schnitte von einem Kontakt eines mit der Schere gekuppelten Kopierwerkskontaktes zu geben.
Die zeitliche Integration kann beispielsweise derart erfolgen, daß ein Kondensator mit einem konstanten, aber der Walzgeschwindigkeit proportionalen Strom geladen wird, wobei die sich am Kondensator ergebende Spannung ein Maß für den Weg des Walzgutes ist.
Wie nun aus dem Ausführungsbeispiel Fig.l zu ersehen ist, wird erfindungsgemäß der Anlauf des Scherenantriebes mit Hilfe eines Vergleiches zweier vorzugsweise elektrischer Größen gesteuert. Es ist jedoch auch möglich; beispielsweise hydraulische oder pneumatische Meßgrößen zu verwenden. Zu dem Zwecke des Vergleiches wird die eine Größe als Integral der Schnittgutgeschwindigkeit über der Zeit und die andere Größe als laufend gebildete Lösung einer quadratischen Gleichung unter Berücksichtigung der zweckmäßig mittels eines Einstellpotentiometers vorgewählten Schnittlänge und der veränderlichen Schnittgutgeschwindigkeit gebildet, wobei die Gleichheit beider Größen oder ein bestimmtes Verhältnis derselben zweckmäßig über ein Schaltglied den Anlaufzeitpunkt bestimmt. Bei der weiteren Ausbildung der Erfindung wird erstrebt, daß die angenommenen Konstanten auch tatsächlich konstant sind. So wird zur Vermeidung eines Schnittfehlers eine vom Ausgangslagenfehler abhängige Größe in den Größenvergleich zur Bestimmung des Anlaufzeitpunktes eingeführt. Der Schnittfehler würde sich durch ein ungenaues Einlaufen der Zerteileinrichtung in ihre Ausgangslage, d. h. in die Nullage, die vor jedem Schnitt eingenommen werden sollte, ergeben.
Durch die vorstehend beschriebene Korrektur ist es möglich, den für eine Lageregelung der Ausgangsstellung der Zerteileinrichtung erforderlichen Aufwand gering zu halten. Weiterhin ist der zweckmäßig einjustierbare Beschleunigungswert b, beispielsweise durch ein integrierendes Zwischenglied oder durch Stromgrenzwertregelung, konstant zu halten.
In dem Ausführungsbeispiel wird eine Spannung u1 entsprechend dem Integral der Schnittgutgeschwindigkeit über der Zeit einer zweiten Spannung u2 entsprechend sK in Gleichung (p) entgegengeschaltet. Die Geschwindigkeit wird mit Hilfe der Tachometermaschine 10 ermittelt. Die Integration in dem Gerät 19 wird nach Kommandogabe durch eine nicht dargestellte Lichtschranke oder einen Kopierwerkskontakt an der Schere, wie vorstehend beschrieben, durch den Kontakt 20 eingeleitet.
Sobald durch Überwiegen von u1 die Summe beider Spannungen positiv wird, gibt der Verstärker 21 mit zugehörigem Schaltkontakt 22 dem Regler des Stromrichters 7 und damit dem Scherenantrieb den Geschwindigkeitssollwert a # v, vor, wodurch die Schere auf diese Geschwindigkeit hochläuft. Die notwendige konstante Beschleunigung kann in bekannter Weise erreicht werden durch Begrenzung des Ankerstromes der Antriebsmaschine auf konstanten Wert (bei konstanter Felderregung) oder durch Verwendung eines integrierenden Zwischengliedes 23, deren Ausgangsspannung mit konstanter Anstiegsgeschwindigkeit die von der Tachometermaschine 10 erzeugte Spannung erreicht. Die Beschleunigung wird beendet, sobald die Spannung der Istwert-Tachometermaschine 9 in etwa gleich der Spannung der Sollwertmaschine 10 ist.
Die Komponenten von u2 entsprechend Gleichung (p) können wie folgt erhalten werden: von einer Konstant-Spannungsquelle 13 mit am Spannungsteiler 15 fest einjustiertem Wert und entsprechend der gewünschten Schnittlänge mittels des Potentiometers 14 einstellbarem Wert k1 - ss. Ist ein genauer Einlauf der Schere nach dem Schnitt nicht zu erreichen oder der Einsatz einer hochwertigen Lageregelung aus anderen Gründen nicht zweckmäßig, kann auch der Wert abhängig von der Nullstellungsabweichung korrigiert werden, beispielsweise durch eine lagenabhängige Spannung aus einem mit der Schere gekuppelten Potentiometer 16, das von einer Konstantspannungsquelle 12 gespeist wird.
u22 - k1 ' t ' vw (ß) von dem fest einjustierten Abgriff eines Spannungsteilers 17 an der Tachometermaschine 10 zur Erfassung der der Schnittgutgeschwindigkeit proportionalen Größe. über eine Multiplikationseinrichtung in Form einer weiteren Tachometermaschine 11, deren Antriebsdrehzahl und deren Erregung proportional der Schnittgutgeschwindigkeit sind. Der Spannungsteiler 18 dient zur Einjustierung. Die Multiplikation könnte jedoch auch elektronisch, magnetisch oder elektromechanisch, letzteres beispielsweise durch eine selbstabgleichende Brücke, vorgenommen werden. Bei kleinem Einstellbereich der Walzgutgeschwindigkeit und größeren zulässigen Längentoleranzen kann eine Vereinfachung der den Anlaufzeitpunkt bestimmenden Gleichung erfolgen, indem der Beschleunigungswert des Scherenantriebes selbsttätig proportional dem Quadrat der Schnittgutgeschwindigkeit geändert wird. Dadurch bleibt der Wegpunkt, an dem das Anlaufkommando für die Schere erfolgt, weitgehend unabhängig von der Schnittgutgeschwindigkeit. Die von der Totzeit abhängige Größe in Gleichung (p) wird zweckmäßig vernachlässigt, so daß nunmehr gilt SK = SS - C4 (q) Dieser Wert sK wird analog dem Ausführungsbeispiel in Fig.1 mit einem durch Integration ermittelten Walzgutweg verglichen.
Die selbsttätige Variation des Beschleunigungswertes b erhält man beispielsweise, wenn man als Drehzahlsollwert für den Scherenantrieb die Spannung an einem Kondensator benutzt, wobei der Kondensator vom Anlaufkommando an mit konstantem, aber dem Quadrat der Schnittgutgeschwindigkeit proportionalem Strom geladen wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur selbsttätigen Steuerung der elektromotorischen Antriebe von Zerteilanlagen für durchlaufendes Schnittgut mit genauer Einhaltung einer vorgegebenen Schnittlänge, unabhängig von der Geschwindigkeit des Schnittgutes, dadurch gekennzeichnet, daß der Anlauf des zugehörigen Antriebes mit Hilfe eines Vergleichs zweier vorzugsweise elektrischer Größen gesteuert wird, von denen die eine Größe als Integral der Schnittgutgeschwindigkeit über der Zeit und die andere Größe als laufend gebildete Lösung einer quadratischen Gleichung unter Berücksichtigung der vorgewählten Schnittlänge und der veränderlichen Schnittgutgeschwindigkeit gebildet wird, wobei die Gleichheit beider Größen oder ein bestimmtes Verhältnis derselben zweckmäßig über ein Schaltglied den Anlaufzeitpunkt bestimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine vom Ausgangslagenfehler abhängige Größe in den Größenvergleich zur Bestimmung des Anlaufzeitpunktes eingeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lageregelung der Ausgangsstellung der Zerteileinrichtung vorgenommen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigung des Antriebes auf die vorgegebene Geschwindigkeit zweckmäßig durch ein integrierendes Zwischenglied oder durch Stromgrenzwertregelung konstant gehalten wird, bis diese Geschwindigkeit erreicht ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegpunkt, an dem das Anlaufkommando für die Schere erfolgt, dadurch weitgehend unabhängig von der Schnittgutgeschwindigkeit bleibt, daß der Beschleunigungswert des Scherenantriebes selbsttätig proportional dem Quadrat der Schnittgutgeschwindigkeit geändert wird.
6. Anordnung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß getrennte Einstellmöglichkeiten für die Schnittlänge, für den Beschleunigungswert und für die Berücksichtigung der Totzeiten vorgesehen sind.