DE19859348A1

DE19859348A1 - Steuer- und Regelverfahren für eine Maschine und Maschine

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Publication number: DE19859348A1
Application number: DE19859348A
Authority: DE
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 1998-11-09
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 2000-07-06
Anticipated expiration: 2018-12-23
Also published as: DE19851531A1; DE19851531B4; DE19859348B4

Abstract

Steuer- und Regelverfahren für eine Extrusionsmaschine, wobei mindestens ein Raupenabzug das Produkt, insbesondere Kunststoffprofile, herauszieht, und wobei dieser Raupenabzug mindestens zwei Abzugsketten umfaßt, die jeweils von mindestens einem Antrieb über wenigstens jeweils ein Kettenritzel angetrieben werden, wobei die Antriebe jeweils einen Elektromotor, insbesondere einen Getriebemotor, einen Winkelsensor, wie einen Inkrememtalgeber oder Resolver oder dergleichen, und einen Frequenzumrichter umfassen, wobei die Frequenzumrichter derart gestaltet sind, daß in sie eine frei programmierbare Steuerung integriert ist und Schnittstellen zum Austausch von Daten vorhanden sind, und wobei das Steuer- und Regelverfahren derart ausgebildet ist, daß die Elektromotoren derart angesteuert werden, daß die Bahngeschwindigkeiten der Abzugsketten im wesentlichen gleich sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuer- und Regelverfahren für eine Maschine und eine Maschine, die mindestens zwei Antriebe und Abzugsketten zum Antrieb eines Produktes oder Stranges umfaßt, wobei die Antriebe zum möglichst gleichmäßigen Antreiben dieses Produktes oder Stranges einsetzbar sind und alle Antriebe das gleiche Produkt oder den gleichen Strang antreiben.

Insbesondere sind Extrusionsmaschinen von der beschriebenen Art. Extrusionsmaschinen werden zur Produktion von länglichen Profilen, wie Rohre oder Fensterprofilteile, eingesetzt. Im allgemeinen wird Kunststoffgranulat erwärmt bis es plastisch wird und dann durch ein Formwerkzeug gepreßt, das dem Produkt seine Form verleiht. Während dieser Formung wird das Produkt immer mehr abgekühlt in einem Kühlbereich. Das Produkt wird hauptsächlich mit einem Raupenabzug herausgezogen. Dieser Raupenabzug besteht aus umlaufenden Abzugsketten. Die Abzugsketten tragen Gummistollen, mit dem das Produkt befördert und herausgezogen wird.

Die Abzugsketten werden von Kettenritzeln angetrieben. Der Antrieb des Kettenritzels erfolgt durch einen Getriebemotor, also einem Elektromotor mit einem Getriebe zur Herabsetzung der Drehzahl. Bei Fensterprofilen werden oft nur zwei Abzugsketten eingesetzt. Mittels pneumatischen Drucks wird die Normalkraft auf das Produkt eingestellt.

Die Abzugsketten müssen eine möglichst gleiche Bahngeschwindigkeit aufweisen, da sonst ein Schlupf zwischen Kette und Produkt auftritt, der die Qualität mindert oder durch zu große, dabei entstehende Querkräfte das Produkt sogar verformen kann.

Eine möglichst gute Rundlaufgenauigkeit ist auch gefordert, weil geringste Drehzahlschwankungen sich als Oberflächenwelligkeiten auf dem Produkt widerspiegeln und mit bloßem Auge sichtbar sind.

Es werden zur Bewerkstelligung des mechanischen Gleichlaufs mechanische Synchronisationen, wie beispielsweise teure Differentialgetriebe, verwendet.

Jedoch sind die vorgenannten Nachteile nicht gänzlich zu verhindern. Zusätzlich ergeben sich Probleme bei zunehmender Standzeit. Im Laufe der Zeit findet nämlich eine Längung der Abzugsketten statt, die sogar unterschiedlich sein kann. Dies hat zur Folge, daß der aktiv eingreifende Umfangsradius der Kettenritzel variiert. Dadurch und durch weitere Abnutzungen und Belastungen entstehen unterschiedliche Bahngeschwindigkeiten der Abzugsketten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuer- und Regelverfahren für eine Maschine und eine Maschine mit Kettenabzügen derart weiterzubilden, daß unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile ein kostengünstiger Antrieb eingesetzt wird, der auch bei hoher Standzeit den Gleichlauf der Kettenabzüge gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst bei einem Steuer- und Regelverfahren für eine Maschine nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und bei einer Maschine nach den in Anspruch 12 angegebenen Merkmalen.

Bei der Lösung werden Elektromotoren mit Frequenzumrichter verwendet. Von Vorteil ist dabei, daß die im Stand der Technik verwendete, aufwendige Mechanik ersetzt wird durch Elektromotoren mit Frequenzumrichtern mit integrierter frei programmierbarer Steuerung, die derart verbunden sind und Daten austauschen, daß ein erfindungsgemäßes Steuer- und Regelverfahren ausbildbar ist, das die Elektromotoren so ansteuert, daß die Bahngeschwindigkeiten im wesentlichen gleich sind. Von Vorteil ist dabei, daß keine Querkräfte auf das Produkt aufgebracht werden und dieses somit nicht verformt wird. Ein weiterer Vorteil ist, daß kein Schlupf zwischen Kette und Produkt auftritt und somit keine Qualitätsbeeinträchtigung entsteht. Ein weiterer Vorteil ist, daß im wesentlichen keine Schwankungen der Bahngeschwindigkeiten auftreten, also keine Schwankungen, die die Produktgüte und -qualität für den Kunden verschlechtern. Ein weiterer Vorteil ist, daß auch bei mechanischer Abnutzung, Längung der Ketten während der Standzeit oder tribologischen und Verschleißeffekten im wesentlichen ein Gleichlauf der Bahngeschwindigkeiten erzeugt wird. Das Steuer- und Regelverfahren ist also derart ausgebildet, daß es diese vorgenannten Störungen im wesentlichen ausregelt, so daß auch bei hoher Standzeit eine hohe Produktqualität erreicht werden kann. Ein wichtiger Vorteil ist auch, daß ein hoher Stellbereich der Bahngeschwindigkeiten durch das Steuer- und Regelverfahren ermöglicht wird. In diesem hohen Stellbereich arbeitet das Verfahren erfolgreich, beispielsweise ohne zum Schwingen zu neigen.

In Weiterbildung werden Synchron- oder Asynchronmotoren verwendet. Von Vorteil ist dabei, daß sie im Gegensatz zu Gleichstrommotoren kostengünstig, insbesondere in bezug auf die Standzeit, sind und verschleißfreier arbeiten.

In einer Weiterbildung ist ein Antrieb Master-Antrieb und ein anderer Antrieb oder mehrere andere Antriebe Slave-Antrieb oder Slave-Antriebe. Von Vorteil ist dabei, daß das Steuer- und Regelverhalten derart ausgebildet werden kann, daß der Slave-Antrieb sich an den Vorgaben des Master-Antriebes ausrichtet und somit die von ihm angesteuerte Abzugskette entsprechend geregelt und gesteuert wird. Unter Slave-Antrieb ist dabei auch eine Anordnung zu verstehen, die Daten des Master-Antriebes nur liest und davon abhängig geregelt wird.

In einer Weiterbildung werden die Antriebe in Drehzahlregelung betrieben. Von Vorteil ist dabei, daß sie auf Störungen sehr schnell, insbesondere in der Größenordnung im Bereich von einigen Millisekunden, reagieren können, da die jeweiligen Frequenzumrichter vom Winkelsensor sehr genau und in rascher Folge über die Winkellage informiert werden. Störungen können dabei auch von der Mechanik des Kettenritzels und der Abzugskette kommen.

Dabei sind Drehzahlregler sehr umfangreich realisierbar. Insbesondere kann die Regelung Motor stromorientiert ausführbar sein, insbesondere vektoriell arbeiten.

In einer Weiterbildung ist ein übergeordneter Drehmomentenregler in die frei programmierbare Steuerung, insbesondere des Slave-Antriebs, integriert, der die Sollwertvorgabe für den Drehzahlregler beeinflußt. Von Vorteil ist dabei, daß somit die Drehzahl des Slave-Antriebes so lange nachgeregelt wird bis die Drehmomente, die Strömen in den Stator-Wicklungen entsprechen, keine wesentliche Differenz aufweisen. Dabei umfaßt die Erfindung die Verwendung von Drehmomenten oder Strömen, also die Informationen über den Stromvektor, zur Regelung.

In Weiterbildung arbeiten die Antriebe in Drehzahlregelung und übermitteln die Werte der Ströme oder des Drehmomentes an die übergeordnete Drehmomentenregelung. Diese arbeitet als Regler, wie ein PI-Regler oder dergleichen, und erzeugt einen Korrekturwert, der zusätzlich mit einem Proportionalitätsfaktor multipliziert ist. Dieser Proportionalitätsfaktor entspricht unter anderem auch einer Einheitenumrechnung in die Einheit Drehzahl. Dieser Korrekturwert wird dann auf die Ist- Drehzahl des Slave-Antriebes aufsummiert und als Drehzahl-Sollwert für den Slave-Antrieb verwendet. Von Vorteil ist dabei, daß der übergeordnete Strom- oder Drehmomentenregler derart ausgebildet werden kann, daß er eine größere Zeitkonstante, insbesondere in der Größenordnung von einigen Hundert Millisekunden bis zu einigen Minuten, aufweist als der Drehzahlregler des Slave-Antriebes. Somit wird in vorteilhafter Weise bei beispielsweise mechanischer Abnutzung oder anderen Änderungen der Drehzahl-Sollwert für den Slave-Antrieb nachgeführt.

In einer anderen Weiterbildung arbeiten die Antriebe in Drehzahlregelung und übermitteln die Werte der Ströme oder des Drehmomentes an die übergeordnete Drehmomentenregelung. Diese arbeitet als Regler, wie ein PI-Regler oder dergleichen, und erzeugt einen Korrekturwert, der zusätzlich mit einem Proportionalitätsfaktor multipliziert ist. Dieser Proportionalitätsfaktor entspricht unter anderem auch einer Einheitenumrechnung in die Einheit Drehzahl. Der Korrekturwert wird dann auf die Soll-Drehzahl für alle Antriebe, also Slave-Antriebe und Master-Antrieb, aufsummiert und als Drehzahl-Sollwert für den Slave-Antrieb verwendet. Von Vorteil ist dabei, daß der übergeordnete Strom- oder Drehmomentenregler derart ausgebildet werden kann, daß er eine größere Zeitkonstante, insbesondere in der Größenordnung von einigen Hundert Millisekunden bis zu einigen Minuten, aufweist als der Drehzahlregler des Slave-Antriebes. Somit wird bei beispielsweise mechanischer Abnutzung oder anderen Änderungen der Drehzahl-Sollwert für den Slave-Antrieb nachgeführt. Der Drehzahl-Sollwert für alle Antriebe wird bei der hier beschriebenen Weiterbildung an alle Antriebe gegeben. Dies kann in verschiedenen Weisen geschehen. Der Drehzahl-Sollwert kann zuerst analog oder digital an den Master-Antrieb gegeben werden und danach an die jeweiligen Slave-Antriebe in analoger oder digitaler Art und Weise weitergegeben werden. Eine Art und Weise ist die Übertragung mittels eines sogenannten System-Busses, der besonders schnell Digitalwerte übertragen kann. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist bei dieser Weiterbildung auch, daß bei einer sprunghaften Veränderung des Drehzahl-Sollwertes des Master-Antriebes, beispielsweise beim Einschalten der gesamten Anlage oder beim neuen Einrichten der Fertigung, durch die Weitergabe des Drehzahl-Sollwertes der Slave-Antrieb unmittelbar dem Master-Antrieb nachgeführt wird.

In einer anderen Weiterbildung arbeiten der Master-Antrieb und die jeweiligen Slave-Antriebe als elektronisches Getriebe zusammen. D.h., daß der Master-Antrieb und der Slave-Antrieb Winkel- Meßwerte ihres jeweiligen Gebersystems an eine übergeordnete, in den Frequenzumrichtern, insbesondere den Slave-Frequenzumrichtern, lokalisierte Steuerung und Regelung übertragen. Diese übergeordnete Steuerung und Regelung (41, 42, 43, 44, 45) regelt den Slave-Antrieb derart, daß dessen Winkelwerte zu den Winkelwerten des Master-Antriebes ein möglichst konstantes Verhältnis bildet. Dieses Verhältnis ist das sogenannte Übersetzungsverhältnis. Bei einer Extrusionsmaschine mit gleichmäßig laufenden Abzügen hat dieses Verhältnis im Idealfall den Sollwert 1. Bei der hier beschriebenen Weiterbildung übermitteln die Antriebe die Werte der Ströme oder des Drehmomentes an die übergeordnete Drehmomentenregelung. Diese arbeitet als Regler, wie ein PI-Regler oder dergleichen. Dieser Regler beeinflußt das Übersetzungsverhältnis zwischen Master- und Slave-Antrieb. Dabei wird also der Wert dieses Übersetzungsverhältnisses verändert. Von Vorteil ist dabei, daß der übergeordnete Strom- oder Drehmomentenregler derart ausgebildet werden kann, daß er eine größere Zeitkonstante, insbesondere in der Größenordnung von einigen Hundert Millisekunden bis zu einigen Minuten, aufweist als der Drehzahlregler des Slave-Antriebes. Somit wird bei beispielsweise mechanischer Abnutzung oder anderen Änderungen der Drehzahl-Sollwert für den Slave-Antrieb nachgeführt. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist auch, daß bei einer sprunghaften Veränderung des Drehzahl-Sollwertes des Master- Antriebes, beispielsweise beim Einschalten der gesamten Anlage oder beim neuen Einrichten der Fertigung, durch die übergeordnete Steuerung und Regelung, die das elektronische Getriebe realisiert, der Slave-Antrieb unmittelbar dem Master-Antrieb nachgeführt wird.

In Weiterbildung sind Größen wie der Proportionalitätsfaktor oder die Drehzahlvorgabe einstellbar. Von Vorteil ist dabei die Flexibilität beim Umstellen der Anlage auf andere Produkte.

Bei der Extrusionsmaschine nach Anspruch 9 als Lösung der vorgenannten erfinderischen Aufgabe wird das erfindungsgemäße Steuer- und Regelverfahren in den geeignet verbundenen Frequenzumrichtern eingesetzt als Hard- und Software. Die Vorteile entsprechen den oben genannten Vorteilen.

Die weiteren Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei einer besonderen Ausführungsform der Extrusionsmaschine sind die Raupenabzüge mit den Antrieben und das Steuer- und Regelverfahren derart ausgebildet und verbunden, daß die durch die Restschwankungen verursachten Welligkeiten am Produkt unerheblich sind, insbesondere mit dem bloßen Auge nicht sichtbar sind. Dazu sind Regler mit sehr gutem Steuer- und Regelverhalten notwendig, insbesondere reichen für die Drehzahlregelung keine Standard-PI- Regler aus. Beispielsweise ist ein sehr gutem mathematisches Motormodell ebenso notwendig wie komplexere Reglerstrukturen, beisielsweise Vorsteuerungen. Bei Verwendung dieser Regler und Optimierung der Parameter der Regler, insbesondere der Sollwerte und Zeitkonstanten der Drehzahlregelung und andererseits der übergeordneten Drehmomentenregelung können mit offensichtlichem Vorteil die Welligkeiten in die vorgenannte Größenordnung gebracht werden.

Die Erfindung wird anhand von Abbildungen näher erläutert.

In der Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Extrusionsmaschine, die nach dem erfindungsgemäßen Steuer- und Regelverfahren arbeitet, skizziert.

Das Kunststoffgranulat 10 wird erhitzt und durch ein Formwerkzeug 11 gepreßt. Im Kühlbereich 12 wird das Produkt 13 zunehmend ausgehärtet und nachgeformt. Den ausgangsseitigen Vorschub übernimmt ein Raupenabzug mit zwei Abzugsketten. Diese Abzugsketten laufen um und werden von einem Kettenritzel angetrieben. Dieses wiederum wird von einem Getriebemotor angetrieben. Der Getriebemotor besteht aus einem Elektromotor mit einem angeflanschten Getriebe. Der Elektromotor ist ausgeführt als Servomotor. Ein Inkrementalgeber ist dabei als Winkelsensor eingesetzt.

Der Servomotor wird von einem Umrichter, der eine netzseitige Gleichrichtung und eine von einer parametrierbaren Regler-Elektronik angesteuerte Leistungsendstufe enthält. Zusätzlich ist eine frei programmierbare Steuerung in den Frequenzumrichter integriert. Im allgemeinen Fall dient sie als integrierte Positioniersteuerung für einen Antrieb. Sie kann Aufgaben einer SPS übernehmen. Der Frequenzumrichter besitzt geeignete Schnittstellen zum Austausch von Daten. Diese Schnittstellen ermöglichen somit eine Kommunikation mit externen Geräten, wie Sensoren und anderen Frequenzumrichtern.

Diese Verbindung ermöglicht, daß ein Antrieb als Slave-Antrieb und ein anderer Antrieb als Master-Antrieb arbeitet. D.h., daß der Master-Antrieb Daten an den Slave-Antrieb sendet, die von diesem bei der Regelung berücksichtigt werden. Gleichwertig kann man auch sagen, daß der Slave-Antrieb Daten des Master-Antriebs lesen kann.

Das verwendete Steuer- und Regelverfahren ist in der Fig. 2 skizziert. Der Master-Antrieb besteht aus einem Regler 1, der zum Frequenzumrichter zugeordnet ist. Der Frequenzumrichter mit diesem Regler 1 steuert dann den Motor mit Winkelsensor 4 an. Der Istwert der Drehzahl wird wiederum dem Regler 1 zugeführt. Zusätzlich erhält der Regler einen Sollwert für die Drehzahl.

Der Slave-Antrieb umfaßt den Regler 2, den Elektromotor mit Winkelsensor 5 und arbeitet in entsprechender Weise wie der vorgenannte Master-Antrieb.

Beide Antriebe sind also mit einer sehr guten Drehzahlregelung ausgestattet, die äußerst schnell, im Bereich von Millisekunden, auf Störungen reagiert.

In der konfigurierbaren und/oder frei programmierbaren Steuerung des Frequenzumrichters des Slave-Antriebes ist eine übergeordnete Reglerstruktur ausgebildet, die den Sollwert des Slave- Antriebes beeinflußt. Diese übergeordnete Reglerstruktur ist in der Fig. 2 gestrichelt umrahmt worden, arbeitet mit einem langsameren Takt und wird erst nach einer gewissen Zeit nach Einschalten der Anlage oder schnellen großen Änderungen des Drehzahlsollwertes des Masterantriebes.

Beide Frequenzumrichter können Daten liefern, die den Meßwerten der Ströme und damit im wesentlichen auch den Werten der Drehmomente entsprechen. Im folgenden soll von Drehmomenten gesprochen werden. Diese Werte werden einem Regler 3 zugeführt, der das Drehmoment des Master-Antriebes als Sollwert und das Drehmoment des Slave-Antriebes als Istwert aufnimmt. An dem Ausgang des Reglers 3 wird noch eine Multiplikation mit einem Proportionalitätsfaktor durchgeführt, der die Einheitenumrechnung und Gewichtung sicherstellt.

Der sich so ergebende Wert wird auf den ebenfalls der übergeordneten Regelstruktur zugeführten Istwert der Drehzahl addiert und als Sollwertvorgabe für die Drehzahlregelung des Slave- Antriebes verwendet. Die Zeitkonstanten des übergeordneten Reglers sind so dimensioniert, daß ein Ausgleich von Abweichungen im Bereich von einigen Sekunden bis einigen Minuten erfolgt.

Im Gegensatz zu den Drehzahlregelungen ist also die Drehmomentenregelung um mehrere Größenordnungen langsamer. Die mechanische Längung der Abzugsketten macht sich in einer sich ändernden Bahngeschwindigkeit der Ketten bemerkbar. Diese Änderung kann unterschiedlich sein bei Master- und Slave-Antrieb. Die übergeordnete Regelung gleicht aber diese Differenz aus. Genauso werden andere mechanische Änderungen ausgeglichen.

Der Vorteil der geeignet gewählten Regler, im einfachsten Fall PI-Regler, ist die Bewerkstelligung eines guten Gleichlaufs der beiden Abzugsraupen, also der Gleichheit ihrer Bahngeschwindigkeiten.

Bei Verwendung der geeigneten Reglerstrukturen und Regleralgorithmen und bei optimierter Parameterwahl wird die Welligkeit so sehr vermindert, daß auf dem Produkt mit bloßem Auge keine Oberflächenwelligkeiten zu sehen sind.

Bei einer weiteren Ausführungsform werden Steuer- und Regelverfahren angewandt, die für diese Anwendung auch den Einsatz eines Asynchronmotors ermöglichen.

Bei einer weiteren Ausführungsform besitzt der Raupenabzug mehrere Abzugsketten, insbesondere im Fall von Rundprofilen bis zu acht Abzugsketten mit Antrieben. Im letztgenannten Fall arbeiten dann sieben Antriebe als Slave-Antriebe und einer als Master-Antriebe.

In der Fig. 3 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform gezeigt. Dabei wird dem Master- Antrieb und dem Slave-Antrieb ein Drehzahl-Sollwert zugeführt. Der Regler 3 arbeitet in der der Fig. 2 entsprechenden Weise. Ihm werden die Werte für die Drehmomente des Masters und des Slaves bzw. entsprechende Größen wie Stromkomponenten zugeführt. Der Regler bekommt als Input die Differenz dieser Werte zugeführt. Der Output des Reglers, der noch mit einem Faktor versehen wird, der eine Einheitenumrechnung oder eine Gewichtung realisiert, wird auf den Sollwert der Drehzahl aufaddiert. Diese Summe ist die Drehzahlvorgabe für den Slave-Antrieb. Der Regler 3 ist dabei im Gehäuse des Slave-Umrichters lokalisiert. Dies ist möglich, da der verwendete Umrichter zusätzlich eine integrierte Positioniersteuerung enthält, die programmierbar ist.

Die übergeordnete Reglerstruktur ist in der Fig. 3 wiederum gestrichelt umrahmt worden, ist in der konfigurierbaren und/oder frei programmierbaren Positioniersteuerungssoftware des Slave- Antriebes integriert, arbeitet mit einem langsameren Takt und wird erst nach einer gewissen Zeit nach Einschalten der Anlage oder schnellen großen Änderungen des Drehzahlsollwertes des Masterantriebes.

In der Fig. 4 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform gezeigt. Dabei wird vom Winkelsensor nicht nur die Drehzahl wie in den Fig. 2 und 3 verwendet, sondern auch der Wert für den Winkel. Der Drehwinkel des Master-Antriebs ist mit ϕ₁ und der Drehwinkel des Slave-Antriebs mit ϕ₂ bezeichnet. Diese Winkelwerte werden jeweils einem Differenzierer 41 und 42 zugeführt. Die so erhaltenen Werte entsprechen den jeweiligen Drehzahlen. Diese werden nun mit einem Faktor multipliziert 43 und 44. Die Differenz wird einem Integrierer 45 zugeführt, der optional einen einstellbaren Offset besitzt. Das Ergebnis der Integration wird als Sollwert für den Drehzahlregler des Slave-Antriebs verwendet.

Die in Fig. 4 beschriebene Regelung wird als elektronisches Getriebe bezeichnet. Bei einer solchen elektronischen Regelung sind auch Abwandlungen bekannt. Beispielsweise können Vorsteuerungen verwendet werden. Ebenso können auch verschiedenartige Filter zugeschaltet werden. Insbesondere kann aus dem Wert des Winkelmeßwertes ϕ₂ ein Wert für die Vorsteuerung der Drehzahl des Drehzahl-Reglers des Slave-Antriebes generiert werden. Besonders geeignet ist hierbei der Ausgang des Differenzierers 42, welcher als Vorsteuerwert auf den Ausgang des Outputs des Integrierers mit Zusatzfunktion 45 aufaddiert wird. Dabei können Filterungen und andere Verfahren hinzugefügt werden.

Der Regler 4 erhält wiederum den Fig. 2 und 3 entsprechend die Drehmoment- oder Stromkomponenten-Wert des Slave- und Master-Antriebes als Input. Der Ausgang des Reglers 3 greift in die Glieder 43 und 44 ein. Somit wird das die Übersetzungsverhältnis des elektronischen Getriebes, also das Zähler-Nenner-Verhältnis geändert, bis der Slave-Antrieb mit dem Master- Antrieb entsprechendem Drehmoment arbeitet.

Eine in den Figuren nicht gezeigte zusätzliche erfindungsgemäße Variante ist jeweils, daß beim Starten der Anlage oder bei großen Sprüngen des Drehzahl-Sollwertes Master- und Slave-Antrieb jeweils derart in Drehzahl-Regelung betrieben werden, daß der Master-Antrieb einen Drehmomenten-Sollwert für den Slave-Antrieb bestimmt, beispielsweise die Hälfte des Gesamt- Drehmomentes.

Die übergeordnete Reglerstruktur ist in der Fig. 4 wiederum gestrichelt umrahmt worden, ist in der konfigurierbaren und/oder frei programmierbaren Positioniersteuerungssoftware des Slave- Antriebes integriert.

Bezugszeichenliste

1

Regler mit Endstufe

2

Regler mit Endstufe

3

Regler

4

Elektromotor mit Winkelsensor

5

Elektromotor mit Winkelsensor

10

erwärmtes und gepreßtes Kunststoffgranulat

11

Formwerkzeug

12

Kühlbereich

13

Produkt

14

Antrieb für Kettenritzel

15

Antrieb für Kettenritzel

41

Differenzierer

42

Differenzierer

43

Multiplizierer mit Faktor

44

Multiplizierer mit Faktor

45

Integrierer mit Zusatzfunktionen

Claims

1. Steuer- und Regelverfahren für eine Maschine, umfassend mindestens zwei Antriebe und Abzugsketten zum Antrieb eines Produktes oder Stranges, wobei die Antriebe zum möglichst gleichmäßigen Antreiben dieses Produktes oder Stranges einsetzbar sind und alle Antriebe das gleiche Produkt oder den gleichen Strang antreiben,
insbesondere für eine Extrusionsmaschine mit Abzügen und mit mindestens einem Raupenabzug zum Herausziehen des Produktes, wie Kunststoffprofile oder dergleichen, wobei dieser Raupenabzug mindestens zwei Abzugsketten umfaßt, die jeweils von mindestens einem Antrieb über wenigstens jeweils ein Kettenritzel angetrieben werden,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Antriebe jeweils einen Elektromotor, insbesondere einen Getriebemotor, einen Winkelsensor, wie einen Inkrementalgeber oder Resolver oder dergleichen, und einen Frequenzumrichter mit Steuerungssoftware umfassen,
wobei die Frequenzumrichter derart gestaltet sind, daß in ihrem Gehäuse jeweils eine konfigurierbare und/oder frei programmierbare Steuerung integrierbar ist und Schnittstellen zum Austausch von Daten vorhanden sind,
und wobei die Frequenzumrichter derart elektrisch verbunden sind und das Steuer- und Regelverfahren derart ausgebildet ist, daß die Elektromotoren so ansteuerbar sind, daß die Bahngeschwindigkeiten der Abzugsketten im wesentlichen gleich sind.

2. Steuer- und Regelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromotoren ausgebildet sind als Synchronmotoren oder Asynchronmotoren.

3. Steuer- und Regelverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die konfigurierbare und/oder frei programmierbare Steuerung als Software in die Steuerungssoftware des Frequenzumrichters integriert ist und der Frequenzumrichter die für die Funktionalität der programmierbaren Steuerung notwendigen Vorrichtungen, insbesondere Anschlußmöglichkeiten und Eingänge, umfaßt.

4. Steuer- und Regelverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antrieb als Master-Antrieb und mindestens ein Antrieb als Slave-Antrieb ausgebildet ist, wobei der Master-Antrieb den Slave-Antrieben Daten sendet und/oder von diesen empfängt.

5. Steuer- und Regelverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Master-Antrieb und die Slave-Antriebe in Drehzahlregelung betrieben werden.

6. Steuer- und Regelverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die programmierbaren Steuerungen der Frequenzumrichter der Slave-Antriebe derart ausgebildet sind, daß jeweils Drehmomentenregler oder Stromvektorregler die jeweiligen Drehzahl- Sollwertvorgaben für die Slave-Antriebe beeinflussen.

7. Steuer- und Regelverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Drehzahl-Sollwertvorgabe der Slave-Antriebe aus dem Drehzahl-Istwert des jeweiligen Slave-Antriebs und einem darauf aufsummierten Korrekturwert besteht, der vom Regelverfahren des jeweiligen Drehmomentenreglers (3) des jeweiligen Slave-Antriebs aus der Differenz der Drehmomente von Master-Antrieb und jeweiligem Slave-Antrieb erzeugt wird und mit einem Proportionalitätsfaktor multipliziert wird.

8. Steuer- und Regelverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Drehzahl-Sollwertvorgabe der Slave-Antriebe aus dem Drehzahl-Sollwert aller Antriebe und einem darauf aufsummierten Korrekturwert besteht, der vom Regelverfahren des jeweiligen Drehmomentenreglers (3) des jeweiligen Slave-Antriebs aus der Differenz der Drehmomente von Master-Antrieb und jeweiligem Slave-Antrieb erzeugt wird und mit einem Proportionalitätsfaktor multipliziert wird.

9. Steuer- und Regelverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Drehzahl-Sollwertvorgabe der Slave-Antriebe von jeweils einem elektronischen Getriebe (41, 42, 43, 44, 45), insbesondere mit Soll-Übersetzungsverhältnis 1, vorgegeben wird,
wobei das jeweilige elektronische Getriebe den Master-Antrieb und den jeweiligen Slave-Antrieb umfaßt und
wobei vom Regelverfahren eines jeweiligen Drehmomentenreglers (3) des jeweiligen Slave- Antriebs aus der der Differenz der Drehmomente von Master-Antrieb und jeweiligem Slave-Antrieb das elektronische Ist-Übersetzungsverhältnis (43, 44) beeinflußt wird und dieses um einen Korrekturwert vom Soll-Übersetzungsverhältnis, insbesondere 1, abweicht.

10. Steuer- und Regelverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzten Steuer- und Regelverfahren Begrenzer umfassen.

11. Steuer- und Regelverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Proportionalitätsfaktor einstellbar ist.

12. Steuer- und Regelverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl-Sollwertvorgabe für den Master-Antrieb einstellbar ist.

13. Maschine umfassend mindestens zwei Antriebe und Abzugsketten zum Antrieb eines Produktes oder Stranges, wobei die Antriebe zum möglichst gleichmäßigen Antreiben dieses Produktes oder Stranges einsetzbar sind und alle Antriebe das gleiche Produkt oder den gleichen Strang antreiben,
insbesondere Extrusionsmaschine mit Abzügen und mindestens zwei Antrieben hierfür und wobei ein Raupenabzug zum Herausziehen des Produktes, wie Kunststoffprofile oder dergleichen, dient und wobei dieser Raupenabzug mindestens zwei Abzugsketten umfaßt, die jeweils von mindestens einem Antrieb über wenigstens jeweils ein Kettenritzel angetrieben werden,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Antriebe einen Elektromotor, insbesondere einen Getriebemotor, einen Winkelsensor, wie einen Inkrementalgeber oder Resolver oder dergleichen, und einen Frequenzumrichter mit Steuerungssoftware umfassen,
wobei die Frequenzumrichter derart ausgebildet sind, daß in ihrem Gehäuse eine konfigurierbare und/oder frei programmierbare Steuerung integriert ist und Schnittstellen zum Austausch von Daten vorhanden sind,
und wobei die Frequenzumrichter derart elektrisch verbunden sind und derart ausgebildet sind, daß die Elektromotoren so ansteuerbar sind, daß die Bahngeschwindigkeiten der Abzugsketten im wesentlichen gleich sind.

14. Steuer- und Regelverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die konfigurierbare und frei programmierbare Steuerung als Software in die Steuerungssoftware des Frequenzumrichters integriert ist und der Frequenzumrichter die für die Funktionalität der programmierbaren Steuerung notwendigen Vorrichtungen, insbesondere Anschlußmöglichkeiten und Eingänge, umfaßt.

15. Maschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromotoren ausgebildet sind als Synchronmotoren oder Asynchronmotoren.

16. Maschine nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzumrichter derart ausgebildet und verbunden sind, daß ein Antrieb als Master-Antrieb und mindestens ein Antrieb als Slave-Antrieb ausgebildet ist, wobei der Master-Antrieb den Slave-Antrieben Daten sendet und/oder empfängt.

17. Maschine nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzumrichter derart ausgebildet und verbunden sind, daß der Master-Antrieb und die Slave-Antriebe in Drehzahlregelung betrieben werden.

18. Maschine nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die programmierbaren Steuerungen der Frequenzumrichter der Slave-Antriebe derart ausgebildet sind, daß jeweils Drehmomentenregler oder Stromvektorregler die jeweiligen Drehzahl- Sollwertvorgaben für die Slave-Antriebe beeinflussen.

19. Maschine nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzumrichter derart ausgebildet und verbunden sind, daß die jeweilige Drehzahl-Sollwertvorgabe aus dem Drehzahl-Istwert des jeweiligen Slave-Antriebs und einem darauf aufsummierten Korrekturwert besteht, der vom Regelverfahren des jeweiligen Drehmomentenreglers des jeweiligen Slave-Antriebs aus der Differenz der Drehmomente von Master-Antrieb und jeweiligem Slave-Antrieb erzeugt wird und mit einem Proportionalitätsfaktor multipliziert wird.

20. Maschine nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzumrichter derart ausgebildet und verbunden sind, daß die jeweilige Drehzahl-Sollwertvorgabe der Slave-Antriebe aus dem Drehzahl-Sollwert aller Antriebe einschließlich des Master-Antriebes und einem darauf aufsummierten Korrekturwert besteht, der vom Regelverfahren des jeweiligen Drehmomentenreglers des jeweiligen Slave- Antriebs aus der Differenz der Drehmomente von Master-Antrieb und jeweiligem Slave-Antrieb erzeugt wird und mit einem Proportionalitätsfaktor multipliziert wird.

21. Maschine nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzumrichter derart ausgebildet und verbunden sind, daß die jeweilige Drehzahl-Sollwertvorgabe der Slave-Antriebe von jeweils einem elektronischen Getriebe (41, 42, 43, 44, 45), insbesondere mit Soll-Übersetzungsverhältnis 1, vorgegeben wird,
wobei das jeweilige elektronische Getriebe den Master-Antrieb und den jeweiligen Slave-Antrieb umfaßt und
wobei vom Regelverfahren eines jeweiligen Drehmomentenreglers (3) des jeweiligen Slave- Antriebs aus der Differenz der Drehmomente von Master-Antrieb und jeweiligem Slave-Antrieb das elektronische lst-Übersetzungsverhältnis (43, 44) beeinflußt wird und dieses um einen Korrekturwert vom Soll-Übersetzungsverhältnis, insbesondere 1, abweicht.

22. Maschine nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzumrichter derart ausgebildet und verbunden sind, daß der Proportionalitätsfaktor einstellbar ist.

23. Maschine nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzumrichter derart ausgebildet und verbunden sind, daß die Drehzahl-Sollwertvorgabe für den Master-Antrieb einstellbar ist.

24. Maschine nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Raupenabzüge mit den Antrieben und die Frequenzumrichter derart ausgebildet und verbunden sind, daß die Bahngeschwindigkeiten der Abzugsketten sich so gering unterscheiden, daß keine, durch Schwankungen der Bahngeschwindigkeiten bedingten Oberflächenwelligkeiten mit dem bloßen Auge sichtbar sind.