DE69605043T2

DE69605043T2 - Verfahren und vorrichtung zur regelung der synchronisation von komplexen maschinen im fall des ausfalls der elektrischen stromversorgung

Info

Publication number: DE69605043T2
Application number: DE69605043T
Authority: DE
Inventors: Ezio Bertotto
Original assignee: Reel SRL
Current assignee: Reel SRL
Priority date: 1995-07-05
Filing date: 1996-06-27
Publication date: 2000-06-29
Anticipated expiration: 2016-06-28
Also published as: AU6417596A; ITVI950112A1; EP0836764B1; ITVI950112A0; DE69605043D1; WO1997002650A1; IT1280535B1; EP0836764A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Synchronisation von komplexen Maschinen im Fall des Ausfalls der elektrischen Stromversorgung, wie z. B. von automatisierten industriellen Einrichtungen zur Massenherstellung in mechanischen, Textil-, chemischen, Papier erzeugenden und Nahrungsmittel erzeugenden Bereichen, um nur einige Wenige der am Besten bekannten zu nennen.
Es ist bekannt, daß diese Maschinen gekennzeichnet sind durch eine große Anzahl von Vorrichtungen mit zugehörigen elektrischen Betätigungssystemen, die die verschiedenen Funktionen und Schritte der Herstellungsverfahren überwachen.
Diese Vorrichtungen sollen im allgemeinen synchron miteinander betrieben werden, das heißt sie sollen genaue Geschwindigkeit oder Taktverhältnisse zueinander beibehalten, um die Kontinuität des Verfahrens und konstante Qualität der daraus entstehenden Produkte zu gewährleisten. Zum Beispiel bei Spinnmaschinen müssen alle Trommeln und Spulen der Webrahmen sehr genaue Geschwindigkeitsverhältnisse aufweisen, um die Anhäufung von Fehlstellen in den Zwirnen zu vermeiden.
In der Vergangenheit konnte diese Bedingung erfüllt werden, weil die unterschiedlichen Vorrichtungen im allgemeinen an eine harte mechanische Welle eines Hauptantriebs angeschlossen waren mit Hilfe von Riemen, Ketten oder anderen entsprechenden Systemen, die geeignet sind, konstante und unveränderliche Übertragungsverhältnisse aufrecht zu erhalten, die im Falle der Unterbrechung der Versorgung mit Antriebsleistung dafür sorgten, daß alle Vorrichtungen proportional abbremsten und so die oben genannten Probleme vermieden.
Bei den heutigen komplexen Anlagen für die Anforderungen an Flexibilität und Produktivität wird jede Vorrichtung im allgemeinen von einem einzelnen, unabhängigen Gleichstrommotor oder (häufiger) einem dreiphasigen, asynchronen oder bürstenlosen Drehstrommotortyp betrieben. Andere Untersysteme, wie die Bremsen, Steuerung, dynamische Stabilisatoren und jeder andere Gegenstand, der erforderlich ist für die Steuerung und Automatisierung des Verfahrens kann mit den Motoren verbunden sein. Jeder Motor mit der entsprechenden mechanischen Übersetzungseinheit ist im allgemeinen verbunden mit einem so genannten Konverter, der die Aufgabe hat, die Frequenz des Versorgungsstroms zu variieren, um die Geschwindigkeit oder abgegebene Leistung in Abhängigkeit von den äußeren Lasten anzupassen. Die aus dem Motor, der Übersetzungseinheit, dem Zubehör gebildete Einheit und der Konverter bilden einen so genannten Antrieb. Die unterschiedlichen Antriebe sind wiederum mit dem Anschluß einer Steuerung verbunden, die analog oder, moderner, digital ist und die die Aufgabe hat, die unterschiedlichen Konverter zu synchronisieren, Geschwindigkeitsverhältnisse zu erhalten, die konstant oder durch vor eingestellte Regeln bestimmt sind.
Es ist bekannt, daß das nationale oder lokale Stromnetz keine konstante Abgabe der elektrischen Leistung gewährleistet und zeitweise unterbrochen ist, was durch Kurzschlüsse, plötzliche Änderungen der Absorption, Auftreten hoher Lasten und Leitungszusammenbrüchen verursacht sein kann.
Die Unterbrechungen können lange andauern, zum Beispiel länger als drei Minuten, wobei es in diesem Fall erforderlich ist, auf so genannte unterbrechungsfreie Stromversorgungen zurück zu greifen.
Kurze Unterbrechungen, die in den Bereich der Anwendung der vorliegenden Erfindung fallen, verursachen Unterbrechungen, die zwischen einigen Zehnteln einer Sekunde und drei Minuten dauern mit einer erhöhten Häufigkeit zwischen 100 und 300 msec.
Die plötzlichen Verlangsamungen, die durch diese Stromversorgungen verursacht werden, können erhebliche Schäden verursachen, besonders bei einigen besonders empfindlichen Produkten, wie zum Beispiel bei Zwirnen. Die verschiedenen Vorrichtungen einer industriellen Anlage weisen in der Tat im allgemeinen sehr unterschiedliche Schwungmassen und interne Reibungen. Deshalb unterliegen sie im Falle eines Stromausfalls sehr unterschiedlichen Beträgen bei der Verlangsamung, die den Gleichlauf verändern und die Kontinuität des Verfahrens.
Um die fehlende Synchronisation bei der Verzögerung zu vermeiden, könnte man anstelle der mechanischen Welle des herkömmlichen Systems mit einem einzelnen Hauptantrieb eine so genannte "virtuelle elektrische Welle" schaffen, die sozusagen eine intelligente Verbindung ist zwischen den Anpassungssystemen der verschiedenen Motoren und Antriebe, die geeignet ist, die unterschiedlichen Geschwindigkeitsverhältnisse während der Verzögerungen, die als Folge eines Stromausfalls im elektrischen Netz auftreten, aufrecht zu erhalten.
Ein bekanntes Verfahren, das von einigen Herstellern von Steuerungssystemen und Konvertern angewandt wird, besteht darin, die verschiedenen Komponenten auf konstante Weise simultan abzubremsen mit einem ungefähr linearen Bremskriterium, so daß die kinetische Energie der abbremsenden Massen verwendet und umgewandelt wird, um die Antriebe auf synchrone Weise zu versorgen.
Ein erster Nachteil dieses Systems wird durch die Tatsache gebildet, daß es keine geschlossene-Schleifen Anpassung verwendet und deshalb keine wirkliche Gleichlaufsteuerung erreicht wird.
Zweitens, wenn es gewünscht wird, den Betrieb des Systems bei allen Geschwindigkeiten zu gewährleisten, muß die Bremskurve eine sehr steile Neigung haben. Im ersten Bereich der Verlangsamung, das heißt, wenn die Geschwindigkeiten noch relativ hoch sind, ist der Betrag an kinetischer Energie, die aus dem System genommen wird, größer als der Betrag, der genau erforderlich ist, um das System anzutreiben, Deshalb muß ein Teil dieser Energie irreversibel dissipiert werden, um die Energiebilanz zu erhalten. Auf der anderen Seite, im zweiten Bereich der Verlangsamung, das heißt, wenn die Geschwindigkeiten niedriger sind, gibt es nicht mehr genügend Energie, um die Antriebe und die elektronischen Komponenten des Systems anzutreiben, und es ist nicht möglich, dem linearen Abbremskritierium zu folgen. Entsprechend ist es erforderlich, um den Betrieb auch bei niedrigen Geschwindigkeiten zu gewährleisten, eine Bremskurve mit einer sehr steilen Neigung vorzugeben, das heißt, sehr abrupte Verlangsamungen aufzuzwingen, die äußerst nachteilig sein können für empfindliche Produkte.
Aus der DE-A 43 06 307 ist ein Verfahren bekannt, das Auftreten von Schäden in numerisch gesteuerten Anlagen zu verhindern von der Art mit mehreren Motoren, die unterschiedliche Bereiche und Vorrichtungen antreiben. Solche früheren Verfahren sind jedoch nicht ausgelegt, um die Geschwindigkeit der unterschiedlichen Motoren zu steuern, um deren Synchronisation zu erreichen und um konstante Werte der Geschwindigkeitsverhältnisse zwischen den angetriebenen Achsen zu erhalten, wie es zum Beispiel erforderlich ist bei komplexen Spinnmaschinen mit einer großen Anzahl rotierender Teile mit sehr unterschiedlichen Schwungmassen, um das Brechen der Zwirne und Drähte zu vermeiden.
Das Ziel der Erfindung ist es, die oben genannten Beschränkungen zu überwinden und ein Verfahren und eine intelligente Steuerungseinheit zu schaffen zur Synchronisierung der unterschiedlichen Vorrichtungen und Systeme einer komplexen Maschine, bei der es erforderlich ist vorgegebene Geschwindigkeitsverhältnisse zu erhalten, um die Qualität des bearbeiteten Produkts im wesentlichen unempfindlich zu machen gegenüber Unregelmäßigkeiten in der Stromversorgung, insbesondere gegenüber Stromausfällen, die länger als 0,1 sec dauern.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren und eine Steuerungseinheit zu schaffen, die es erlauben eine Bremskurve der Anlage zu erhalten, die so langsam und so gleichförmig als möglich ist, selbst bei Auftritt von Stromausfällen, die zum vollständigen Stillstand der Anlage führen.
Diese Aufgabe wird erreicht mit einem Verfahren zur Steuerung der Verzögerung einer Anlage gemäß Anspruch 1 und mit einer Steuerungseinheit zur Ausführung des Verfahrens gemäß Anspruch 12.
Die abhängigen Ansprüche beschreiben Ausgestaltungen des Verfahrens und der Steuerungseinheit gemäß der Erfindung.
Mit einem Verfahren und einer Vorrichtung gemäß der Erfindung wird eine schrittweise Verzögerung der unterschiedlichen Vorrichtungen entlang einer optimalen Kurve erhalten, die errechnet ist auf der Grundlage der dynamischen und elektrischen Auslegung der Anlage, wobei die längst mögliche Spannungsabfall-Zeit erhalten wird. Während der Verlangsamung behalten die unterschiedlichen Vorrichtungen die Anfangssynchronisation indem teilweise die kinetische Energie der wichtigsten rotierenden Massen genützt wird, die sofort und automatisch umgewandelt wird durch die Geschwindigkeits wandler in elektrische Leistung und zurück verteilt wird auf die unterschiedlichen Vorrichtungen.
Weitere Merkmale und Vorzüge der Erfindung werden offensichtlich aus der folgenden Beschreibung des Verfahrens und der Steuerungseinheit gemäß der Erfindung, die ausschließlich als nicht beschränkendes Beispiel in den beigefügten Figuren dargestellt sind, wobei
Fig. 1: ein Blockdiagramm ist der Verbindung zwischen den unterschiedlichen Vorrichtungen einer industriellen Anlage mit besonderem Bezug auf die wichtigsten rotierenden Massen,
Fig. 2: ein funktionelles Blockdiagramm ist der Steuerungseinheit gemäß der Erfindung,
Fig. 3 bis 5 Bremskurven beschreiben des Systems bei unterschiedlichen Steuerungsbedingungen,
Fig. 6 und 7 Familien von Bremskurven beschreiben von unterschiedlichen Vorrichtungen, jeweils bei längerem Stromausfall und bei zeitweisem Netzausfall.
Fig. 1 ist ein Diagramm einer elektrischen und funktionellen Verbindung zwischen einigen der Vorrichtungen einer Maschine oder industriellen Anlage S und dem elektrischen Stromnetz. Insbesondere die komplexe Maschine S, die in dem Hauptblock mit durchgezogenen Linien enthalten ist, kann eine Vielzahl von Vorrichtungen aufweisen, die spezifische Funktionen des Herstellungsverfahrens ausführen. Nur drei dieser Vorrichtungen sind zugunsten der Übersichtlichkeit innerhalb der Blöcke A1, A2 und A3 mit gestrichelten Linien dargestellt. Natürlich ist die Anzahl der Vorrichtungen im allgemeinen beträchtlich höher, aber dies ändert nicht wesentlich die Art des Problems.
Vorrichtungen A1, A2 und A3 können mit den jeweiligen Motoren M1, M2 und M3 betätigt werden, zum Beispiel vom asynchronen Typ und können anderes Zubehör oder Vorrichtungen enthalten, wie zum Beispiel Codiereinrichtungen, Bremsen und Geschwindigkeits- und Strommeßvorrichtungen. Die Motoren sind verbunden mit dem Anschluß der Stromversorgungsleitung L über Anschlüsse D1, D2 und D3 und über zum Beispiel an sich bekannte Frequenzkonverter C1, C2 und C3 der Art, die hergestellt und vertrieben werden vom selben Anmelder unter der Bezeichnung AC WAVE2. Jede Vorrichtung hat eine Schwungmasse m1, m2, m3 mit bekanntem Wert mit einem entsprechen Massenträgeitsmoment und einer Geschwindigkeit V2, V2 und V3 mit einem spezifischen und konstanten Verhältnis hinsichtlich der Geschwindigkeiten der anderen Vorrichtungen während des normalen Betriebs der Anlage.
Die Stromversorgungsleitung L ist hinter einer Gleichrichtereinheit Ra angeordnet, die mit einem dreiphasigen Strom beaufschlagt wird, der von dem nationalen oder lokalen Netz bereit gestellt wird, das zeitweise Stromausfälle mit einer bekannten Häufigkeit aufweist.
Eine Steurungseinheit 1, vorzugsweise ein Mikroprozessor, ist angeschlossen an die Konverter C1, C2 und C3 und wird im einzelnen im folgenden beschrieben mit besonderem Bezug auf Fig. 2.
Einheit 1 weist einen Geräuschsensor auf, der schematisch als Block 2 dargestellt ist und der verbunden ist mit dem dreiphasigen elektrischen Netz vor der Gleichrichtereinheit Ra und im wesentlichen die Aufgabe hat die Dauer von Spannungsabfällen jeder Phase zu erfassen, um anzuzeigen, wann der Minimumwert von zum Beispiel, 10 msec, gleich drei halben Wellenperioden, überschritten ist. Mit Hilfe dieser Vorrichtung ist es möglich, Meßfehler von tatsächlichen Stromausfällen zu unterscheiden.
Überdies beinhaltet Einheit 1 einen Mikroprozessorcomputer 3, der von dem Anschluß mit Gleichstrom versorgt ist und Eingabesignale empfängt, die von Geschwindigkeitsmeßgeräten V1, V2 und V3 ankommen und von Amperemetern, die die jeweilige Absorptionen I1, I2 und I3 der einzelnen Vorrichtungen messen, um innere Reibungen und die Lasten zu berücksichtigen, die auf die jeweiligen Vorrichtungen wirken. Mittels einer Tastatur 4 ist es möglich, die Anfangsdaten in den Computer einzugeben, zum Beispiel die rotierenden Massen m1, m2, m3, die am wichtigsten sind mit Bezug zu den anderen der anderen Vorrichtungen des Systems. Als erste Annäherung kann auch eine einzige rotierende Masse eingegeben werden, insbesondere die mit Bezug auf die Vorrichtung, die das größte Massenträgheitsmoment aufweist.
Der Computer ist programmiert um die Geschwindigkeiten V1, V2 und V3, die Ströme I1, I2 und I3 und die Eingabedaten m1, m2 und m3 zu verarbeiten, um für jeden Augenblick die anfängliche Neigung der optimalen Verlangsamungskurve des gesamten Systems zum Zeitpunkt To auszurechnen, wenn der Stromausfall eintritt, um eine theoretische Verzögerungskurve anzunähern. Es ist fest zu stellen, daß diese optimale, theoretische Verlangsamungskurve ungefähr vom quadratischen Typ ist, da die kinetische Energie vom Quadrat der Geschwindigkeit abhängt.
Wenn diese anfänglichen Parameter nicht errechnet werden, kann das System angepaßt werden, indem sehr langsames Bremsen angenommen wird, wie in Fig. 3 dargestellt oder sehr abruptes Bremsen, wie in Fig. 4 dargestellt und in beiden Fällen würden beträchtliche Schwingungen auftreten bevor ein Gleichgewichtszustand erreicht wird, der zu der theoretischen, strichpunktiert dargestellten Kurve tendiert. Fig. 5 zeigt statt dessen die Verlangsamungskurve des Systems, wenn die anfängliche Neigung in den Berechnungsalgorithmus des Reglers eingeführt wird, die anfängliche Neigung, die von dem Computer 3 errechnet wird, was eine wichtige Annäherung der theoretischen Verzögerungskurve bedeutet.
Eine Abtastschaltung 5 vom Abtast- und Haltetyp errechnet und speichert kontinuierlich einen Bezugswert der Spannung an dem Gleichstromanschluß. Ein erster Schalter R1 ist vorgesehen an der Zuleitung von Schaltung 5 und unterbricht den Signalfluß zum Zeitpunkt To, wobei der letzte abgetastete Wert festgehalten wird.
Ein differentieller Verstärker 6 vergleicht die tatsächliche Spannung an dem Gleichstromanschluß mit dem letzten abgetasteten Wert von Schaltung 5.
Das Fehlersignal am Ausgang von dem Verstärker 6 wird an einen geschlossenen Schleifen Regler 7 vom PID Typ gesandt, das heißt, von dem Typ, der eine proportionale, integrale und ableitende Wirkung hat, der einen Berechnungsalgorithmus zur Steuerung bestimmt. Das Signal am Ausgang von Computer 3 wird von einem dritten Schalter R3 gehalten zum Zeitpunkt To und eliminiert integrale Zwänge auf den PID Regler.
Vom Zeitpunkt To an regelt der PID automatisch die Verlangsamung, so daß die aus der Kombination der rotierenden Massen gewonnenen kinetischen Energie weder größer noch kleiner ist als die Energie, die ausreicht um alle Vorrichtungen der Anlage zu versorgen, um die Energiebalance zu erhalten und die Spannung am Versorgungsanschluß L konstant zu halten.
Bevor die Regelung beginnt, errechnet der PID einen Bezugswert oder "Geschwindigkeitspunkt" für jede Vorrichtung, um die durchschnittliche Absorption mit Bezug auf diesen Wert festzustellen. Dies führt zu einem anfänglichen Geschwindigkeitsschritt S1, S2 und S3, dargestellt in Fig. 6 und 7, dessen Größe von den unterschiedlichen Absorptionen und von den jeweiligen rotierenden Massen abhängt.
Das Ausgabesignal vom PID wird gebildet aus einer Zahl zwischen 1 und 0 und ist proportional zu dem tatsächlichen Wert der Geschwindigkeit während der Verzögerung. Dieses Signal wird erfaßt von einem dritten Schalter R3 und aus der Einheit 1 gesandt.
Das Ausgabesignal vom PID kann verwendet werden, um die verschiedenen Antriebe zu regeln, es kann zum Beispiel an Multiplikatoren X1, X2 und X3, die mit jedem Konverter C1, C2 und C3 verbunden sind, gesandt werden. Die Werte der Geschwindigkeitspunkte V1, V2 und V3, die erfaßt wurden von den drei Abtast- und Halteschaltungen 8, 9 und 10 werden von jeweiligen Schaltern R4, R5 und R6 gehalten und werden multipliziert von Multiplikatoren X1, X2 und X3 mit dem numerischen Signal, das von dem PID Regler errechnet und von dem Schalter R3 gehalten wurde.
Beginnend vom Zeitpunkt To weisen die wichtigsten Schwungmassen m1, m2 und m3 eine gewisse Massenträgheit auf, die dazu führt, diese in Bewegung zu halten. Während der Verlangsamung wird ein Teil der kinetischen Energie der Massen m1, m2 und m3 übertragen zu den Motoren M1, M2 und M3, die als Generatoren wirken. Der Betrag an kinetischer Energie, der von den Motoren in elektrische Leistung umgewandelt wird, wird innerhalb des Systems verteilt, die deshalb keine äußere Quelle benötigt während der Zeit, in der der Stromausfall auftritt. Innerhalb dieser Zeit regeln die Konverter C1, C2 und C3 die Spannung und verteilen diese proportional an alle Motoren der einzelnen Vorrichtungen der Anlage und sorgen so für gleichmäßige Verlangsamung. Mittels der perfekten Einstellung der Konverter behalten die Geschwindigkeiten der Vorrichtungen ihre anfängliche Synchronisation, das heißt ihre anfänglichen Verhältnisse, so daß Schäden an den empfindlichen Materialien, die verarbeitet werden, vermieden werden.
In der Praxis weist das Steuerungsverfahren gemäß der Erfindung die folgenden Schritte auf:
a) Errechnen des Massenträgheitsmoments eines oder mehrerer rotierender Massen, die bedeutender sind als die anderen,
b) Erkennen von Netzgeräuschen und erfassen ihrer Dauer,
c) sofortiges Messen der Geschwindigkeit von jeder einzelnen Vorrichtung und des darin absorbierten Stroms,
d) Errechnen der Anfangsgeschwindigkeit, um die durchschnittliche Absorption des gesamten Systems aufzuheben,
e) Errechnen der Anfangssteigung der optimalen Verzögerungskurve auf der Grundlage der wichtigsten Schwungmassen und auf den entsprechenden Geschwindigkeiten und absorbierten Strömen,
f) Abtasten und Halten der Netzspannung, und die folgenden Schritte vom Zeitpunkt des eigentlichen Stromausfalls:
g) Festlegen des Werts der Anfangssteigung der Verzögerungskurve und Einführen dieses Werts in einen Berechnungsalgorithmus,
h) Absenden des Werts der errechneten Anfangsgeschwindigkeit, um die durchschnittliche Absorption aufzuheben,
i) Vergleichen des tatsächlichen Werts der Spannung in der Leitung mit dem letzten erfaßten Wert, um ein erstes Fehlersignal zu erhalten,
j) Absenden des ersten Fehlersignals an einen geschlossenen Regelkreis, der den Berechnungsalgorithmus verwendet, um ein zweites Steuerungssignal für das System zu erhalten,
k) Absenden des zweiten Steuerungssignals an die Geschwindigkeitskonverter jeder einzelnen Vorrichtung, um deren Geschwindigkeit schrittweise zu verringern, wobei der Gleichlauf mit den anderen Vorrichtungen der Maschine beibehalten bleibt.
Mit diesem Verfahren verzögern die Vorrichtungen A1, A2 und A3 im Falle eines längeren Stromausfalls bis diese keine Geschwindigkeit mehr haben, wie in dem Diagramm in Fig. 6 dargestellt, wohingegen im Falle eines kurzen Stromausfalls, die Geschwindigkeit der Vorrichtungen bis zu einem bestimmten Zeitpunkt T1 abnimmt, bis die Stromversorgung wieder hergestellt ist. Die Geschwindigkeit der Vorrichtungen nimmt entsprechend einer linearen Gesetzmäßigkeit wieder zu, wie bei einem Kaltstart.
Um alle möglichen Situationen in optimaler Weise steuern zu können, ist es möglich einige vorgegebene Parameter einzuführen, wie zum Beispiel: die Parameter des PID Reglers, die die Stabilität und die Leistung der geschlossenen Schleife beeinflussen. Die erforderliche Zeit, um die Maschine zu stoppen, ausschließlich durch Massenträgheit, die wichtig ist, um die anfängliche Verzögerungskurve zu berechnen, und den Wert der maximalen Verzögerungssteigung, der den Regler daran hindert, Änderungen der Geschwindigkeit aufzuzwingen, die den Mechanismus der Maschine schädigen können.
In der dargestellten Ausgestaltung ist das Logiksystem der Einheit 1 vom digitalen Typ. Zugunsten der Praktikabilität kann die Kommunikation zwischen der Einheit und den Konvertern über einen RS485 seriellen Port erfolgen, aber das kann auch anders erfolgen ohne Änderung des erfinderischen Konzepts.
Überdies ist es, unabhängig davon, daß das Logiksystem und das Kommunikationsprotokoll der oben beschriebenen Einheit 1 vom digital logischen Typ sind, offensichtlich, daß diese analog oder Fuzzy sein können, ohne dem erfinderischen Konzept Änderungen auf zu erlegen.
Einige Beschränkungen bei der Verwendung dieses Verfahrens und dieser Steuereinheit können durch Maschinen gegeben sein, deren Antriebe vernachlässigbare Trägheitsmassen aufweisen. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist es möglich eine Tragheitslast ein zu führen mit einer ausreichenden Schwungmasse auf der Welle eines oder mehrerer Antriebe oder es kann auch die Dauergeschwindigkeit der Motoren erhöht werden.
Aus der vorhergehenden Beschreibung ist es offensichtlich, daß das Verfahren und die Steuereinheit gemäß der Erfindung die gestellten Aufgaben lösen und insbesondere wird ihre Fähigkeit hervorgehoben, die unterschiedlichen Vorrichtungen der Maschine synchron zu verlangsamen und mit einer gleichförmigen Verzögerungskurve.
Das Verfahren und die Steuereinheit gemäß der Erfindung können auch in vielfacher Weise abgewandelt werden, die alle innerhalb des Schutzbereichs des in den folgenden Ansprüchen ausgedrückten erfinderischen Konzepts und alle gleich geschützt sind.

Claims

1. Verfahren zur Gleichlaufsteuerung einer komplexen Maschine bei Fehlern oder Ausfällen im Stromversorgungsnetz, wobei die Maschine eine Mehrzahl von Antrieben (A1, A2, A3) hat, deren jeweilige Elektromotoren (M1, M2, M3) durch Konverter (C1, C2, C3) versorgt werden, welche an eine Stromversorgungsleitung (L) angeschlossen sind, und wobei jeder Antrieb eine Schwungmasse (m1, m2, m3) bekannter Größe und Geschwindigkeit (V1, V2, V3) hat, welche mit derjenigen der anderen Vorrichtungen synchronisiert ist, um dadurch die Regelmäßigkeit des Betriebs der Maschine im Dauerzustand zu gewährleisten, wobei dieses Verfahren die folgenden Schritte vor einem Netzausfall umfaßt:

a) Erkennen eines Netzrauschens und Erfassen der Dauer dieses Rauschens;

b) Berechnen der Anfangsgeschwindigkeit (V1, V2, V3), um die mittlere Adsorption der gesamten Maschine aufzuheben;

c) Abtasten und Speichern der Netzspannung;

wobei die folgenden Schritte unmittelbar nach dem Netzausfall durchgeführt werden:

d) Berechnen der Größe der Anfangsgeschwindigkeit, die zum Aufheben der mittleren Adsorption errechnen wurde;

e) Vergleich der aktuellen Größe der Spannung in der Versorgungsleitung mit dem zuletzt abgetasteten Wart, um ein erstes Störsignal zu erhalten;

gekennzeichnet durch die folgenden Schritte vor einem aktuellen Netzausfall:

- Berechnen des Trägheitsmomentes einer oder mehrerer Schwungmassen (m1, m2, m3), welches signifikanter als die anderen ist;

- Berechnen der Anfangssteigung der optimalen Verzögerungskurve auf der Basis der signifikantesten Schwungmasse (m1, m2, m3), der entsprechenden Gewindigkeiten (V1, V2, V3) und der aufgenommenen Ströme (I1, I2, I3);

und durch die folgenden Schritte unmittelbar nach dem aktuellen Netzausfall:

- Festlegen des Wertes der Anfangssteigung der Verzögerungskurve und Einführen dieses Wertes in einen Berechnungsalgorithmus;

- Weitergabe des ersten Störsignals in einen geschlossenen Regelkreis (7), der über den Berechnungsalgorithmus ein zweites Fehlersignal ermittelt;

- Weitergabe des zweiten Fehlersignals an die Geschwindigkeitskonverter (C1, C2, C3) jeder einzelnen Vorrichtung (A1, A2, A3), um deren Geschwindigkeit schrittweise zu verringern, wobei der Gleichlauf mit den anderen Vorrichtungen der Maschine beibehalten bleibt;

wobei während der Verzögerung der Maschine die kinetische Energie der Vorrichtungen (A1, A2, A3), welche die signifikantesten Schwungmassen haben, durch die Konverter teilweise in elektrische Energie umgewandelt wird, und zwar in einer Größenordnung, die ausreicht, um beide Konverter und die elektronischen Schaltungen für Berechnung, Regelung und Steuerung der Maschine zu versorgen.

2 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Regelkreis eine PID- Schaltung ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Regelkreis eine Analogschaltung mit konventionellen Bauelementen ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Regelkreis aus einer Fuzzy-Schaltung besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsfehlersignal der PID-Schaltung eine numerische Größe zwischen 1 und 0 hat, welche den entsprechenden Augenblickswerten der Geschwindigkeit entspricht, die durch die Verzögerungskurve definiert sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit jedes Motors kontinuierlich durch einen Abtast- und Haltekreis gemessen und erfaßt wird, wobei der zuletzt erfaßte Wert mit dem numerischen Wert multipliziert wird durch einen Multiplizieroperator, der jedem Konverter zugeordnet ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der kinetischen Energie, der durch die Konverter während der Verzögerung in elektrische Energie umgewandelt wird, ausreicht, um die Versorgungsspannung auf einem Wert zu halten, der wenigstens 10% des Nennwertes entspricht.

8, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsleitung für die Vorrichtungen eine Gleichstromleitung ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Regelschaltungen digitale Mikroprozessoren enthalten.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Regelschaltungen analoger Bauart sind.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endgeschwindigkeit der Vorrichtungen am Ende der Verzögerung in Abhängigkeit von der effektiven Dauer des Netzausfalls größer als oder gleich Null sein kann.

12. Vorrichtung zur Gleichlaufsteuerung einer komplexen Maschine bei Fehlern oder Ausfällen der elektrischen Versorgung für die Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diese Maschine eine Mehrzahl angetriebener Vorrichtungen (A1, A2, A3) für die Bewegung und Steuerung der einzelnen Komponenten aufweist und jede Vorrichtung über einen Geschwindigkeitskonverter (C1, C2, C3) mit einem Stromversorgungsbus verbunden ist, eine Schwungmasse (m1, m2, m3) bekannter Größe aufweist und im Dauerzustand eine Geschwindigkeit (V1, V2, V3) hat, welche mit derjenigen der anderen Vorrichtungen synchronisiert wird, um die Regelmäßigkeit des Betriebs der Maschine sicherzustellen, wobei die Steuervorrichtung umfaßt:

- ein System (2) zum Erkennen eines aktuellen Netzstromausfalls;

- Mittel zum Messen der Geschwindigkeit (V1, V2, V3) und des Stromes (I1, I2, I3) der einzelnen Vorrichtungen;

- eine Schaltung (5) für den Vergleich der Spannung im Stromversorgungsbus mit dem fetzten Wert der Spannung, der vor dem Netzstromausfall ermittelt wurde und der geeignet ist, ein erstes Fehlersignal zu erzeugen;

- einen geschlossenen Regelkreis (7) zur Erzeugung des ersten Fehlersignals, um ein zweites Fehlersignal zu generieren;

dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner umfaßt

- einen Prozessor (3) zum Errechnen der Trägheitsmomente der signifikantesten Schwungsmassen (m1, m2, m3) und der Anfangssteigung der Verzögerung in Funktion der Trägheitsmomente der signifikantesten Schwungmassen (m1, m2, m3), der entsprechenden Geschwindigkeiten (V1, V2, V3) und der aufgenommenen Ströme (I1, I2, I3); sowie

- einen Multiplizieroperator (X1, X2, X3), der jedem Konverter (C1, C2, C3) zugeordnet ist, um die schrittweise und synchrone Verzögerung aller Vorrichtungen (A1, A2, A3) zu steuern, wobei ein Teil der kinetischen Energie der signifikantesten Schwungmassen (m1, m2, m3) in elektrische Energie für die Versorgung des Steuersystems der Vorrichtungen umgewandelt wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß diese einen digitalen Mikroprozessor mit einem geschlossenen PID-Regelkreis (7) aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß diese einen Abtast- und Haltekreis zum Erfassen sowohl der Netzspannung als auch der Geschwindigkeit jeder Vorrichtung aufweist, wobei die Schaltungen durch ein Signal aktiviert werden, welches durch das System zum Erkennen des aktuellen Stromausfalls in dem Augenblick erzeugt wird, in dem die Netzstromversorgung ausfällt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das System (2) zum Erfassen eines Stromausfalls so eingestellt ist, daß ein Rauschen erfaßt wird, das länger als 10 msec anhält.