DE3528409C2

DE3528409C2 -

Info

Publication number: DE3528409C2
Application number: DE3528409A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 8520 Erlangen De Timpe
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1985-08-07
Filing date: 1985-08-07
Publication date: 1991-01-31
Also published as: NO168738B; NO168738C; JPS6237086A; CH670016A5; NO862841D0; DE3528409A1; NO862841L

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen des Lastzustandes einer rotierenden Mechanik, die von einer feldorientiert geregelten Drehfeldmaschine angetrieben ist.Method and device for monitoring the load condition a rotating mechanism controlled by a field-oriented Induction machine is driven.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen des Lastzustandes einer rotierenden Mechanik, die von einer feldorientiert geregelten Drehfeldmaschine angetrieben ist ("Siemens-Zeitschrift" 51 (1977) S. 416-421).The invention relates to a method and a device for monitoring the load status of a rotating mechanism, which are driven by a field-oriented controlled induction machine is ("Siemens Journal" 51 (1977) pp. 416-421).

Elektrische Antriebe für mechanische Anlagen, z. B. Walzwerke, Förderbänder, Schacht-Förderanlagen oder Mühlen, enthalten meist Kurzschlußüberwachungen, Überlast-Überwachungen und andere Einrichtungen, die den elektrischen Teil der gesamten Anlage (z. B. die Maschine und/oder den speisenden Umrichter) zum Schutz vor Funktionsstörungen und zerstörenden Fehlern überwachen.Electric drives for mechanical systems, e.g. B. rolling mills, Conveyor belts, shaft conveyor systems or mills included mostly short-circuit monitoring, overload monitoring and other facilities that make up the electrical part of the whole System (e.g. the machine and / or the feeding converter) to protect against malfunctions and destructive errors monitor.

Auch der in "Siemens-Zeitschrift" 51 (1977), S. 416-421 beschriebene getriebelose Rohrmühlenantrieb benötigt daher eine Überwachung der Rohrmühle. Der Antrieb ist als feld orientierte Drehfeldmaschine (hier: Synchronmaschine) mit den im Oberbegriff des Anspruchs 7 angegebenen Merkmalen ausgebildet.Also in "Siemens-Zeitschrift" 51 (1977), pp. 416-421 Gearless tube mill drive described therefore required monitoring the tube mill. The drive is as a field oriented induction machine (here: synchronous machine) with the features specified in the preamble of claim 7 educated.

Aus der DE-PS 27 04 764 ist eine Schaltung bekannt, die die Grundschwingungsleistung einer feldorientierten Drehfeld maschine als Produkt der an der feldorientiert arbeitenden Regeleinrichtung der Drehfeldmaschine abgegriffenen Sollwerte für das elektrische Moment und die Läuferdrehzahl zu berechnen gestattet, wobei der Sollwert für das elektrische Moment seinerseits auch durch das Produkt der Sollwerte für den Fluß und die feldsenkrechte Ständerstromkomponente ersetzt werden kann. From DE-PS 27 04 764 a circuit is known which Fundamental vibration performance of a field-oriented rotating field machine as a product of those working on the field-oriented Control device of the induction machine tapped target values for the electrical moment and rotor speed allowed, the setpoint for the electrical moment in turn also by the product of the flow setpoints and replace the vertical stator current component can.

Bei Fördermaschinen, Schacht-Förderanlagen, Walzwerken etc. können aber auch im mechanischen Teil der Anlage irreguläre Lastzustände auftreten, die zu einer Zerstörung der mecha nischen Teile führen. Bei bearbeitenden Maschinen wie z. B. Walzwerken oder Mühlen kann diese Gefährdung auch von dem zu bearbeitenden Werkstoff herrühren und/oder diesem drohen. Die Erkennung einer solchen Gefahr erfordert zunächst Kraftmeß dosen, Drehmomentaufnehmer und ähnliche mechanische Geber, um durch geeignete Eingriffe in die Steuerung rechtzeitig ein greifen zu können. Für den Drehofen eines Zementwerkes ist in der deutschen Offenlegungsschrift 34 09 176 vorgeschlagen, anstelle des mechanischen Drehmoments des Drehofens das elek trische Drehmoment eines den Drehofen antreibenden Gleich strommotors aus dem Ankerstrom des Motors zu errechnen und Verarbeitungsgliedern zur Mittelwertbildung, Gradientenbildung und zu anderen Auswertungen zuzuführen, für die auch mittels eines an den Ofen angeschlossenen, mechanischen Drehzahlmessers und Winkelschrittzählers die geometrische Drehzahl und der Drehwinkel des Ofens verwendet wird. In der japanischen Offenlegungsschrift 58-14 7625 wird das mechanische Drehmoment einer von einer Drehstrommaschine ange triebenen rotierenden Maschine dadurch überwacht, daß mecha nische Drehzahl, Spannung und Frequenz der Maschine rechnerisch miteinander verknüpft werden.For conveyors, shaft conveyor systems, rolling mills, etc. can also be irregular in the mechanical part of the system Load conditions occur that lead to the destruction of the mecha niche parts. In processing machines such. B. Rolling mills or mills can also be at risk from this too originating material and / or threaten it. The Detection of such a hazard first requires force measurement cans, torque transducers and similar mechanical encoders to through appropriate interventions in the control system to be able to grab. For the rotary kiln of a cement plant is in proposed in German laid-open publication 34 09 176, instead of the mechanical torque of the rotary kiln, the elec trical torque of an equal driving the rotary kiln current motor to be calculated from the armature current of the motor and Processing elements for averaging, gradient formation and lead to other evaluations for which too by means of a mechanical Tachometer and angular step counter the geometric Speed and the angle of rotation of the furnace is used. In the Japanese laid-open patent application 58-14 7625 is the mechanical Torque from a three-phase machine driven rotating machine monitored by mecha arithmetical speed, voltage and frequency of the machine be linked together.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Lastzustand der Mechanik, in erster Linie also deren mechanisches Moment und den Drehwinkel, auf möglichst einfache Weise zu über wachen.The invention has for its object the load state mechanics, primarily their mechanical moment and the angle of rotation in the simplest possible way watch.

Dies ist besonders einfach, wenn als Antrieb für die Mechanik eine feldorientierte Drehfeldmaschine verwendet wird. Eine derartige Drehfeldmaschine benötigt einen Flußrechner, der in dem raumfesten Koordinatensystem, das zur Beschreibung der Relativbewegung zwischen Fluß bzw. Läufer und Ständerwicklungen erforderlich ist, den Flußvektor ψ oder zumindest dessen Richtungswinkel berechnet. Dieser Flußrechner ist bevorzugt als sogenanntes "Spannungsmodell" ausge bildet. Es liefert die Bestimmungsgrößen des Flusses als Integral der Spannungen (genauer gesagt: Der aus den Spannungen durch Abzug ohmscher und induktiver Spannungsabfälle gebildeten EMK) und kommt ohne einen mechanischen Geber aus. Eine Regeleinrichtung, der jeweils eine Führungsgröße für die feldsenkrechte und die feldparallele Komponente des Ständer stromvektors vorgegeben wird, bildet mittels dieser Information über den Fluß die Steuergröße, mit denen ein Stromstell glied für die Ständerwicklungen der Drehfeldmaschine gesteuert wird.This is particularly easy when driving the mechanics a field-oriented induction machine is used. Such an induction machine requires a flux calculator, that in the fixed coordinate system that is used for description the relative movement between river or runner and Stator windings is required, the flux vector ψ or at least calculated its direction angle. This flow calculator is preferably a so-called "voltage model" forms. It provides the determinants of the river as Integral of the tensions (more precisely: the one from the tensions by subtracting ohmic and inductive voltage drops formed EMF) and does not require a mechanical encoder. A control device, each a reference variable for the perpendicular to the field and the field-parallel component of the stand current vector is specified, forms by means of this information across the river the control variable with which a current control link for the stator windings of the induction machine is controlled.

Der Erfindung liegt nun der Gedanke zugrunde, die den mecha nischen Lastzustand betreffenden Größen, zunächst also das auf die rotierenden mechanischen Teile wirkende und auf den Läufer übertragene mechanische Moment und den Drehwinkel, daneben gegebenenfalls auch die Drehzahl der rotierenden Mechanik durch Größen zu ersetzen, die in der feldorientierten Regelung ohnehin bereits gebildet sind.The invention is based on the idea that the mecha nischer load state relevant quantities, so that first acting on the rotating mechanical parts and on the Runner transmitted mechanical moment and angle of rotation, in addition, if necessary, the speed of the rotating Mechanics to be replaced by sizes in the field-oriented Scheme are already formed anyway.

Daher wird als Ersatzgröße für das mechanische Drehmoment die feldsenkrechte Komponente des Ständerstromes der Drehfeld maschine überwacht. Dabei wird davon ausgegangen, daß für die Überwachung des Moments der Mechanik das Trägheitsmoment des Läufers, auf den sowohl dieses mechanische Moment wie das elektrische Moment wirkt, keine Rolle spielt. Ebenso wird nicht berücksichtigt, daß das elektrische Moment einer Dreh feldmaschine zum jeweiligen aktuellen Fluß proportinal ist und bei einer Flußabnahme nur durch Erhöhung der feldsenk rechten Ständerstromkomponente aufrechterhalten bleiben kann.Therefore, it is used as a substitute for the mechanical torque the vertical component of the stator current of the rotating field machine monitors. It is assumed that for the Monitoring the moment of the mechanics the moment of inertia Runner on whom both this mechanical moment and that electrical moment acts, does not matter. Likewise, does not take into account that the electrical moment of rotation field machine is proportional to the current flow and in the case of a river decrease only by increasing the field sink right stator component can be maintained.

Für die Überwachung des Lastzustandes können der Schlupf einer Asynchronmaschine bzw. die lastabhängige Verschiebung zwischen dem Polradwinkel und dem Feldwinkel meist vernach lässigt werden, insbesondere wenn die Drehfeldmaschine eine hohe Polpaar-Zahl (z. B. p=20, . . . 40) aufweist. Als Ersatz- Istwert für den Drehwinkel und ggf. auch die Drehzahl der Mechanik kann daher der Feldwinkel bzw. die Feldfrequenz erfaßt werden.The slip can be used to monitor the load condition an asynchronous machine or the load-dependent displacement between the pole wheel angle and the field angle mostly be relaxed, especially if the induction machine is a has a high number of pole pairs (e.g. p = 20,... 40). As a replacement- Actual value for the angle of rotation and possibly also the speed of the Mechanics can therefore the field angle or the field frequency be recorded.

Häufig tritt der erwähnte irreguläre Lastzustand im mecha nischen Teil in Form eines gefährlichen Drehmoment-Maximums beim Anlauf auf. Z. B. kann für die Drehfeldmaschine beim Anlauf ein bestimmter Drehzahl-Sollwert vorgegeben sein, während eine Ist-Drehung des Läufers anfänglich durch ein starkes irreguläres Gegenmoment der Last gebremst oder verhindert wird. Der Drehzahlregler greift dann in die Steuerung der Drehfeldmaschine im Sinne eines erhöhten elektrischen Moments (bei Feldorientierung: Erhöhung der feldsenkrechten Ständer stromkomponente) ein, die zum gefährlichen Anstieg des mecha nischen Moments führt.The irregular load state mentioned often occurs in the mecha African part in the form of a dangerous maximum torque when starting up. For example, for the induction machine at Start a certain speed setpoint must be specified, during an actual rotation of the rotor initially by a strong one irregular counter torque of the load is braked or prevented becomes. The speed controller then intervenes in the control of the Three-phase machine in the sense of increased electrical torque (For field orientation: increase the vertical column current component) that leads to the dangerous rise in mecha moments.

In manchen Fällen kann nun eine drohende Gefahr für die mechanischen Teile oder das zu bearbeitende Material allein an der Höhe des auftretenden mechanischen Gegenmoments und daher am Betrag des elektrischen Moments des Antriebs ("Antriebs moment") erkannt werden. In anderen Anwendungsfällen ist daher die absolute Höhe des auftretenden Moments nicht allein oder auch überhaupt nicht entscheidend, vielmehr treten andere Parameter hinzu, die durch eine Verknüpfung des Gegenmoments mit Drehzahl und/oder Drehwinkel der Mechanik selbst dann erkannt werden können, wenn sie gar nicht ursächlich mit diesen Parametern zusammenhängen.In some cases, there can now be an impending danger to the mechanical parts or the material to be processed alone the amount of the mechanical counter-torque occurring and therefore on the amount of the electric torque of the drive ("drive moment ") can be recognized. In other applications, therefore the absolute amount of the occurring moment not alone or not decisive at all, rather others kick Add parameters by linking the counter torque with speed and / or angle of rotation of the mechanics even then can be recognized if they are not at all causal related to these parameters.

Dies sei am besonders vorteilhaften Anwendungsfall einer Rohrmühle, insbesondere einer getriebelosen Rohrmühle, dargestellt.This is one of the particularly advantageous application Tube mill, in particular a gearless tube mill, shown.

In Fig. 1 ist mit 1 der Querschnitt durch das Innere des Mahlrohres einer Rohrmühle gezeigt, wobei die schraffierte Fläche angibt, bis zu welchem Füllgrad das Mahlrohr mit Füll gut gefüllt ist. Wird beim Anlauf das Mahlrohr gegenüber einer durch α0=0° gekennzeichneten Anfangslage um den Winkel α ausgelenkt, ohne daß es dabei zu einer gegenseitigen Bewegung der einzelnen Füllgutteile kommt, so wird der Füll gut-Schwerpunkt gegenüber seiner mit 2 gekennzeichneten Anfangslage auf den Punkt 3 angehoben und für ein weiteres Anheben des Schwerpunkts muß vom elektrischen Antrieb ein elektrisches Drehmoment ("Antriebsmoment") aufgebracht werden, das proportional zur Masse des Füllgutes, dem Abstand des Schwerpunktes 3 von der Drehachse 4 sowie auch proportional zu sin α ist. Ist das Füllgut hinreichend locker und können sich daher einzelne Teile des Füllgutes zu einem gewissen Grad infolge der Schwerkraft gegeneinander bewegen, so werden sich bei einem Maximalwert αm der Winkelauslenkung α Teile der Füllung ablösen und im Mahlrohr nach unten stürzen.In Fig. 1, the cross section through the inside of the grinding tube of a tube mill is shown with 1 , the hatched area indicating to what degree of filling the grinding tube is well filled with filling. If the grinding tube is deflected by an angle α compared to an initial position marked by α0 = 0 °, without the individual parts of the filling material moving against one another, the filling center of gravity becomes point 3 with respect to its starting position marked with 2 raised and for a further raising of the center of gravity, an electrical torque ("drive torque") must be applied by the electric drive, which is proportional to the mass of the filling material, the distance of the center of gravity 3 from the axis of rotation 4 and also proportional to sin α. If the filling material is sufficiently loose and therefore individual parts of the filling material can move towards each other to a certain extent as a result of gravity, then at a maximum value αm of the angular deflection α parts of the filling will detach and fall down in the grinding tube.

Bei einem extrem lockeren und ideal fließfähigen Zustand des Füllguts liegt dieser Ablösewinkel αm nahe bei 0° und das elektrische Moment des Antriebs wird durch die Trägheit des Mahlrohres und die innere Reibung der Füllung bestimmt. Es ergibt sich ein ungefähr konstanter, vom Füllgrad, Parametern der Füllung sowie der Drehzahl des Antriebs abhängiger Wert des Drehmomentes.In an extremely loose and ideally flowable state of the This releasing angle αm is close to 0 ° and that electrical moment of the drive is determined by the inertia of the Grinding tube and the internal friction of the filling determined. It there is an approximately constant, from the degree of filling, parameters value dependent on the filling and the speed of the drive of the torque.

Im anderen Extremfall, in dem die Füllung praktisch zu einem starren Körper zusammengebacken, zusammengefroren, verklebt, verpreßt oder versintert ist ("frozen charge") wird die Füllung mit einem zu sin α proportionalen Drehmoment vom Antrieb bis zur Winkelauslenkung α=90° angehoben, um erst anschließend als ganzes abzustürzen.In the other extreme case, where the filling is practically one rigid body baked together, frozen together, glued, is pressed or sintered ("frozen charge") Filling with a torque proportional to sin α Drive raised up to the angular deflection α = 90 ° to first then crash as a whole.

Bei diesem Abstürzen wird sie zwar zerbrechen und dadurch die Mahlwirkung der Mühle verstärken, jedoch bedeutet ihr Aufschlagen auf der Mahlrohrwand eine erhebliche mechanische Belastung der Rohr-Innenauskleidung, die dadurch mechanisch zerstört werden kann.With this crash it will break and thereby increase the grinding effect of the mill, however, you mean Hitting the grinding tube wall a considerable mechanical Load on the pipe lining, which is mechanical can be destroyed.

Es ist daher wünschenswert, den mechanischen Zustand des Füllgutes zu überwachen und die Mühle anzuhalten, zu rever sieren oder andere Maßnahmen einzuleiten, wenn bei einem ungünstigen Zustand des Füllgutes Ablösewinkel αm auftreten können, die über einem kritischen Wert αc liegen.It is therefore desirable to determine the mechanical condition of the Monitor filling goods and stop the mill to rever or take other measures if at a unfavorable condition of the product can, which are above a critical value αc.

In Fig. 2 ist der Verlauf des elektrischen Moments des Antriebs in Abhängigkeit vom Drehwinkel α gezeigt, wenn die Mühle mit einem Füllgrad von 45% (Kurve 5) bzw. 30% (Kurve 6) mit konstanter Drehzahl betrieben wird. Bei dem angenommenen, lockeren Zustand des Füllgutes wird ungefähr bei αm=45° ein Maximalwert des Drehmoments erreicht, bei dem abstürzende Füllgut-Teile verhindern, daß der Schwerpunkt der Füllung weiter angehoben wird. Dieser Maximalwert des Drehmoments ist von der Beschaffenheit der jeweiligen Füllung abhängig. Bei einer "gefrorenen Füllung" jedoch steigt das Drehmoment entsprechend der Kurve 7 weiter an.In Fig. 2 the course of the electrical torque of the drive is a function of the rotational angle α shown, when the mill is operated with a filling degree of 45% (curve 5) and 30% (curve 6) at constant speed. In the assumed loose state of the filling material, a maximum value of the torque is reached at approximately αm = 45 °, at which falling filling material parts prevent the center of gravity of the filling from being raised further. This maximum value of the torque depends on the nature of the respective filling. In the case of a "frozen filling", however, the torque continues to increase in accordance with curve 7.

In einer besonderen Ausführung der Erfindung wird nun nicht der Maximalwert des mechanischen Moments des Rohres selbst erfaßt. Als Maß für den lockeren Zustand der Füllung dient vielmehr zunächst die Winkelauslenkung αm, bei der der jeweilige Maximalwert des elektrischen Antriebsmoments erreicht wird. Diese Winkelauslenkung αm ist nämlich von den individuellen Parametern der Füllung weitgehend unabhängig, wie der Vergleich der Kurven 5 und 6 zeigt.In a special embodiment of the invention is now not the maximum value of the mechanical moment of the pipe itself detected. Serves as a measure of the loose condition of the filling rather, the angular deflection αm, at which the respective maximum value of the electric drive torque is achieved. This angular deflection αm is namely from individual filling parameters largely independent, as the comparison of curves 5 and 6 shows.

Entsprechend kann einerseits die Winkelauslenkung α der Mechanik gegenüber der Anfangslage α0 und andererseits das elektrische Moment Mel des Antriebs selbst erfaßt werden. Soll also z. B. der Füllgut-Zustand darauf überwacht werden, ob durch eine Überschreitung eines kritischen Winkels αc eine mechanische Zerstörung der Mühle droht, so wird die Bedingung αm<αc überwacht, bei deren Einhaltung ein unge störter Mahlbetrieb möglich ist. In diesem Fall kann ein Zustandssignal gesetzt werden, wenn das Antriebsmoment wegen Erreichen des Maximalwertes nicht weiter anwächst. Hat das Winkelsignal α den kritischen Wert αc erreicht, so kann dann am Zustandssignal abgelesen werden, ob der mit dem Winkel αm verbundene Maximalwert bereits vorher angenommen wurde, also die Füllung hinreichend locker ist, oder mit wachsender Auslenkung auch das Drehmoment und somit die Zerstörungsgefahr des Mahlrohres weiter anwächst. Selbstver ständlich kann auch umgekehrt bei einem auf den Maximalwert folgenden Rückgang des Drehmoments auch der entsprechende Momentanwert αm der Winkelauslenkung α abgelesen und auf die Bedingung αc<αm abgefragt werden.Accordingly, on the one hand, the angular deflection .alpha Mechanics compared to the initial position α0 and on the other hand that electrical moment Mel of the drive itself can be detected. So should z. B. the contents of the product are monitored, whether by exceeding a critical angle αc mechanical destruction of the mill is imminent Condition αm <αc monitors, if they are adhered to, an un disrupted grinding operation is possible. In this case, a Status signal set when the drive torque due When the maximum value is reached, it does not continue to grow. Has the Angle signal α reaches the critical value αc, so then read from the status signal, whether the one with the Angle αm associated maximum value already assumed beforehand was, so the filling is sufficiently loose, or with increasing deflection also the torque and thus the Risk of destruction of the grinding tube continues to grow. Self Ver Of course, it can also be the other way round at the maximum value subsequent decrease in torque also the corresponding Read the instantaneous value αm of the angular deflection α and open it the condition αc <αm can be queried.

Die Verwendung einer feldorientierten Drehfeldmaschine gestattet, durch Verwendung der feldsenkrechten Ständerstrom komponente, des Feldwinkels und seiner Frequenz, die ohnehin für den feldorientierten Betrieb erforderlich sind, als Ersatzwerte für mechanisches Moment, Winkelauslenkung α und Drehzahl des Mahlrohres diese Überwachung einfach durchzu führen.The use of a field-oriented induction machine allowed by using the field vertical stator current component, the field angle and its frequency, which anyway are required for field-oriented operation, as Substitute values for mechanical moment, angular deflection α and Speed of the grinding tube this monitoring easy to do to lead.

Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet und anhand zweier Ausführungs beispiele und zweier weiterer Figuren erläutert. Es zeigtAn advantageous device for performing the method and preferred developments of the invention are in the Subclaims marked and based on two execution examples and two other figures explained. It shows

Fig. 1 den bereits erläuterten Querschnitt durch ein teil weise gefülltes Mahlrohr, FIG. 1 shows the cross-section has already been explained by a partially filled grinding tube,

Fig. 2 den bereits erläuterten Verlauf des Drehmoments in Abhängigkeit von der Winkelauslenkung, Fig. 2 shows the profile already explained the torque depending on the angular deflection,

Fig. 3 schematisch die Struktur einer Vorrichtung zur Durch führung des Verfahrens bei einer Rohrmühle, wobei zunächst von den Besonderheiten einer feldorientierten Drehfeldmaschine nicht Gebrauch gemacht wird, Figure schematically illustrates the structure of an apparatus for the implementing of the method in a pipe mill, whereby not made use of the first features of a field-oriented induction machine. 3,

Fig. 4 eine bevorzugte Ausführungsform dieser Vorrichtung. Fig. 4 shows a preferred embodiment of this device.

Gemäß Fig. 3 wird das Mahlrohr 1 der Rohrmühle mit einer elektrischen Maschine 10 angetrieben, die von einem Strom stellglied 11 in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal eines Führungsgrößenreglers 12 gespeist ist. Als Führungsgröße dient bevorzugt die Drehzahl, für die ein Sollwert n* einge geben und an einem Tachogenerator 8 ein entsprechender Ist wert n abgegriffen werden kann. Die Winkelauslenkung α entspricht dann dem Integral des Drehzahl-Istwertes n und kann mittels eines als Integrators ausgebildeten Winkel detektors 15 gebildet werden. Mit 19 ist eine Einrichtung zur Zustandserfassung gemäß der Erfindung angedeutet, die aus einem geeigneten, das elektrische Moment des Antriebs beschreibenden Betriebsparameter ein Zustandssignal ableitet, wenn das elektrische Moment praktisch nicht mehr zunimmt. In Fig. 3 ist das schematisch dadurch angedeutet, daß ein geringfügig geglätteter Ist- oder Sollwert für das elektrische Moment Mel des Antriebs differenziert und mittels eines Schwellwertgliedes das Vorzeichen der Ableitung als Zustands signal gebildet wird.Referring to FIG. 3, the grinding tube 1 of the tube mill is driven with an electric machine 10, the actuator is fed by a stream 11 in response to the output signal of a command variable regulator 12. The speed preferably serves as the reference variable, for which a setpoint n * can be entered and a corresponding actual value n can be tapped at a tachometer generator 8 . The angular deflection α then corresponds to the integral of the actual speed value n and can be formed by an angle detector 15 designed as an integrator. A device for state detection according to the invention is indicated at 19 , which derives a state signal from a suitable operating parameter describing the electrical moment of the drive when the electrical moment practically no longer increases. In Fig. 3 this is indicated schematically by the fact that a slightly smoothed actual or target value for the electrical torque Mel of the drive is differentiated and the sign of the derivative is formed as a status signal by means of a threshold value element.

Eine Auswerteschaltung liefert durch Verknüpfung des Winkel signals α mit dem Zustandssignal sign (dMel/dt) das Über wachungssignal A. Diese Verknüpfung geschieht bei der in Fig. 3 gezeigten Variante dadurch, daß ein Schalter 21 am Eingang des Integrators 15 geschlossen bleibt, solange beim Anfahren das Antriebsmoment Mel wächst. Folglich steht am Integratorausgang die Winkelauslenkung α<αm an und ein mit dem kritischen Wert αc gespeister Differenzverstärker zeigt an, daß der Zustand des Füllgutes ein weiteres Ansteigen der Winkelauslenkung noch zuläßt. An evaluation circuit provides by linking the angle signal α with the status signal sign (dMel / dt), the monitoring signal A. This link is done in the variant shown in Fig. 3 in that a switch 21 at the input of the integrator 15 remains closed as long as Starting the drive torque Mel is growing. Consequently, the angular deflection α <αm is present at the integrator output and a differential amplifier fed with the critical value αc indicates that the state of the filling material still permits a further increase in the angular deflection.

Wenn jedoch Mel den Maximalwert erreicht, so wird vom Aus gangssignal der Zustandserfassung 19 der Schalter 21 geöffnet und der Integratorausgang 15 bleibt auf den Wert α=αm stehen. Ein nicht dargestellter Zustandsspeicher sorgt dafür, daß der Schalter 21 weiterhin geöffnet bleibt, so daß am Ausgang des Differenzverstärkers 22 anstehende positive Werte anzeigen, daß der Zustand des Füllgutes noch mehr oder weniger weit von einem kritischen Zustand entfernt ist und der Normalbetrieb der Mühle aufrechterhalten werden kann. Negative Werte am Ausgang des Differenzverstärkers 22 jedoch zeigen an, wie weit der kritische Winkel αc bereits über schritten ist und entsprechende Maßnahmen in der Steuerung des Antriebs dringend erforderlich werden.However, when Mel reaches the maximum value, the switch 21 is opened by the output signal from the state detection 19 and the integrator output 15 remains at the value α = αm. A status memory, not shown, ensures that the switch 21 remains open, so that positive values present at the output of the differential amplifier 22 indicate that the state of the filling material is still more or less far from a critical state and the normal operation of the mill is maintained can. However, negative values at the output of the differential amplifier 22 indicate how far the critical angle αc has already been exceeded and corresponding measures in the control of the drive are urgently required.

Die in Fig. 3 nur schematisch gezeigte Zustandserfassung 19 muß nicht unbedingt das Erreichen des Maximalwertes für das Antriebsmoment mittels dessen Ableitung überwachen. Gemäß der Ausbildung nach Fig. 4 ist z. B. der Parameter Mel über ein Übertragungsglied 25 mit einer geringen Glättungs zeitkonstanten dem einen Eingang eines Differenzverstärkers 26 zugeführt, wobei ein Gleichrichter 27 vorgesehen sein kann, um bei einer Umkehrung des Rotationssinns in der Mühle die Vorzeichenumkehr des Antriebsmoments und seiner Ableitung auszugleichen. Gleichzeitig wird der Parameter Mel über ein Glättungsglied 28 mit einer größeren Zeitkonstante dem anderen Eingang des Differenzverstärkers 26 zugeführt. Das Glättungs glied 28 kann z. B. als Integrator mit einer widerstands behafteten Rückführungsleitung ausgebildet sein und ebenfalls einen nachgeschalteten Gleichrichter 29 zur Berücksichtigung des Rotationssinns enthalten.The state detection 19 shown only schematically in FIG. 3 does not necessarily have to monitor the reaching of the maximum value for the drive torque by means of its derivation. According to the embodiment of FIG. 4 eg. B. the parameter Mel via a transmission element 25 with a low smoothing time constant fed to the one input of a differential amplifier 26 , a rectifier 27 being provided to compensate for the reversal of the sign of the drive torque and its derivation when the sense of rotation is reversed in the mill. At the same time, the parameter Mel is fed to the other input of the differential amplifier 26 via a smoothing element 28 with a larger time constant. The smoothing member 28 may, for. B. be formed as an integrator with a resistive return line and also contain a downstream rectifier 29 to take into account the sense of rotation.

Da der wenig geglättete Parameter stärker ansteigt als der durch die stärkere Glättung gebildete Mittelwert, liefert der Differenzverstärker 26 ein positives Signal, bis sich die Verhältnisse beim Winkel αm umkehren. Ein Grenzwertmelder 30 liefert das der Polarität am Ausgang des Differenzverstärkers 26 entsprechende Überwachungssignal B.Since the less smoothed parameter rises more than the mean value formed by the stronger smoothing, the differential amplifier 26 delivers a positive signal until the conditions are reversed at the angle αm. A limit detector 30 supplies the monitoring signal B corresponding to the polarity at the output of the differential amplifier 26 .

Gemäß Fig. 3 wird als Antriebsmotor 10 eine Drehfeld maschine, insbesondere eine Synchronmaschine, verwendet und von einem Umrichter 11 (z. B. Direktumrichter oder Umrichter mit Gleichstrom-Zwischenkreis) gespeist. Dessen Steuersatz 18a ist von einer feldorientierten Regeleinrichtung 18 mit Steuergrößen gespeist, die einen Steuervektor i* für das Drehstromsystem i am Ausgang des Stromrichters festlegen. In einer derartigen Regeleinrichtung 18 vorhandene Regelkreise und Steuerstrecken stellen sicher, daß das Strom-Istwert system i praktisch gleich dem durch den ständerorientierten Steuervektor i* beschriebenen Sollwertsystem ist, so daß Ist wert und Sollwert des Antriebsmoments Mel praktisch gleich wertig verwendet werden können. Der für die Feldorientierung erforderliche Feldwinkel ϕ wird von einem Flußrechner 13 geliefert. FIG. 3 is machine as a drive motor 10 is a rotary field, in particular a synchronous machine, and used by a converter 11 (z. B. direct converter or inverter with intermediate DC circuit) fed. Its control rate 18 a is fed by a field-oriented control device 18 with control variables which define a control vector i * for the three-phase system i at the output of the converter. In such a control device 18 existing control loops and control sections ensure that the current actual value system i is practically the same as the setpoint system described by the stand-oriented control vector i *, so that the actual value and setpoint of the drive torque Mel can be used practically equally. The field angle ϕ required for field orientation is supplied by a flow computer 13 .

Das elektrische Antriebsmoment ist durch die Führungsgröße iϕ2* für die feldsenkrechte Komponente (d. h. also für das Antriebsmoment Mel) bestimmt, die bei einer Drehzahlregelung des Antriebs am Ausgang des Drehzahlreglers 12 abgegriffen wird und - unter Vernachlässigung des Einflusses von Fluß änderungen - als Maß für das Antriebsmoment dient.The electrical drive torque is determined by the command variable iϕ2 * for the component perpendicular to the field (i.e. for the drive torque Mel), which is tapped at a speed control of the drive at the output of the speed controller 12 and - neglecting the influence of flow changes - as a measure of the Drive torque is used.

Auf gleiche Weise kann auch als Winkelauslenkung des Mahl rohrs im Winkeldetektor 14 die Richtung des Flußvektors der Drehfeldmaschine erfaßt werden. Die Richtung des Flußvektors wird vorteilhaft in Form der ständerorientierten Komponenten ψ. cos ϕ und ψ. sin ϕ oder der normierten Komponenten cos ϕ, sin ϕ verarbeitet. Werden die Nulldurchgänge einer Komponente gezählt, so ergibt deren Anzahl m einen Digital wert der Winkelauslenkung gemäß α=m · π/p+π/2p, das bei der üblichen hohen Polpaarzahl (p=20 . . . 40) eine ausreichende Winkelauflösung besitzt. Diese kann noch erhöht werden, wenn auch die Nulldurchgänge der anderen ständerorien tierten Flußkomponente gezählt werden.In the same way, the direction of the flux vector of the induction machine can also be detected as the angular deflection of the grinding tube in the angle detector 14 . The direction of the flow vector is advantageous in the form of the stand-oriented components ψ. cos ϕ and ψ. sin ϕ or the standardized components cos ϕ, sin ϕ. If the zero crossings of a component are counted, their number m gives a digital value of the angular deflection according to α = m · π / p + π / 2p, which has a sufficient angular resolution at the usual high number of pole pairs (p = 20... 40). This can be increased even if the zero crossings of the other flow component oriented to the status are counted.

Der Winkeldetektor 14 in Fig. 4 enthält zu diesem Zweck die Nullpunktdetektoren 15a, 15b, deren Ausgangssignale bei jedem Nulldurchgang ihren Zustand ändern. Werden diese Zustandsfolgen in nachfolgende Schieberegister 16a, 16b einge lesen, so können deren Speicherinhalte in einem nachfolgenden Decodierer in eine geeignete Form für die weitere Verarbeitung der Winkelauslenkung umgesetzt werden.For this purpose, the angle detector 14 in FIG. 4 contains the zero point detectors 15 a, 15 b, the output signals of which change their state at each zero crossing. If these status sequences are read into subsequent shift registers 16 a, 16 b, their memory contents can be converted into a suitable form for the further processing of the angular deflection in a subsequent decoder.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 wird die gezählte Anzahl der Nulldurchgänge, d. h. die den Winkel α beschreibenden Speicherinhalte der Schieberegister 16b und 16b, in einen Vergleicher 31 eingelesen und dort mit dem einem kritischen Füllungszustand entsprechenden kritischen Winkel αc ver glichen. Dieser Vergleicher 31 gibt über ein nachgeschaltetes UND-Gatter 32 das dem anderen Eingang des UND-Gatters einge gebene Zustandssignal der Zustandserfassung 19 frei, sobald der kritische Grenzwinkel αc erreicht oder überschritten ist.In the embodiment of FIG. 4, the counted number of zero crossings, ie the memory contents of the shift registers 16 b and 16 b describing the angle α, is read into a comparator 31 and compared there with the critical angle αc corresponding to a critical filling state. This comparator 31 releases, via a downstream AND gate 32, the state signal given to the other input of the AND gate of the state detection 19 as soon as the critical limit angle αc is reached or exceeded.

Dieses Zustandssignal ist in der Zustandserfassung 19 der Fig. 4 von dem Polaritätsdetektor 30 auf einen kritischen Wert gesetzt, solange das Antriebsmoment Mel zunimmt. Es verschwindet, sobald Mel den Maximalwert erreicht, unabhängig von der Höhe des Maximalwerts selbst. Das UND-Gatter 32 zeigt an seinem Ausgang daher den kritischen Zustand an, wenn das Maximum beim kritischen Winkel αc noch nicht erreicht wird.This state signal is set in the state detection 19 of FIG. 4 by the polarity detector 30 to a critical value as long as the drive torque Mel increases. It disappears as soon as Mel reaches the maximum value, irrespective of the height of the maximum value itself. The AND gate 32 therefore shows the critical state at its output if the maximum has not yet been reached at the critical angle αc.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wiederholt sich das Hochlaufen des Drehmoments auf einen relativen Maximalwert und die nachfolgende Abnahme des Drehmoments mehrfach, solange das Füllgut durch den fortschreitenden Mahlvorgang noch nicht ausreichend gemahlen und homogen ist. Die Zustandserfassung spricht aber aufgrund ihrer Struktur auf kleine Schwerpunkts änderungen nicht an, die auf zufällige Relativbewegungen im Füllgut zurückzuführen sind und dem in Fig. 2 gezeigten glatten Verlauf überlagert sein können. Dabei ist das erste von der Zustandserfassung gemeldete relative Maximum des Antriebsmoments gleichzeitig auch dessen absolutes Maximum. Später auftretende relative Maxima, die vom Differenzverstärker 26 und dem Polaritätsdetektor 30 ebenfalls erfaßt werden, spielen für die Erfassung des kritischen Zustandes demnach keine Rolle. Daher ist vorteilhaft am Ausgang der Zustandserfassung 19 ein Speicher (Flip-Flop 33) angeordnet, der beim Anfahren auf den kritischen Zustand gesetzt und beim Erreichen des ersten Maximums von der Zustandserfassung auf den unkritischen Zustand gesetzt und auf diesem Zustand erhalten bleibt.As can be seen from FIG. 2, the acceleration of the torque to a relative maximum value and the subsequent decrease in the torque are repeated several times, as long as the filling material is not sufficiently ground and homogeneous due to the progressive grinding process. However, due to its structure, the state detection does not respond to small changes in the center of gravity, which can be attributed to random relative movements in the filling material and can be superimposed on the smooth course shown in FIG. 2. The first relative maximum of the drive torque reported by the condition detection is also its absolute maximum. Relative maxima occurring later, which are also detected by the differential amplifier 26 and the polarity detector 30 , therefore play no role in the detection of the critical state. Therefore, a memory (flip-flop 33 ) is advantageously arranged at the output of the state detection 19 , which is set to the critical state when moving off and is set to the non-critical state by the state detection and is maintained in this state.

Claims

1. A method for monitoring the load state of a rotating mechanism which is driven by a field-oriented controlled induction machine, characterized in that the value of the vertical component of the stator current vector of the induction machine and as a substitute for the angle of rotation for the mechanical counter-torque acting on the rotating mechanics the mechanics of the field angle of the induction machine can be picked up on the control device and that at least one monitoring signal is formed from the substitute variables.

2. The method according to claim 1, characterized in that that as a substitute for the speed of the Mechanics on the control device the field frequency of the rotating field machine is tapped and monitored.

3. The method according to claim 1, characterized in that the value of the vertical component is tapped at the output of a controller which receives the control deviation the field frequency is supplied by a frequency setpoint.

4. The method according to claim 1, characterized in that the field-oriented as the field angle Cartesian components of the field vector formed by zero gears of one or both components counted and the number of Zero crossings can be used as a substitute value for the angle of rotation.

5. The method according to claim 1, characterized in that when reaching a maximum for the Counter torque substitute variable set a status signal and that Status signal with the replacement angle of rotation for monitoring signal is linked.

6. The method according to claim 5, characterized in that with a low smoothing time constant the value of the counter torque substitute size and with a larger one Smoothing time constant an average of the counter torque Substitute size is formed and that reaching a maximum value of the counter-moment equivalent quantity at the polarity reversal of the Difference between the two values is detected.

7. Application of the method according to one of claims 1 to 6 for the detection of a critical state when the mechanical system starts, in particular for the detection of a "frozen charge" state of the filling of a tube mill, characterized by the following steps:

a) The angular deflection of the field vector relative to an initial position is detected during startup;
b) by means of a signal formed from the component of the stator current perpendicular to the field, a state signal associated with a critical load state is formed as soon as the component perpendicular to the field reaches a maximum value; and
c) from the value of the status signal and the value of the angular deflection, the angular deflection present when the maximum value is reached is formed as a measure of the load state of the mechanics.

8. Device for monitoring the load state of a rotating Mechanics by a field-oriented controlled rotating field machine is driven, being in a control device Flow calculator determines the field angle of the induction machine and the command values entered for the control device for the field vector parallel and vertical component of the stator current vector by means of the field angle into stand-oriented control variables of a st which feeds the stator windings of the induction machine be transferred to Richters by a monitoring device, the inputs of which to the Control device are connected, and as a replacement size for the counter-moment is the actual value or setpoint of the field vertical Component of the stator current vector and as a substitute for the Angle of rotation of the field angles are supplied, and in which from the Substitute quantities at least one monitoring signal is formed.

9. The device according to claim 8, characterized in that the monitoring device one to the Input for the component connected to the field vertical component direction for condition detection, one attached to the flow computer closed angle detector for evaluating the field angle and one to the device for condition detection and the angle detector connected to the detector to form the Monitoring signal by linking the angle signal with the Contains status signal.

10. The device according to claim 9, characterized in that,

a) the device for condition detection includes a transmission element with a low smoothing time constant and a smoothing element with a higher smoothing time constant and a polarity detector for the difference between the signals supplied by the transmission element and the smoothing element and a state memory resettable by the polarity detector;
b) that the angle detector contains a counting device for the zero crossings of the stand-oriented Cartesian components of the field vector picked up at the flow computer; and
c) that the evaluation device contains a query device fed by a critical limit value for the angular deflection, the output signal of the angle detector and the output signal of the state memory, which by comparing the predetermined critical limit value with the angle signal coinciding with a change in the state signal stored in the state memory Monitoring signal delivers.