DE4125095C2 - Motorregelsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Motorregelsystem für eine Ferti­ gungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der Fertigungsanlage kann es sich um eine Walzstraße, eine Verteilungsstraße oder dergleichen handeln. Eine Anlage dieses Typs ist für gewöhnlich so aufgebaut, daß sie über eine oder mehrere Arbeitsmaschinen verfügt, die längs der Straße angeordnet sind. Da der Betriebszustand der Arbeitsmaschinen in engem Zusammenhang mit Änderungen im Ablaufszustand oder dergleichen der Anlage steht, müssen die Arbeitsmaschinen gemeinsam durch einen Prozeßrechner und/oder eine Anlagenregelung (im folgenden kollektiv als "Anlagenregelung" bezeichnet) gesteuert und geregelt werden. Das heißt, daß eine Struktur erforderlich ist, die so aufgebaut ist, daß von der Anlagenregelung ein Befehl an jede der Arbeits­ maschinen entsprechend Änderungen im Betriebszustand gegeben werden kann und daß die Arbeitsmaschinen synchron auf den oben genannten Befehl hin geregelt werden, um die Änderungen im Betriebszustand zu berücksichtigen. Zum Beispiel ist eine Walzstraße oder eine Glühstraße in einem Walzwerk so aufgebaut, daß sie über mehrere Arbeitsmaschinen, wie Wickeleinrichtungen für gewalztes Band, Walzeinrichtungen zum Walzen, Führungswalzen, Zugwalzen, Hilfswalzen und dergleichen, verfügt. In einer so aufgebauten Anlage müssen die Drehzahlen aller Motoren für die jeweiligen Arbeitsmaschinen synchron geregelt werden, damit sie an Änderungen im Betriebszustand angepaßt sind (wie z. B. dem von der Dicke des gewalzten Materials abhängigen Zustand). Bisher wurde zum Erfüllen des vorstehend genannten Erfordernisses ein System verwendet, bei dem ein Drehzahlbefehl von der Anlagenregelung an Motorregler ausgegeben wird und jeder Motorregler die Drehzahl des zugehörigen Motors abhängig vom so zugeführten Befehl einstellt. Wenn sich jedoch beim so aufgebauten Walzprozeß oder dergleichen der Betriebszustand, wie die Dicke des gewalzten Materials oder dergleichen, ändert, ändert sich das Trägheitsmoment des kinetischen Systems jedes der Motoren oder dergleichen. Diese Änderungen führen dazu, daß sich die Drehzahlen der Motoren voneinander unterscheiden, was zur Folge hat, daß sich der auf das gewalzte Material ausgeübte Zug ändert. Dadurch nimmt die Qualität des gewalzten Materials ab, und es entsteht das Problem einer übermäßigen Belastung für einen Teil der Motoren. Um die oben genannte unerwünschte Zugänderung zu vermeiden, besteht das Erfordernis einer gleichförmigen Drehzahl für die Motoren als wichtiger Faktor.

Bisher wurde zum Einstellen der oben genannten Drehzahl­ übereinstimmung ein Verfahren verwendet, das so aufgebaut ist, daß jeder der Motoren als Regelungscharakteristik eine nachgebende Charakteristik aufweist, die dem elektrischen Laststrom entspricht, um dadurch den im Regelungs­ system vorhandenen Einstellfehler und dergleichen aufzufangen. Es wurde auch ein Verfahren verwendet, das so ausgebildet ist, daß die Zugspannungsabweichung durch eine Zugspannungs-Regelschleife verringert wird.

Mit den oben beschriebenen herkömmlichen Methoden wurden zwar sehr zufriedenstellende Effekte dahingehend erzielt, daß die erzeugten Zugspannungsänderungen verringert werden konnten, jedoch besteht das Problem, daß die Erzeugung der Zugspannungsänderungen nicht verhindert werden kann. Zu einer Walzstraße gehören Walzen, wie Ablenkwalzen, die sich zusammen mit dem gewalzten Material drehen müssen. Eine Ände­ rung in der Arbeitsgeschwindigkeit der Straße oder in der Zugspan­ nung führ jedoch zu unerwünschtem Schlupf zwischen den einzelnen Walzen und dem zu walzenden Material oder zu übermäßig großer Lasteinwirkung auf den Motor.

Die vorstehend beschriebene Zugspannungsänderung kann dadurch verhindert werden, daß die Regelverstärkung, wie die Proportionalverstärkung jedes Motors, und/oder ein Regelparameter, wie eine Intergrationszeitkonstante, abhängig von Änderungen in den Betriebsbedingungen verändert wird. Der vorstehend genannte Schlupf und die übermäßig große Belastung können darüber hinaus dadurch verhindert werden, daß der Grenzwert für den dem Motor zugeführten Laststrom eingestellt wird. Jedoch hat keine der herkömmlichen Maßnahmen die oben beschriebenen Erfordernisse erfüllt. Änderungen im Betriebszustand der einzelnen Arbeitsmaschinen aufgrund von Änderungen im Betriebsablauf konnten daher nicht verhindert werden.

Wenn ein Regelparameter für jeden der Motoren so verändert wird, daß er an den Betriebszustand angepaßt ist, muß das System so aufgebaut sein, daß die Änderung im Betriebszustand des Prozesses durch die Anlagenregelung festgestellt wird, der Regelparameter für jeden der Motoren abhängig vom Ermittlungsergebnis berechnet wird und das Berechnungsergebnis an jeden der Motorregler übertragen wird, um die Einstellung des Regelparameters zu ändern.

Wenn jedoch mehrere an der Änderung beteiligte Regelparameter für die Einstellung in herkömmlicher Weise seriell übertragen werden (z. B. mit einem Verfahren, wie es in der japanischen Patentoffenlegung 58-1 75 991 beschrieben ist), nimmt die Anzahl der zu übertragenden Befehls-Wörte mit der Anzahl der Regelparameter zu. In diesem Fall tritt das Problem auf, daß der Empfangsabschnitt des Motorreglers Hardware, wie Seriell/Parallel-Wandler und Dekoder, für die Anzahl der Wörter aufweisen muß, die dem Übertragungsformat entsprechen, wie es für die serielle Übertragung verwendet wird. Daher wird die Gesamtstruktur kompliziert, was zu einem Ansteigen der Gesamtkosten führt. Ein weiteres Problem entsteht dadurch, daß dann, wenn die Anzahl zu ändernder Regelparameter ansteigt oder der Typ von Regelparametern anhängig von der Änderung im Regelsystem zu ändern ist, die Struktur nicht einfach geändert werden kann, um eine Anpassung an die oben beschriebene Änderung zu bewirken.

Noch problematischer ist, daß die für die Über­ tragungsvorgänge erforderliche Zeit mit der Anzahl der Wörter zunimmt, was die Hochgeschwindigkeits-Rückkopplungseigenschaften bei den Regelvorgängen verschlechtert. Das Drehzahlregelsystem und das Stromregelsystem müssen Hochge­ schwindigkeits-Ansprechcharakteristiken aufweisen, um dem sich dynamisch ändernden Lastzustand zu entsprechen, jedoch verschlechtern sich diese Charakteristiken aufgrund verlän­ gerter Übertragungszeit der Steuerbefehle.

Aus "Technische Rundschau" 48/87, Seiten 58-62, ist ein Motor­ regelsystem für eine Fertigungsanlage mit den im Oberbe­ griff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen bekannt. Dort werden die Regelparameter offenbar wie üblich vor Betriebsbe­ ginn vorgegeben.

Ein ähnliches Motorregelsystem ist aus "IEEE Transactions on Industry Applications" Band IA-20, Nr. 4, July/August 1984, Seiten 785-794 bekannt, wobei eine Regelung für den Normalbe­ trieb beschrieben wird.

Die aus DE 39 25 104 A1 weiterhin bekannte Vorrichtung be­ trifft eine Banddickenregelung bei Kaltwalzgerüsten, wobei es darum geht, die Bandgeschwindigkeit bei sich änderndem Wickeldurchmesser konstant zu halten.

Aus DE 37 15 468 A1 ist ferner eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlkorrekturregelung bei Walzanordnungen bekannt, die eine Regelung der Motordrehzahl innerhalb eines zulässigen Bereichs bewirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Motorregelungssystem für eine Fertigungsanlage anzugeben, die eine Anpassung an einen sich ändernden Betriebszustand, bei dem es sich im Falle eines Walzwerks beispielsweise um die Walzgutdicke handeln kann, rasch und ohne Störung des Betriebs durchzuführen.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht eines Motorregel­ systems für eine Glühanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Anlagenregelung im Ausführungsbeispiel von Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Rahmens für serielle Datenübertragung;

Fig. 4 eine schematische Ansicht zu übertragender Daten;

Fig. 5 eine schematische Ansicht einer Bitanordnung für einen Befehl zum Ändern eines Regelparameters;

Fig. 6 ein Blockdiagramm einer Berechnungseinrichtung für Regelparameter und einer Befehlseinrichtung zum Aktualisieren von Parametern in einer Anlagenregelung;

Fig. 7 eine schematische Ansicht eines Motorreglers für das Ausführungsbeispiel von Fig. 1;

Fig. 8 eine Konkordanztabelle zwischen Parameterkodes und Regelparametertypen;

Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Ausführungs­ beispiels, bei dem der Motorregler durch einen Mikrocomputer gebildet ist;

Fig. 10 eine schematische Ansicht eines Empfangsabschnitts beim Ausführungsbeispiel von Fig. 9;

Fig. 11 ein Blockdiagramm eines Drehzahlregelungssystems im Ausführungsbeispiel von Fig. 7;

Fig. 12 einen Abschnitt eines Regelparameterspeichers und eines Arbeitsspeichers; und

Fig. 13 ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Erfindung auf eine Ablenkwalze in einem Walzwerk angewendet ist.

Fig. 1 veranschaulicht die Gesamtstruktur eines erfindungsgemäßen Systems zum Regeln eines Motors in einer Straße zum Glühen gewalzten Materials. Die Fig. 2 bis 8 sind Detailansichten zum Veranschaulichen jedes Elements. Die Glüh- oder Vergütungs­ straße gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist in solcher Weise ausgebildet, daß ein gewalztes Material 2, das auf einem Zwischenwickel 1 aufgewickelt ist, in eine Glühvorrichtung 6 mit mehreren Hilfswalzen 5A bis 5N über eine eingangsseitige Zugwalzengruppe 4 mit mehreren Zugwalzen 3A bis 3D eingeführt wird. Das so eingeführte gewalzte Material 2 wird in der Glühvorrichtung 6 geglüht, bevor es aufeinanderfolgend eine ausgangsseitige Zugwalzengruppe 8 mit mehreren Zugwalzen 7A bis 7C durchläuft und dann auf einen Wickel 9 aufgewickelt wird. Der Zwischenwickel 1 wird durch einen Motor 10A angetrieben, die eingangsseitigen Zugwalzen 3A bis 3D werden durch Motoren 10B bis 10E angetrieben. Die Hilfswalzen 5A bis 5N werden über Motoren 10F bis 10J angetrieben, die ausgangsseitigen Zugwalzen 7A bis 7C werden über Motoren 10K bis 10M angetrieben, und der Wickel 9 wird durch einen Motor 10N angetrieben.

Um die Zugspannung im gewalzten Material in jedem Abschnitt konstant zu halten und dadurch die Qualität aufrechtzuerhalten und den Ablauf in der so aufgebauten Glühstraße sicher zu gestalten, ist der wichtigste Faktor ein gleichmäßiges Drehzahlverhalten der Motoren 10. Insbesondere dann, wenn sich der Betriebszustand, wie die Banddicke des gewalzten Materials oder das Material selbst, ändern, ändert sich das auf das kinetische System jedes Motors 10 wirkende Trägheitsmoment. Invers proportional zur genannten Änderung wird das Drehzahlverhalten geändert. Dies bedeutet, daß sich das Drehzahlverhalten für die Motoren unterschiedlich ändert, da das Änderungsverhältnis im Trägheitsmoment aufgrund der Änderung im Material oder dergleichen für jeden Motor unterschiedlich ist. Um für Gleichförmigkeit im Drehzahlverhalten zu sorgen, müssen demgemäß die Regelcharakteristiken für jeden Motor so eingestellt werden, daß sie der Änderung im Betriebszustand entsprechen. Es wird nun ein Motorregelsystem gemäß diesem Ausführungsbeispiel beschrieben, das dazu in der Lage ist, das oben genannte Erfordernis zu erfüllen.

Die Motoren 10A bis 10N werden jeweils durch einen von mehreren Motorreglern 20A bis 20N geregelt, die in solcher Weise angeordnet sind, daß sie eine vorgegebene Anzahl von Gruppen bilden. Um die Darstellung zu vereinfachen, ist ein Teil der Motorregler weggelassen. Die Motorregler 20A bis 20N empfangen Steuerbefehle, wie einen Befehl für Antriebsstopp, einen Drehzahlbefehl, einen Drehmomentbefehl, sowie Regelungsdaten einschließlich Regelparametern oder dergleichen, wie sie über einen Übertragungsweg 40 von einer Anlagenregelung 30 ausgegeben werden. Darüber hinaus kann Information, wie sie die Anlagenregelung 30 benötigt, von den Motorreglern 20A bis 20N übertragen werden. Schließlich wird aktuelle Information für erforderliche Arbeits­ maschinen von jeder von mehreren Sensorgruppen 45 an die Anlagenregelung 30 übertragen. Auch ist die Anlagenregelung 30 mit einem Wirtsprozeßrechner 50 verbunden.

Der Prozeßrechner 50 überträgt verschiedene Betriebsbefehle an die Anlagenregelung 30, und zwar abhängig vom Betriebszustand und der aktuellen Betriebsinformation, wie sie von der Anlagenregelung 30 erhalten wird. Die Anlagenregelung 30 erzeugt Befehle zum Einstellen der Drehzahl für jeden der Motoren 10, für den Strom, der diesen zuzuführen ist, und dergleichen, was abhängig von gegebenen Betriebsbefehlen erfolgt, und diese Befehle werden jeweils an die Motorregler 20 übertragen. Hierbei stellt die Anlagenregelung 30 den Betriebszustand abhängig von der aktuellen Betriebsinformation fest, die von der Sensorgruppe 45 zugeführt wird, und abhängig von der Betriebsinformation, die von jedem der Motorregler 20 zugeführt wird. Die Motorregler 20A bis 20N regeln die zugehörigen Motoren 10 abhängig vom Steuerbefehl, der von der Anlagenregelung 30 zugeführt wird.

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das einen wichtigen Teil der Anlagenregelung 30 veranschaulicht. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, verfügt die Anlagenregelung 30 über eine Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung 31, eine Regelparameter-Berechnungseinrichtung 32, eine Parametererneuerungs-Befehlseinrichtung 33 und eine Übertragungseinrichtung 34. Die Steuerbefehl-Erzeugungseinrichtung 31 erzeugt einen Befehl zum Steuern eines zugehörigen Motors 10 abhängig vom Betriebszustand und vom Betriebsbefehl, wie er vom Prozeßrechner 50 über den Übertragungsweg 42 zugeführt wird. Der erzeugte Steuerbefehl wird dem zugehörigen Motorregler 20 über die Übertragungseinrichtung 34 zugeführt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird ein Motorantriebsstoppbefehl D/S von der Übertragungseinrichtung 34 über ein Antriebsstopregister 35 empfangen. Ein Drehzahlbefehl ω wird ebenfalls von diesem empfangen, nachdem es durch eine Einheitenwandlungseinrichtung 36 von m/min für das Geschwindigkeitssystem des gewalzten Materials in U/min für das Drehzahlsystem des Motors gewandelt wurde. Ferner wird ein Drehmomentbefehl τ von ihm empfangen, nachdem es durch eine Einheitenwandlungseinrichtung 37 von N · m für das mechanische System in einen Befehl I für den elektrischen Strom in der Stromeinheit A für den Motor umgewandelt wurde.

Die Regelparameter-Berechnungseinrichtung 32 berechnet den neuesten Wert des Regelparameters für den Motor abhängig vom gemeldeten Betriebszustand, was auf vorgegebene Weise auf die weiter unten beschriebene Art erfolgt, um den jeweils neuesten Wert für einen oder mehrere Regelparameter auszugeben, um dadurch einem Erfordernis der Parametererneuerungs-Befehlseinrichtung 33 zu genügen. Letztere fügt einen Parameterkode, der dem Typ des Regelparameters entspricht, dessen Wert erneuert wurde, zum erneuerten Wert, hinzu, und das Ergebnis dieser Zusammensetzung wird an die oben genannte Übertragungseinrichtung 34 zu weitergegeben. Übertragungseinrichtungen 34 sind beim Ausführungsbeispiel individuell für die Motorregler 20A bis 20N vorhanden, um Daten an jeden von ihnen über einen sogenannten sternförmigen Übertragungsweg zu übertragen. Darauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Es kann vielmehr ein Aufbau verwendet werden, bei dem die Motorregler 20A bis 20N miteinander in einem Schleifenübertragungsweg verbunden sind, um die Daten über diesen Weg zu übertragen.

Die Übertragungseinrichtung 34 erzeugt Sendedaten 38 (A, B, . . .) aus dem oben beschriebenen Befehl für jeden Rahmen in Übereinstimmung mit einem Übertragungsformat, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Die Sendedaten 38 werden kontinuierlich mit jeder konstanten Übertragungsperiode an den zugehörigen Motorregler 20A bis 20N gegeben.

Die genannten Sendedaten 38 umfassen in einem Rahmen z. B. sechs Wörter, wie dargestellt, zu denen Kopfdaten HEAD und Enddaten END zum Steuern der Übertragung dienen. Die Kopfdaten HEAD bezeichnen den Kopfbereich der Sendedaten 38, während die Enddaten END Daten beinhalten, die das Ende der Sendedaten 38 wie auch Feh­ lerprüfdaten umfassen. Weiterhin sind vier Wörter im mittleren Bereich zwischen dem Kopf- und dem Endwort vorhanden, denen Steuerdaten DATA 1 bis 4 zugeordnet sind. Zum Beispiel sind der oben genannte Antriebsstoppbefehl D/S, der Drehzahlbefehl ω, der Strombefehl I und ein Regelparameter-Updatebefehl P den Werten DATA 1 bis 4 zugeordnet, wie in Fig. 4 dargestellt. Die Bits des Regelparameter-Erneuerungsbefehls P sind so angeordnet, daß sie in einen Parameterkodeabschnitt 39A aus n Bits (n=1, 2, 3, . . .) und einen Regelparameter-Datenabschnitt 39B mit (1w-n) Bits aufgeteilt sind.

Fig. 5 veranschaulicht die Bitstruktur des Regelparameter-Erneuerungs­ befehls P für den Fall, daß 1w=16 Bits und n=4 Bits gilt. In diesem Fall verfügt der Regelparameter-Datenabschnitt 39B über 12 Bits, so daß er dazu in der Lage ist, -2048 bis +2047 Regelparameter wiederzugeben. Daher kann, falls die Regelverstärkung zu ändern ist, der Regelparameter PD in einem Bereich von -20.48 bis +20.47 geändert werden kann, wobei angenommen wird, daß der ganzzahlige Konversionskoeffizient IC 0,01 ist, d. h. daß die zweite Dezimalstelle eine signifikante Ziffer ist. Infolgedessen erfolgt die so realisierbare Änderung in der Regelverstärkung in zufriedenstellender Weise so, daß sie einer gewöhnlichen Änderung im Regelparameter entspricht. Da andererseits vier Bits im Parameterkodeabschnitt 39A zur Verfügung stehen, können 16 Parameterkodes PC eingestellt werden.

Ein Ausführungsbeispiel für die Regelparameter-Berechnungseinrichtung 32 zum Erzeugen des oben genannten Regelparameter-Erneuerungs­ befehls P und die Parametererneuerungs-Befehlseinrichtung 33 ist in Fig. 6 dargestellt. Wie aus Fig. 6 erkennbar, liest die Regelparameter-Berechnungseinrichtung 32 den aktuellen Betriebszustand A aus, wie er unter einer Speicheradresse M-A gespeichert ist, z. B. den aktuellen Wert A des auf den Motor wirkenden Trägheitsmoments. Ein Multiplizierer 32A multipliziert den Ganzzahl-Konversionskoeffizienten IC, wie er unter einer Speicheradresse M-IC gespeichert ist, mit dem vorigen Wert, um den Dezimalwert des Trägheitsmoments A in einer ganzen Zahl mit der erforderlichen signifikanten Ziffer zu erhalten, was dadurch erfolgt, daß die Position der Dezimalstelle verschoben wird. Der vorgenannte ganzzahlige Konversions-Koeffizient IC hängt von der Dezimalstelle ab, an der die signifikante Ziffer steht. Wenn z. B. die signifikante Ziffer 0,01 sein soll, wird für IC der Wert 100 eingestellt. Dann erfolgt in einem Teiler 32B eine Division in solcher Weise, daß das Ausgangssignal des Multiplizierers 32A durch einen Ausgangswert B für den Betriebszustand geteilt wird, wie er unter einer Speicheradresse M-B abgelegt ist. Das Ergebnis der Division gilt als neuester Koeffizient RC (=IC×A/B) für den Regelparameter, wie er an die Parametererneuerungs-Befehlseinrichtung 33 zu übertragen ist. Die Anordnung ist also so gewählt, daß der neueste Wert des Regelparameters mit den Erneuerungs­ koeffizienten RC aktualisiert wird, wie er durch das Verhältnis in bezug auf den anfänglich gesetzten Wert zum Ausdruck kommt. Der Erneuerungskoeffizient RC, wie er der Parametererneuerungs-Befehlseinrichtung 33 zugeführt wird, wird durch einen Bitschieber 33A einer Operation unterzogen, bei der die Bits um n Bits nach oben verschoben werden, wie unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben, um einen Raum im Parameterkodeabschnitt 39A zu schaffen. Dann wird der vorgegebene Parameterkode PC, wie er unter der Speicheradresse M-PC abgelegt ist, über ein ODER-Glied 33B im oben genannten Parameterkodeabschnitt 39A gespeichert. Der so gespeicherte Parameterkode PC ist der zum zugehörigen Motorregler 20 über die Übertragungseinrichtung 34 zu übertragende Parametererneuerungsbefehl P.

Unter Bezugnahme auf Fig. 7 wird nun die Blockstruktur eines Ausführungsbeispiels eines Motorreglers 20 beschrieben. Dieser verfügt über eine Empfangseinrichtung 21, eine Ablaufsteuerung 22, eine Regeleinrichtung 23, eine Parameter- Erneuerungseinrichtung 25 und einen Leistungskonverter 24, wie einen Inverter. Die Empfangseinrichtung 21 empfängt Steuerdaten, wie sie über den Übertragungsweg 40 übertragen werden, um sie gemäß dem oben genannten Übertragungsformat zu dekodieren. Es wird dann der Antriebsstoppbefehl D/S an die Antriebs-Ablaufsteuerung 22 gegeben, der Drehzahlbefehl ω und der Strombefehl I gelangen an die Regeleinrichtung 23, und der Parametererneuerungsbefehl P wird an die Parametererneuerungs­ einrichtung 25 übertragen. Die Antriebs-Ablaufsteuerung 22 steuert hauptsächlich die Funktion des Leistungskonverters 24 abhängig vom Inhalt der Steuerung, wie sie durch den Antriebsstoppbefehl P/S vorgegeben wird.

Beim Ausführungsbeispiel verfügt die Regeleinrichtung 23 über ein Drehzahlregelsystem ASR26, einen Strombegrenzer 27 und ein Stromregelsystem ACR28. Das Drehzahlregelsystem ASR26 verarbeitet die Abweichung zwischen dem zugeführten Drehzahlbefehl ω und der tatsächlichen Drehzahl ωA, wie sie von einem Drehzahlmesser 12 des Motors 10 zugeführt wird, in proportionaler und integraler Weise, und sie gibt einen elektrischen Strombefehl in solcher Weise aus, daß die genannte Abweichung zu Null werden soll. Der Strombegrenzer 27 verarbeitet das Ergebnis einer Addition des Strombefehls I, wie er von der Anlagensteuerung 30 zugeführt wird, und des Strombefehls, wie er vom Drehzahlregelsystem ASR26 zugeführt wird, um dieses unter Begrenzung auf einen oberen und einen unteren Grenzwert für den elektrischen Strom weiterzugeben, falls Begrenzung erforderlich ist. Das Stromregelsystem ACR28 erzeugt einen Ausgangsspannungsbefehl für den Leistungskonverter 24, um die Abweichung zwischen dem elektrischen Strombefehl, wie er vom Strombefehler 27 übertragen wird, und dem aktuellen Strom, wie er vom Stromdetektor 29 gemeldet wird, auf Null zu stellen. Der Leistungskonverter 24 wird genau abhängig vom zugeführten Ausgangsspannungsbefehl betätigt, um die Drehzahl des Motors 10 einzustellen.

Die Parameter-Erneuerungseinrichtung 25 verfügt über eine Konkordanztabelle für den Parameterkode PC und Typen von Regelparametern, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist. Auf die Konkordanztabelle wird abhängig vom zugeführten Parameterkode PC zugegriffen, um den zugehörigen Regelparametertyp festzulegen. Der neueste Wert PD des zugeführten Regelparameters wird für den festgelegten Regelparameter an das Regelsystem übertragen, so daß der bisher geltende Regelparameter auf aktualisiert wird. Wenn z. B. der spezifizierte Parametertyp die ASR-Proportionalitätskonstante K1 ist, wird die Proportionalitätskonstante K1 des Drehzahlregelsystems ASR26 aktualisiert (siehe Fig. 11). Infolgedessen wird eine Änderung im Drehmoment oder dergleichen aufgrund einer Änderung im Betriebszustand kompensiert. Daher kann die Drehzahlgleichförmigkeit des Motors 10 durch das realisierte Drehzahlansprechverhalten auch dann aufrechterhalten werden, wenn eine Änderung in der Banddicke oder dergleichen des gewalzten Materials stattfand.

Es wird nun ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem der vorstehend beschriebene Motorregler 20 durch einen Mikrocomputer gebildet wird, wie in Fig. 9 dargestellt. Darüber hinaus wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 10 bis 12 ein besonderes Ausführungsbeispiel für den Ablauf zum Erneuern der Regelparameter beschrieben. Fig. 9 zeigt den Abschnitt, der dem in Fig. 7 dargestellten Abschnitt entspricht. Der Motorregler 20 von Fig. 7 wird mit Ausnahme des Leistungskonverters 24 und des Stromdetektors 29 durch einen Mikrocomputer 60 gebildet. Dieser verfügt über einen Mikroprozessor MPU61, einen Programmspeicher P-MEM62, einen Pulsausgabeabschnitt PO63, einen Analogeingangsabschnitt AI64, einen Zähler CNT65, einen Empfangsabschnitt RIO66, einen Digitaleingabebereich DO68, einen Regelkonstantenspeicher V-MEM69, einen Arbeitsspeicher W-MEM70 und einen Daten/Steuer-Bus 71, der die oben genannten Elemente miteinander verbindet. Der Mikroprozessor 61 startet seinen Ablauf dadurch, daß er entweder mit Spannung versorgt wird oder daß ein allgemeiner Rücksetzablauf ausgeführt wird. Er arbeitet dann gemäß einem im Speicher MEM62 abgelegten Programm.

Der Empfangsabschnitt RIO66 ist aufgebaut, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist. Der Pulszug seriell übertragener Steuerdaten wird über einen Trenntrafo 81 empfangen. Die empfangenen Steuerdaten werden durch einen Seriell/Parallel-Wandler 82 in Paralleldaten umgesetzt. Die parallelen Steuerdaten werden durch einen Dekoder 83 in die Werte DATA1 bis 4, wie sie in Fig. 4 dargestellt sind, umgewandelt, die dann in einem Register 84 gespeichert werden.

Die vorstehend genannten Daten DATA1 bis 4 werden durch den Mikroprozessor MPU61 ausgelesen, falls dies zum Steuern des Motors 10 erforderlich ist. Zum Beispiel wird ein Antriebsstoppbefehl vom Ausgabeabschnitt PO63 abhängig vom Antriebsstoppbefehl D/S an den Leistungswandler 24 ausgegeben, während der Drehzahlbefehl ω und der Strombefehl I in den Berechnungsprozeß eingegeben werden, der durch die oben beschriebene Steuereinrichtung 23 betrieben wird.

Das Steuerblockdiagramm für die Einrichtung ASR26, die die Steuereinrichtung 23 bildet, ist in Fig. 11 dargestellt. Steuerdaten, die zum Ausführen der Steuerungsberechnung erforderlich sind, werden aus einer vorgegebenen Adresse des Arbeitsspeichers W-MEM70 ausgelesen. Der Drehzahlbefehl ω wird unter einer Adresse M111 gespeichert. Das vom Drehzahldetektor 12 ermittelte Drehzahlsignal wird vom Zähler CNT65 als tatsächliche Drehzahl ωA erhalten, die unter einer Adresse M112 gespeichert wird.

Eine ASR-Integrationszeitkonstante TN wird unter einer Adresse M151 und ein ASR-Proportionalitätsfaktor K1 unter einer Adresse M121 gepeichert. Die Integrationszeitkonstante TN und der Proportionalitätsfaktor K1 werden, was weiter unten beschrieben wird, jederzeit abhängig von einer Änderung im Betriebszustand auf einen neuen Wert geladen. Dann wird durch einen Addierer 26A die Abweichung zwischen den Werten ω und ωA berechnet, und die Abweichung wird durch eine Proportionalintegriereinrichtung integriert, die durch einen Integrator 26B und einen Addierer 26C gebildet ist. Das Integrieren erfolgt mit der Integrationszeitkonstanten TN.

Der Proportionalitätsfaktor K1 wird durch einen Multiplizierer 26D multipliziert, so daß der Strombefehl IS für den Motor erzeugt wird. Dieser Strombefehl IS wird unter einer Adresse M183 gespeichert, um als Befehl für den Strombegrenzer 27 im oben beschriebenen Stromsteuersystem 28 zu dienen. Ein Symbol s des Integrators 26B repräsentiert einen Operanden. Im Stromsteuersystem 28 wird der Befehlswert für die Ausgangsspannung vom Leistungswandler 24 abhängig von der Abweichung zwischen dem Additionsergebnis der Strombefehle IS und I und dem aktuellen Strom IA vom Analogeingabeabschnitt AI64 erhalten, und der so erhaltene Befehlswert wird dann über den Pulsausgabeabschnitt PO63 an den Leistungswandler 24 übertragen. Infolgedessen wird der Motor 10 gemäß der Drehzahlregelcharakteristik des Drehzahlregelsystems 26 geregelt, wie sie durch die Integrationszeitkonstante TN und den Proportionalitätsfaktor K1 gegeben ist.

Es wird nun der Erneuerungsablauf für die Proportionalitätskonstante K1 abhängig vom vorstehend beschriebenen Trägheitsmoment erläutert, das sich mit Änderungen im Betriebszustand ändert. Die Erläuterung erfolgt unter Bezugnahme auf den Regelkonstantenspeicher V-MEM69 und den Arbeitspeicher W-MEM70, wie sie in Fig. 12 dargestellt sind. Der Speicher V-MEM69 speichert vorab verschiedene erstellte Daten für mindestens diejenigen Parameter, die unter den Regelparametern PD, die sich auf die Regelung des jeweiligen Motors beziehen, in Zusammenhang mit dem Betriebszustand zu erneuern sind.

Gemäß Fig. 10 werden Parameterkodes PC1, PC3 für den zu erneuernden Regelparameter, eine Adresse PCN für den Arbeitsspeicher W-MEM, ein oberer Grenzwert RCH für den Erneuerungskoeffizienten und ein unterer Grenzwert RCL für den Erneuerungskoeffizienten gespeichert. Der Motorregler 20 initialisiert den zu erneuernden Regelparameter PD abhängig von Werten aus dem Speicher V-MEM69 nach dem Systemstart, um die initialisierten Wert im Arbeitsspeicher W-MEM70 abzulegen.

(1) Die Adresse für den Arbeitsspeicher W-MEM, der obere Grenzwert RCH und der untere Grenzwert RCL für den Erneuerungskoeffizienten werden für jeden zu erneuernden Regelparameter PD aus dem Regelkonstantenspeicher V-MEM69 ausgelesen.

(2) Der aktuell aus der Adresse des Speichers W-MEM gelesene Inhalt wird unter einer anderen Adresse zwischengespeichert. Zum Beispiel wird der ASR-Proportionalitätsfaktor K1 in einer anderen Adresse M131 zwischengespeichert.

(3) Der ausgelesene obere Grenzwert RCH und der ausgelesene untere Grenzwert RCL für den Erneuerungskoeffizienten werden unter vorgegebenen Adressen gespeichert.

(4) Ein Anfangswert (für gewöhnlich auf 100% gesetzt) wird unter der Adresse für den Erneuerungskoeffizienten RC abgelegt.

(5) Alle zu erneuernden Regelparameter PD werden aufeinanderfolgend den vorstehend genannten Initialisierschritten (1) und (2) unterzogen.

Der Ablauf zum Erneuern der Regelparameter PD, wie er von der Parameter-Erneuerungseinrichtung 25 ausgeführt wird, läuft mit den folgenden Schritten ab.

(11) Es wird überprüft, ob der zugeführte Parameterkode RC vernünftig ist, um Daten vor Zerstörung aufgrund eines fehlerhaften Erneuerungsablaufs zu schützen.

(12) Die Adresse im Arbeitsspeicher W-MEM für den Regelparameter PD, wie er dem zugeführten Parameterkode PC entspricht, wird aus dem Speicher V-MEM69 erhalten. Dann wird abhängig vom erhaltenen Wert aus dem Speicher V-MEM69 die Adresse im Speicher W-MEM für den Erneuerungskoeffizienten RC erhalten.

(13) Anschließend wird der zugeführte Erneuerungskoeffizient RC Vergleichen mit dem oberen Grenzwert RCH und dem unteren Grenzwert RCL des Erneuerungskoeffizienten unterzogen, um zu prüfen, ob er ein vernünftiges Maß aufweist. Wenn der Wert im Bereich zwischen den beiden Grenzwerten liegt, wird er unter der Adresse des Arbeitsspeichers W-MEM abgelegt, die erhalten wurde, wie vorstehend beschrieben. Wenn er nicht im vorgegebenen Bereich liegt, wird er als fehlerhafter Datenwert verworfen.

(14) Dann wird der zu erneuernde Regelparameter PD, wie er im Prozeß (2) zwischengespeichert wurde, mit dem Erneuerungskoeffizienten RC multipliziert, um ihn nach der Erneuerung als Regelparameter PD zu verwenden. Dieser wird dann unter einer vorgegebenen Adresse abgespeichert.

Zum Beispiel wird der Wert K1 unter der Adresse M131 mit dem Erneuerungskoeffizienten RC1 unter der Adresse M122 multipliziert, und das Multiplikationsergebnis wird als Regelparameter K1 nach der Erneuerung unter der Adresse M121 abgelegt. Infolgedessen kann die Proportionalitätskonstante K1 der Regeleinrichtung 26 auf den neuesten Stand gebracht werden, wie dies in Fig. 11 dargestellt ist.

Wie vorstehend beschrieben, kann der Regelparameter PD für die Regelung des Motors abhängig von einem Regelparameter- Erneuerungsbefehl P der von der Anlagenregelung 30 übertragen wird, aktualisiert werden. Daher kann die Charakteristik für die Motorregelung immer auf diejenige eingestellt werden, die einer Änderung im Betriebszustand am besten entspricht. Selbst wenn sich z. B. das auf einen der Motoren wirkende Trägheitsmoment aufgrund einer Änderung in der Dicke des gewalzten Materials verändert, wird die Drehzahlansprechcharakteristik so geändert, daß die genannte Änderung kompensiert wird. Daher kann eine gleichförmige Drehzahl zwischen den Motoren aufrechterhalten werden, und es läßt sich ein anormaler Ablauf vermeiden, bei dem sich die Zugspannung im gewalzten Material ändert. Das heißt, daß die Motoren für die jeweiligen Arbeitsmaschinen synchron so geregelt werden können, daß Änderungen im Betriebszustand berücksichtigt sind.

Der oben beschriebene Ablauf zum Erneuern des Regelparameters wird immer dann ausgeführt, wenn der Regelparameter- Erneuerungsbefehl P ausgegeben wird. Das Wiederladen des Regelparameters PD wird darüber hinaus ausgeführt, um den Zeitpunkt zu treffen, zu dem die Arbeitsmaschine die oben beschriebene Änderung im Betriebszustand zeigt.

Als zu erneuernder Regelparameter kann der für den Motor geltende Grenzwert für den elektrischen Strom verwendet werden oder das Trägheitsmoment für das kinetische System des Motors, wie auch der Proportionalitätsfaktor für das Motorregelsystem oder eine Regelverstärkung wie die Integrationszeitkonstante oder dergleichen.

Der Erneuerungskoeffizient für einen Regelparameter wird zusammen mit einem Parameterkode übertragen, der den Typ des Regel­ parameters anzeigt, wobei der Regelparameter einem vorgegebenen Bit in einem Wort des Übertragungsformats zugeordnet ist. Der Motorregler 20 erfaßt den Typ des Regelparameters, der dem empfangenen Parameterkode entspricht, um den Erneuerungsablauf entsprechend dem Erneuerungskoeffizienten für den jeweiligen Wert des Regelparameters auszuführen. Daher ist eine Sende/Empfangs-Einrichtung dazu in der Lage, mit jeweils einem Wort Erneuerungswerte für mehrere unterschiedliche Regelparameter zu übertragen. Infolgedessen können mehrere Arten von Regelparametern mit einer minimalen Anzahl von Wörtern erneuert werden. Da darüber hinaus die Sende/Empfangs-Einrichtung einfach durch Vergrößern der Hardware, wie eines Seriell/Parallel-Wandlers und eines Dekoders für ein Wort, gebildet werden kann, können die Gesamtkosten erniedrigt werden. Wenn bei Änderung des Regelsystems die Anzahl zu ändernder Regelparameter erhöht oder der Typ der Regelparameter geändert wird, kann ein geeignetes System leicht dadurch gebildet werden, daß die Software in solcher Weise verändert wird, daß z. B. der Parameterkode hinzugefügt oder geändert wird.

Wenn mehrere Regelparameter zu aktualisieren sind, wird jeder in jeder Übertragungsperiode im Übertragungsformat für serielle Übertragung gespeichert. In diesem Fall wird jeder Regelparameter einmal in mehreren Übertragungsperioden auf den neuesten Stand gebracht. Daraus entsteht kein Problem, da eine Änderung in einem Regelparameter relativ langsam im Vergleich zum Geschwindigkeitsbefehl ω oder zum Strombefehl I für den elektrischen Strom erfolgt. Wenn dagegen Erneuerungsdaten für mehrere Regelparameter in einem Übertragungsrahmen gespeichert werden, verlängert sich der Übertragungsrahmen übermäßig, wodurch die Zeit zum Abschließen der Übertragung zu lang wird. Infolgedessen verschlechtert sich das Hochgeschwindigkeitsverhalten, wie es für die Regelabläufe eigentlich erforderlich ist.

Es wird nun ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem das erfindungsgemäße Motorsteuerungssytem auf eine Ablenkwalze in einem Walzwerk angewendet wird; dies wird durch Fig. 13 veranschaulicht. Wie dort dargestellt, soll ein durch ein Walzwerk 80 gewalztes Material 83 über eine Ablenkwalze 81 auf einem Wickel 82 aufgewickelt werden, der sich an der Ausgangsseite des Walzwerks 80 befindet. In diesem Fall muß die Ablenkwalze 81 mit einer Drehzahl entsprechend der Geschwindigkeit angetrieben werden mit der das gewalzte Material 83 ausgegeben wird. Die zwei Geschwindigkeiten weichen jedoch in einem Ausmaß voneinander ab, das dem Fehler im Förderverhältnis des Walzwerks 80 entspricht. Da dieser Fehler mehrere Prozent beträgt, stimmen die Geschwindigkeit der Ablenkwalze 81 und des gewalzten Materials nicht überein. Infolgedessen wird ein Motor 84 für die Ablenkwalze 81 aufgrund des Drehzahlregelsystems in einen überlasteten Zustand gebracht. Es entsteht dann ein Schlupf zwischen der Ablenkwalze und dem gewalzten Material 83. Demgemäß wird der Grenzwert für das Ausgangsdrehmoment der Ablenkwalze 81 abhängig vom Typ des gewalzten Materials so vorgegeben, daß die vorgenannte Überlastung und der Schlupf vermieden werden. Das heißt, daß der obere und der untere Grenzwert für den Strombegrenzer 27, wie in Fig. 7 dargestellt, so eingestellt werden, daß sie jeweils abhängig von Änderungen im Material aktualisiert werden, was durch den oben beschriebenen Ablauf für das Erneuern des Regelparameters erfolgt.

Claims (10)

1. Motorregelsystem für eine Fertigungsanlage mit mehreren Motorreglern (20A-N) zur Regelung von Arbeitsmaschinen (1-9) antreibenden Motoren (10A-N) und einer Anlagenregelung (30) zur gemeinsamen Steuerung der Motorregler (20A-N), wobei
die Anlagenregelung (30) eine Einrichtung (31) zum Er­ zeugen von Steuerbefehlen zur Steuerung der Motoren (10A-N) abhängig vom Betriebszustand der Fertigungsanlage und eine Übertragungseinrichtung (34) zum Übertragen von Daten ein­ schließlich des Steuerbefehls an jeden der Motorregler (20A-N) aufweist, und
jeder Motorregler (20A-N) eine Empfangseinrichtung (21) zum Empfangen der von der Anlagenregelung (30) übertragenen Daten sowie eine Regeleinrichtung (23) aufweist, die den zu­ gehörigen Motor (10A-N) abhängig von dem empfangenen Steuer­ befehl und von einer Regelcharakteristik regelt, die durch einen eingestellten Wert zumindest eines Regelparameters ge­ geben ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anlagenregelung (30) eine Regelparameter-Berech­ nungseinrichtung (32) zum Berechnen eines Erneuerungswertes für den Regelparameters mindestens eines Motorreglers (20A-N) abhängig von einer Änderung im Betriebszustand der Ferti­ gungsanlage und eine Parametererneuerungs-Befehlseinrichtung (33) zum Übertragen des Erneuerungswertes über die Übertra­ gungseinrichtung (34) an den betreffenden Motorregler (20A-N) aufweist, und
daß jeder Motorregler (20A-N) eine Parametererneuerungs­ einrichtung (25) zur Erneuerung des in der Regeleinrichtung (23) eingestellten Regelparameters abhängig von dem empfangenen Erneuerungswert aufweist, so daß die Regelcharakteristik abhängig von der Änderung im Betriebszustand der Fertigungs­ anlage änderbar ist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelparameter der Proportionalitätsfaktor und/oder die Inte­ grationskonstante des Regelsystems und/oder ein Stromgrenz­ wert des betreffenden Motors (10A-N) und/oder ein vorgegebenes Trägheitsmoment des Motors ist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Parametererneuerungs-Befehlseinrichtung (33) den Zeitpunkt, zu dem sich die Änderung im Betriebszustand der Fertigungsanlage auf eine Arbeitsmaschine (1-9) auswirkt, er­ mittelt und den Erneuerungswert für den Regelparameter zu dem ermittelten Zeitpunkt überträgt.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet,
daß die Übertragungseinrichtung (34) die Daten in einem vorgegebenen Übertragungsformat seriell überträgt,
daß die Parametererneuerungs-Befehlseinrichtung (33) den Erneuerungswert sowie einen den Regelparametertyp ange­ benden Parametercode an die Übertragungseinrichtung (34) ab­ gibt, wobei diesen Daten vorgegebene Bits in einem Wort des Übertragungsformats zugeordnet sind,
daß die Empfangseinrichtung (21) den Parametercode und den Erneuerungswert nach Unterteilung in Übereinstimmung mit dem Übertragungsformat der Parametererneuerungseinrichtung (25) zuführt, und
daß die Parametererneuerungseinrichtung (25) den einge­ stellten Wert des dem Parametercode entsprechenden Regelpara­ meters gemäß dem Erneuerungswert erneuert.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Parametererneuerungseinrichtung (25) eine Konkordanztabelle (Fig. 8) für den Zusammenhang zwischen Parametercodes und Re­ gelparametertypen aufweist und den eingestellten Wert des dem Parametercode entsprechenden Regelparameters unter Zugriff auf die Konkordanztabelle gemäß dem empfangenen Erneuerungs­ wert erneuert.

6. System nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn mehrere Regelparameter zu erneuern sind, die Parametererneuerungseinrichtung (25) in jeder Übertragungsperiode der Übertragungseinrichtung (34) die Regelparameter je­ weils für sich in dem Übertragungsformat speichert.

7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerbefehle eine Motor-Solldrehzahl und einen Motor-Sollstrom umfassen und die Regelcharakteristik die Drehzahl- und die Strom-Regelcharakteristik des be­ treffenden Motors (10A-N) darstellt.

8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fertigungsanlage ein Walzwerk mit einer Walzstraße oder einer Glühbearbeitungsstraße für Walzgut ist, wobei eine Änderung im Betriebszustand von einer Walz­ gut-Änderung, insbesondere einer Änderung in Typ, Dicke oder Gewicht des Walzguts, gebildet wird.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühbearbeitungsstraße mehrere Hilfswalzen (5) aufweist und der Regelparameter für die den Hilfswalzen (5) zugeordneten Motorregler (20F-J) eine Regelverstärkung zur Kompensation von Änderungen im Trägheitsmoment des betreffenden Motors (10F-J) aufgrund einer Walzgut-Änderung ist.

10. System nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzwerk eine Ablenkwalze (81) umfaßt und der Regel­ parameter für deren Motorregler (10) den unteren und den oberen Grenzwert für den dem zugehörigen Motor (84) zuzuführenden elektrischen Strom umfaßt.