WO1999001928A1 - Verfahren und vorrichtung zum dezentralen betrieb bzw. aufbau einer winkelgenauen gleichlaufregelung in einem mehrmotorenantriebssystem - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum dezentralen betrieb bzw. aufbau einer winkelgenauen gleichlaufregelung in einem mehrmotorenantriebssystem Download PDF

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WO1999001928A1
WO1999001928A1 PCT/DE1998/001783 DE9801783W WO9901928A1 WO 1999001928 A1 WO1999001928 A1 WO 1999001928A1 DE 9801783 W DE9801783 W DE 9801783W WO 9901928 A1 WO9901928 A1 WO 9901928A1
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Paulo Couto
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P5/00Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
    • H02P5/46Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors for speed regulation of two or more dynamo-electric motors in relation to one another
    • H02P5/50Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors for speed regulation of two or more dynamo-electric motors in relation to one another by comparing electrical values representing the speeds
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41FPRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F13/00Common details of rotary presses or machines
    • B41F13/004Electric or hydraulic features of drives
    • B41F13/0045Electric driving devices

Definitions

  • the invention relates to a method for the decentralized construction of a device for regulating the precise angular synchronism of individual, variable-speed electric drives of a multi-motor drive system networked by a synchronization bus, the drives being given an angle setpoint of a master pointer.
  • the invention also relates to the associated device for the purpose of carrying out this method.
  • decentralized synchronous control which are particularly suitable for directly driven, shaftless processing machines in the paper, printing, packaging and textile industries.
  • Such a decentralized synchronous control should also be applicable for drives with a relationship and ensure that the individual drives can be freely assigned to different drive groups, while at the same time relieving the higher-level system of time-critical and synchronized tasks.
  • the object is achieved in that a separate master pointer is generated in each drive, which is formed decentrally in the respective drive control unit from a speed setpoint supplied to all drives via the synchronization bus.
  • the master pointer is preferably generated from the speed setpoint in the form of a sawtooth.
  • the leading pointer is advantageously set statically and dynamically to a predetermined angle, the leading pointer being able to be placed on any reference point.
  • each individual drive control device is housed.
  • the individual drive control devices only require non-time-critical setpoints, which means that no special speed and synchronization requirements are imposed on an existing, higher-level control system.
  • Each drive is preferably associated with an individual speed ratio. Such a drive with a relationship is synchronously controlled and maintains its relative position at an angle. Furthermore, each drive can be loaded with an individual offset angle and thus its position can be adjusted.
  • the associated device for carrying out the method consists of a superordinate control system which is connected via a synchronization bus to drive control devices which have angle setpoint generators, each drive control device having its own angle setpoint generator as a guide pointer.
  • the device is decentralized and can be modular.
  • the respective ramp-function generator advantageously enables each individual drive to be synchronized and shut down in parallel by stopping the speed setpoint "zero" and switching to a parameterizable deceleration ramp in the event of a communication fault with the synchronization bus.
  • For the speed ratio it is advantageous that it has a fixed value or can be specified by the higher-level control system.
  • FIG. 1 shows a system according to the prior art
  • FIG. 2 shows a first arrangement according to the invention
  • FIG. 3 shows a second arrangement provided with expanded functionalities according to the invention.
  • a system that is constructed in principle according to FIG. 1 can be regarded as prior art.
  • a device hereinafter referred to as the drive master 7, takes over the time-critical tasks and thus relieves the burden on a generally present, higher-level control system 5.
  • the control system 5 supplies the drive master 7 with the machine speed v *.
  • This setpoint is fed via a ramp generator 10, which generates the speed reference setpoint n L *.
  • the Leitz Eiger generates 12 a the speed reference value n L * L * w corresponding Winkelleitsollwert.
  • These two setpoints are sent to the drive control devices for the first drive l ⁇ up to the next but one drive l n .
  • the number of connected drives can be up to around 100.
  • the drive controls 14 ⁇ - 14 n essentially consist of a synchronous and a torque / current control, whereby a synchronous control is defined in terms of drive technology as a speed control with a superimposed angle control, and run completely in the drive control devices l ⁇ - l n .
  • Each synchronous control loop is closed by the feedback of the encoder signals from the high-resolution rotary encoders 20 ⁇ -20 n , which determine the position of the motors 2 ⁇ -2 n .
  • the speed of the motor can be calculated by differentiating the position. If high demands are placed on the accuracy, the position of the work machines 3 X - 3 n is also detected with the additional sensors 30 ⁇ - 30 n .
  • a prerequisite for the implementation of such a structure is the existence of a bus system between the drive master 7 and drive control devices li-l n , which on the one hand enables fast data throughput, but can also synchronize all participants via an interrupt-controlled, central clock specification.
  • a bus system called drive bus in EP 0 567 741 B1
  • This synchronization bus 4 ensures that all drives determine their actual angle values at the same point in time and at the same time intervals, ie at equidistant intervals. This time interval corresponds to the time base that applies to the formation of the angle increments. Therefore, the formation of the angle setpoint in the drive master 7 must be calculated in time with the interrupt generation of the synchronization bus 4.
  • SIMOLINK ® interfaces are available for the SIMADYN D ® control system on the 40 M drive master side and for the SIMOVERT ® Master Drives family of converter controllers on the 40 ⁇ - 40 n side.
  • Time-non-critical setpoints, actual values, parameters, and control and status signals are normally exchanged via a separate control and parameterization bus, which is not shown in FIG. 1.
  • a separate control and parameterization bus is described in detail in WO 97 11848 A.
  • PROFIBUS DP can be used to implement such communication.
  • Automation devices SIMATIC ® S5 / S7 as control system 5 according to Siemens production pattern have corresponding interfaces 60 M or 60 L.
  • the functionality of the drive master can also be integrated in the control system.
  • the central generation of at least one angle setpoint, and thus a time-critical and synchronized process variable, is characteristic of the systems known to date.
  • Such a concept has the disadvantage that the drive master 7 has to be synchronized with the bus clock of the synchronization bus 4.
  • the drive master 7 must calculate a current angular reference setpoint w * within each bus cycle. Additional difficulties arise if the angular reference setpoint w * is changed individually for each drive, for example by adding a drive-related angular offset: - Drive master 7 must form the angle setpoints for all drives within the short bus cycle.
  • FIGS. 2 and 3 Based on such a known system, the arrangement according to FIGS. 2 and 3 would be further developed. What is common and essential in both arrangements according to FIGS. 2 and 3 is that the angle setpoint value generators 12 are located decentrally as leading pointers in the respective drive control device li to l n . A drive master 7 with ramp generator 10 is also present in FIG. 2, which generates the speed setpoint n * from the machine speed setpoint v *.
  • the arrangement according to FIG. 3 relates to a completely decentralized structure which fulfills all the requirements for a synchronously controlled drive in a multi-motor drive system networked by a synchronization bus 4, without placing special requirements on a higher-level control system.
  • FIGS. 2 and 3. 1 have the same components and 2 and 3 the same designations, the drive numbering 1 - n being omitted as an index in FIGS. 2 and 3.
  • Each decentralized drive control device 1 is now equipped with a ramp generator 10 and a guide pointer 12.
  • Each drive is supplied with the machine speed setpoint v * belonging to its machine network via the synchronization bus 4. After the setpoints have been distributed, an interrupt is sent to all drives.
  • This synchronization ensures that all participants in a drive system always process their computing cycles with the same, current machine speed setpoint v *. Since digital systems guarantee exactly the same calculation, each drive can determine the speed and angle setpoints for itself.
  • the greatest advantage of the structure according to FIGS. 2 and 3 is that no angle setpoints or angle deviations have to be formed in the drive master with each bus cycle.
  • the machine speed v * or the speed n * is forwarded directly by the corresponding operating system and does not need to be updated every bus cycle.
  • the drive control devices 1 can thus be connected directly to the superordinate control system 5, which is freed from time-critical and synchronized tasks.
  • SIMATIC ® S7 has already been implemented.
  • the important functionality of the synchronously controlled stopping in the event of a bus fault can be implemented in a simple manner. If communication with the control system 5 fails and the machine speed setpoint v * fails, the ramp-function generator 10 can be charged with the setpoint equal to zero by means of the internal control signal "set ramp generator zero So". At the same time, the ramp-down time of ramp-function generator 10 is switched over to a braking ramp that is parameterized the same for all drives. In this way, the individual drives can be synchronized and thus shut down in parallel.
  • the corresponding bus monitoring mechanisms are implemented in the SIMOLINK ® mentioned above.
  • a speed ratio r can be implemented in a modular manner, which is additionally implemented in FIG. 3.
  • This relation r corresponds to the transmission ratio of a mechanical transmission and can have a fixed value or be specified by the control system 5.
  • the relationship value r is multiplied by the speed setpoint n * by means of the multiplier 11.
  • each drive with a relationship must be equipped with its own guide pointer 12, which calculates a drive-related angle setpoint w a * from the speed setpoint n r *, which has a relationship. This means that each drive has its own "virtual shaft" as a reference point.
  • the control pointer 12 can be statically or dynamically set to a predetermined angle setting value w s by means of the control signal “set angle S w ”. This allows the drive to be positioned or synchronized to any reference point.
  • the drive-related setpoint angle w a * can be additionally applied to the offset angle w with an adder 13, in particular in FIG.
  • the position of the individual drive can thus be adjusted and the functionality of a register or register adjustment can be realized.
  • the offset angle w v can be specified by the host computer 5 or by an external device, such as a register control.
  • the setpoint angle value w * resulting from the addition is forwarded to the synchronous control 14 together with the speed setpoint n r * which is subject to relations.

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Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum dezentralen Betrieb einer Einrichtung zur Regelung des winkelgenauen Gleichlaufs einzelner Antriebe eines durch einen Synchronisationsbus (4) vernetzten Mehrmotorenantriebssystems. Die Sollwertverarbeitung soll so gestaltet werden, dass das einzelne Antriebsregelgerät (1) ausschliesslich zeitunkritische Sollwerte benötigt. Damit werden an ein vorhandenes, übergeordnetes Leitsystem (5) keine besonderen Geschwindigkeits- und Synchronisationsanforderungen gestellt. Durch das statische wie dynamische Setzen des Leitzeigers (12) mittels des Steuersignals (Sw) kann sich der gleichlaufgeregelte Antrieb auf jeden beliebigen Bezugspunkt, der über den Winkelsetzwert (ws) vorgegeben wird, synchronisieren, oder auf diesen Bezugspunkt postioniert werden. Der Antrieb kann einerseits mit einer Drehzahlrelation (r) behaftet, andererseits um einen vorgegebenen Versatzwinkel (wv) in seiner Lage verstellt werden. Bei Ausfall des Maschinengeschwindigkeitsollwertes (v*) ist ein gleichlaufgeregeltes, synchrones Abbremsen jedes einzelnen Antriebs gewährleistet.

Description

Beschreibung
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM DEZENTRALEN BETRIEB BZW. AUFBAU EINER WINKELGENAUEN GLEICHLAUFREGELUNG IN EINEM MEHRMOTORENANTRIEBSSYSTEM
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum dezentralen Aufbau einer Einrichtung zur Regelung des winkelgenauen Gleichlaufs einzelner, drehzahlveränderbarer Elektroantriebe eines durch einen Synchronisationsbus vernetzten Mehrmotoren- antriebssystem, wobei den Antrieben ein Winkelsollwert eines Leitzeigers vorgegeben wird. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf die zugehörige Vorrichtung zwecks Durchführung dieses Verfahrens.
In den letzten Jahren sind die Anstrengungen, mechanische durch elektrische Antriebskomponenten zu ersetzen, besonders in der Druckindustrie stark intensiviert worden. Im Europäischen Patentdokument EP 0 567 741 Bl wird ein auf eine Rota- tionsdruckmaschine bezogener Aufbau vorgestellt, bei dem Antriebe und deren Antriebsregler zu Druckstellen- bzw. Antriebsgruppen, die ihre Positionsreferenz direkt vom Falzapparat beziehen, zusammengefaßt und durch ein übergeordnetes Leitsystem verwaltet werden.
Das Internationale Patentdokument WO 97/11848 A beschreibt eine wellenlose Rotationsdruckmaschine, bei der die Antriebsgruppen aufgelöst werden und jeder Antrieb als kleinste vollständige Einheit der Rotationsdruckmaschine definiert wird. Durch die beliebige Zuordenbarkeit jedes einzelnen
Antriebs zu unterschiedlichen Falzapparaten erhöht sich die Flexibilität des Antriebskonzeptes. Weiterhin ist aus der DE 34 11 651 Cl eine Regelanordnung für den Gleichlauf mehrerer Antriebe bekannt, bei dem jedem zu regelnden Antrieb ein Positionsregler vorgegeben ist, dem ein Geschwindigkeitsregler nachgeschaltet ist. Dabei wird also der Sollwert zentral vorgegeben.
Im Aufsatz „Digitale Antriebe und SERCOS-Interface" aus „Antriebstechnik", Band 31 (1992), Nr. 12, Seiten 30 bis 38, werden verschiedene Aufbauten mit digitalen Antrieben vor- gestellt, die über das serielle Echtzeit-Kommunikationssystem SERCOS-Interface mit einer CNC-Steuerung als übergeordnetes Leitsystem vernetzt sind. Bei diesen Antriebssystemen muß neben der Istwerterfassung, Regelung und Pulsweitenmodulation aller Achsen auch die Sollwertverarbeitung synchronisiert werden. In der Betriebsart „Lageregelung" wird von der CNC- Steuerung ein synchronisierter und zeitkritischer Lagesollwert an die digitalen Antriebe gesendet.
Im Aufsatz „Dezentral bringt mehr" aus der Siemens-Zeit- schrift „drive & control", Nr. 1/96, Seiten 4 bis 6, wird anhand einer Form-, Füll- und Verschließmaschine für Becher ein dezentrales Antriebssystem vorgestellt, bei dem die einzelnen Antriebe ihre Sollwerte vom jeweiligen, fest zugeordneten Vorgängerantrieb über eine sog. „Peer-to-Peer"-Quer- kopplung erhalten.
In der industriellen Praxis, insbesondere in der Druckindu- strie, kann ein Antrieb mehreren Antriebsverbunden zugeordnet werden, wobei der Lagebezugspunkt nicht ein Falzapparat sein muß. Aus diesem Grund sind Konzepte, bei denen ein Antrieb festzugeordneten Leitantrieben folgt, nicht unbegrenzt einsetzbar. Moderne, im Einsatz bewährte Systeme besitzen daher eine Sollwertvorgabe, die nach dem Prinzip der "virtuellen Leitwelle" (rotierender Leitzeiger) arbeiten, was in der WO 97 11848 A und im Aufsatz „Digitale Antriebe und SERCOS- Interface" im einzelnen beschrieben ist. Alle Antriebe, die zu einem Verbund gehören, synchronisieren sich auf eine ima- ginäre Leitwelle, die mechanisch nicht existiert. Realisiert wird diese elektrische Leitwelle mit einem Winkelsollwertgenerator nach dem Prinzip eines Interpolators oder Sägezahngenerators .
Ausgehend vom beschriebenen Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung für eine dezentrale Gleichlaufregelung anzugeben, die in besonderer Weise für direkt angetriebene, wellenlose Verarbeitungsmaschinen der Papier-, Druck-, Verpackungs- und Textil- industrie geeignet sind. Eine solche dezentrale Gleichlaufregelung soll auch für relationsbehaftete Antriebe einsetzbar sein und die freie Zuordenbarkeit der einzelnen Antriebe zu unterschiedlichen Antriebsverbunden gewährleisten, bei gleichzeitiger Befreiung des überlagerten Systems von zeit- kritischen und synchronisierten Aufgaben.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in jedem Antrieb ein eigener Leitzeiger generiert wird, der aus einem allen Antrieben über den Synchronisationsbus zugeführten Drehzahlsollwert dezentral im jeweiligen Antriebsregelgerät gebildet wird. Vorzugsweise wird der Leitzeiger aus dem Dreh- zahlsollwert in Form eines Sägezahnes erzeugt. Dabei wird der Leitzeiger vorteilhafterweise statisch wie dynamisch auf einen vorgegebenen Winkel gesetzt, wobei der Leitzeiger auf jeden beliebigen Bezugspunkt setzbar ist.
Besonders vorteilhaft ist bei der Erfindung, daß der Leitzeiger dezentral jeweils im einzelnen Antriebsregelgerät untergebracht ist. Damit benötigen die einzelnen Antriebsregelgeräte ausschließlich zeitunkritische Sollwerte, womit an ein vorhandenes, übergeordnetes Leitsystem keine besonderen Geschwindigkeits- und Synchronisationsanforderungen gestellt werden. Vorzugsweise wird jeder Antrieb mit einer individuellen Drehzahlrelation behaftet. Ein solcher relationsbehafteter Antrieb wird gleichlaufgeregelt und hält winkelgenau seine relative Lage ein. Weiterhin kann jeder Antrieb mit einem individuellen Versatzwinkel beaufschlagt und damit in seiner Lage verstellt werden.
Die zugehörige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einem übergeordneten Leitsystem, das über einen Synchronisationsbus mit Antriebsregelgeräten verbunden ist, die über Winkelsollwertgeneratoren verfügen, wobei jedes Antriebsregelgerät einen eigenen Winkelsollwertgeber als Leitzeiger hat. Die Vorrichtung ist dezentral und kann modu- lar aufgebaut sein. Neben dem jeweils eigenen Leitzeiger ist vorzugsweise auch jeweils ein eigener Hochlaufgeber dezentral vorhanden. Vorteilhafterweise ermöglicht der jeweilige Hochlaufgeber, durch Drehzahlsollwertvorgabe „Null" und Umschaltung auf eine parametrierbare Rücklauframpe bei Kommunikationsstörung des Synchronisationsbusses jeden einzelnen Antrieb gleichlaufgeregelt und parallel stillzusetzen. Für die Drehzahlrelation ist dabei vorteilhaft, daß sie einen festen Wert besitzt oder vom übergeordneten Leitsystem vorgegeben werden kann.
Entscheidend ist nunmehr die durchgängige Dezentralisierung der Sollwertgabe, wobei die dafür verwendeten Leitzeiger dezentral angeordnet sind. Mit der Erfindung wird vorteilhafterweise erreicht, daß einerseits das Antriebsregelgerät keine zeitkritischen Sollwerte benötigt und daß keine übergeordnete synchronisierte Sollwertbildung in einem Antriebsmaster notwendig ist. Die Funktionalität des Antriebsmasters, die bisher als separates Gerät vorhanden oder im Leitsystem integriert war, kann damit entfallen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungs- beispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen jeweils als Blockschaltbild:
Figur 1 ein System gemäß dem Stand der Technik, Figur 2 eine erste Anordnung gemäß der Erfindung und Figur 3 eine mit erweiterten Funktionalitäten versehene zweite Anordnung gemäß der Erfindung.
Die Figuren 2 und 3 werden teilweise gemeinsam beschrieben. Gleiche bzw. sich entsprechende Teile haben gleiche Bezugs- zeichen.
Als Stand der Technik kann ein System betrachtet werden, das prinzipiell nach FIG 1 aufgebaut ist. Eine Einrichtung, im folgenden als Antriebsmaster 7 bezeichnet, übernimmt die zeitkritischen Aufgaben und entlastet damit ein üblicherweise vorhandenes, übergeordnetes Leitsystem 5.
Das Leitsystem 5 versorgt den Antriebsmaster 7 mit der Maschinengeschwindigkeit v* . Dieser Sollwert wird über einen Hochlaufgeber 10 geführt, der den Drehzahlleitsollwert nL* erzeugt. Der Leitzeiger 12 generiert einen dem Drehzahlsollwert nL* entsprechenden Winkelleitsollwert wL* . Diese beiden Sollwerte werden an die Antriebsregelgeräte für den ersten Antrieb lα bis zum übernächsten Antrieb ln gesendet. Die An- zahl angeschlossener Antriebe kann bis zu etwa 100 betragen. Die Antriebsregelungen 14χ - 14n bestehen im Wesentlichen aus einer Gleichlauf- und einer Momenten-/Stromregelung, wobei eine Gleichlaufregelung antriebstechnisch als eine Drehzahl- regelung mit überlagerter Winkelregelung definiert wird, und laufen komplett in den Antriebsregelgeräten lτ - ln ab. Jeder Gleichlaufregelkreis wird durch die Zurückführung der Gebersignale aus den hochauflösenden Drehgebern 20α - 20n, die die Lage der Motoren 2ι - 2n ermitteln, geschlossen. Durch Differentiation der Lage kann die Drehzahl des Motors berechnet werden. Bei hohen Anforderungen an die Genauigkeit wird die Lage der Arbeitsmaschinen 3X - 3n auch mit den Zusatzgebern 30ι - 30n erfaßt.
Voraussetzung zur Realisierung eines solchen Aufbaus ist das Vorhandensein eines Bussystems zwischen Antriebsmaster 7 und Antriebsregelgeräten li - ln, der einerseits einen schnellen Datendurchlauf ermöglicht, aber darüber hinaus alle Teilnehmer über eine interruptgesteuerte, zentrale Taktvorgabe synchronisieren kann. Aus diesem Grund wird ein solches Bussystem, in der EP 0 567 741 Bl Antriebsbus genannt, im folgenden als Synchronisationsbus 4 bezeichnet. Dieser Synchronisationsbus 4 gewährleistet, daß alle Antriebe ihre Winkelistwerte zum gleichen Zeitpunkt und in gleichen Zeitabstän- den, d.h. zeitäquidistant, ermitteln. Dieser Zeitabstand entspricht der Zeitbasis, die für die Bildung der Winkel- inkremente gilt. Daher muß die Bildung des Winkelsollwerts im Antriebsmaster 7 im Takt der Interrupterzeugung des Synchronisationsbusses 4 gerechnet werden.
Das bekannte SERCOS-Interface oder das neu vorgestellte optische System SIMOLINK® entsprechend Siemens Produktinformation SIMOVERT MASTER DRIVES Motion Control erfüllen die Bedingungen, die an ein Synchronisationsbus im obigem Sinn gestellt werden. Antriebsmaster 7 und Antriebsregelgeräte li - ln müssen mit entsprechenden Schnittstellen 40M bzw. 40ι - 40n für den Synchronisationsbus 4 ausgerüstet sein. Für den obengenannten
SIMOLINK® stehen entsprechend Siemens-Produktinformation Schnittstellen für das Regelsystem SIMADYN D® auf der Antriebsmasterseite 40M und für die Umrichterregelgeräte der Familie SIMOVERT® Master Drives auf der Seite der Antriebsregelgeräte 40ι - 40n zur Verfügung.
Zeitunkritische Sollwerte, Istwerte, Parameter, sowie Steuer- und Zustandssignale werden normalerweise über einen separaten Steuer- und Para etrierbus, der in FIG 1 nicht dargestellt ist, ausgetauscht. Ein solcher Bus wird in der WO 97 11848 A im einzelnen beschrieben. Zur Realisierung einer solchen Kommunikation kann z.B. PROFIBUS DP verwendet werden.
An die Kommunikation 6 zwischen Leitsystem 5 und Antriebsmaster 7 werden keine besonderen Anforderungen gestellt. Im Einsatz befindet sich z.B. der Datenbus PROFIBUS-FMS . Sowohl das Regelgerät SIMADYN D® als Antriebsmaster 7 als auch die
Automatisierungsgeräte SIMATIC® S5/S7 als Leitsystem 5 entsprechend Siemens-Produktionsformation verfügen über entsprechende Schnittstellen 60M bzw. 60L. Die Funktionalität des Antriebsmasters kann aber auch im Leitsystem integriert sein.
Bezeichnend für die bisher bekannten Systeme ist die zentrale Generierung mindestens eines Winkelsollwerts, und damit einer zeitkritischen und synchronisierten Prozeßgröße. Ein solches Konzept besitzt den Nachteil, daß der Antriebsmaster 7 auf den Bustakt des Synchronisationsbusses 4 synchronisiert werden muß. Außerdem muß der Antriebsmaster 7 innerhalb jedes Bustaktes einen aktuellen Winkelleitsollwert w* berechnen. Weitere Schwierigkeiten kommen hinzu, wenn der Winkelleitsollwert w* für jeden Antrieb individuell verändert wird, etwa durch die Addition eines antriebsbezogenen Winkelversatzes : - Antriebsmaster 7 muß innerhalb des kurzen Bustaktes die Winkelsollwerte für alle Antriebe bilden.
- Geringe Modularität des Antriebsmasters 7, der in Abhängigkeit der Antriebsanzahl individuelle Sollwerte bilden muß .
- Schnelle Uberbelastung des Antriebsmasters 7 bei steigender Antriebsanzahl .
- Zusätzliche Realisierung einer Drehzahlrelation im Antriebsmaster 7 nur mit hohem Aufwand und hoher Prozessor- belastung möglich.
Ausgehend von einem solchen bekannten System würde die Anordnung gemäß Figuren 2 und 3 weiter entwickelt. Gemeinsam und wesentlich ist bei beiden Anordnungen gemäß Figur 2 und 3, daß die Winkelsollwertgeneratoren 12 als Leitzeiger dezentral in das jeweilige Antriebsregelgerät li bis ln liegen. Dabei ist in Figur 2 noch ein Antriebsmaster 7 mit Hochlaufgeber 10 vorhanden, der aus dem Maschinengeschwindigkeits- sollwert v* den Drehzahlsollwert n* erzeugt.
Die Anordnung gemäß Figur 3 bezieht sich auf einen vollständig dezentralen Aufbau, der alle Anforderungen an einen gleichlaufgeregelten Antrieb in einem durch einen Synchronisationsbus 4 vernetzten Mehrmotorenantriebssystem erfüllt, ohne dabei einem übergeordneten Leitsystem spezielle Anforderungen zu stellen.
Zur besseren Übersicht wird in FIG 2 und 3 nur ein einzelner Antrieb dargestellt. Gleiche Komponenten besitzen in FIG 1 sowie 2 und 3 gleiche Bezeichnungen, wobei in FIG 2 und 3 auf die Antriebsnummerierung 1 - n als Index verzichtet wird.
Nunmehr wird jedes dezentrale Antriebsregelgerät 1 mit einem Hochlaufgeber 10 und einem Leitzeiger 12 ausgerüstet. Über den Synchronisationsbus 4 wird jeder Antrieb mit dem zu seinem Maschinenverbund gehörenden Maschinengeschwindigkeitssollwert v* versorgt. Nach dem Verteilen der Sollwerte wird ein Interrupt an alle Antriebe gesendet. Durch diese Syn- chronisation wird gewährleistet, daß alle Teilnehmer eines Antriebsverbunds ihre Rechenzyklen immer mit dem gleichen, aktuellen Maschinengeschwindigkeitssollwert v* abarbeiten. Da digitale Systeme eine exakt gleiche Berechnung garantieren, kann jeder Antrieb für sich selbst die Drehzahl- und Winkel- Sollwerte ermitteln.
Der größte Vorteil des Aufbaus gemäß Figur 2 und 3 besteht darin, daß keine Winkelsollwerte oder Winkelabweichungen bei jedem Bustakt im Antriebsmaster gebildet werden müssen. Die Maschinengeschwindigkeit v* bzw. die Drehzahl n* wird direkt vom entsprechenden Bedienungssystem weitergeleitet und braucht nicht bei jedem Buszyklus aktualisiert werden. Damit können die Antriebsregelgeräte 1 direkt an das übergeordnete Leitsystem 5, das von zeitkritischen und synchronisierten Aufgaben befreit ist, angeschlossen werden.
Darüber hinaus wird die Abhängigkeit von der Antriebsanzahl modular in die Antriebsregelgeräte 1 verlagert. Einzige Bedingung ist, daß das Leitsystem 5 über eine Schnittstelle zum Synchronisationsbus 4 verfügt. Die Implementierung einer
SIMOLINK®-Schnittstelle in das Siemens Automatisierungsgerät
SIMATIC® S7 ist bereits realisiert.
Durch die geringe Belastung des Synchronisationsbusses 4, der nur den gemeinsamen Maschinengeschwindigkeitssollwert v* und die Interrupts verteilen muß, ist auch ein Anschluß von ca. 200 Antrieben an ein Leitsystem vorstellbar. Zur Entlastung des Synchronisationsbusses 4 empfiehlt es sich, asynchrone Sollwerte, wie die Relation r oder den Versatzwinkel wv, über den separaten Steuer- und Parametrierbus zu senden.
Durch die nunmehr erfolgte Verlagerung des Hochlaufgebers 10 in das Antriebsregelgerät 1 kann die wichtige Funktionalität des gleichlaufgeregelten Anhaltens bei Busstörung auf ein- fache Weise verwirklicht werden. Bei Störung der Kommunikation mit dem Leitsystem 5, und damit Ausfall des Maschinengeschwindigkeitssollwertes v*, kann der Hochlaufgeber 10 mittels des internen Steuersignals "Hochlaufgeber Null setzen So" mit Sollwert gleich Null beaufschlagt werden. Gleichzei- tig wird die Rücklaufzeit des Hochlaufgebers 10 auf eine bei allen Antrieben gleich parametrierte Bremsrampe umgeschaltet. Auf diese Weise können sich die einzelnen Antriebe gleichlaufgeregelt und damit parallel stillsetzen. Die entsprechenden Busüberwachungsmechanismen sind im oben erwähnten SIMOLINK® implementiert.
Ein weiterer Vorteil des dezentralen Aufbaus besteht darin, daß modular eine Drehzahlrelation r realisiert werden kann, was speziell in Figur 3 zusätzlich implementiert ist. Diese Relation r entspricht dem Übersetzungsverhältnis eines mechanischen Getriebes und kann dabei einen festen Wert besitzen oder vom Leitsystem 5 vorgegeben werden. Der Relationswert r wird mittels des Multiplikators 11 mit dem Drehzahlsollwert n* multipliziert.
Der vorstehend anhand der Figuren 2 und 3 im einzelnen beschriebene Aufbau ermöglicht es somit, einen relationsbehafteten Antrieb winkelgenau gleichlaufzuregeln. Obwohl ein Antrieb mit Übersetzungsverhältnis ungleich Εins' naturgemäß nicht im absoluten Gleichlauf zu anderen Antrieben fährt, die ein anderes Übersetzungsverhältnis besitzen, muß es aber trotzdem Winkelfehler, die durch Sollwert- oder Lastsprünge entstehen, ausregeln und damit einen relativen Gleichlauf einhalten. Um diese Funktionalität zu verwirklichen, muß also jeder relationsbehafteter Antrieb mit einem eigenen Leitzeiger 12 ausgerüstet werden, der aus dem relationsbehafteten Drehzahlsollwert nr* einen antriebsbezogenen Winkelsollwert wa* berechnet. Dies bedeutet, daß jeder Antrieb über eine eigene "virtuelle Welle" als Bezugspunkt verfügt.
Mittels des Steuersignals "Winkel setzen Sw" kann der Leitzeiger 12 statisch oder dynamisch auf einen vorgegebenen Winkelsetzwert ws gesetzt werden. Damit läßt sich der Antrieb auf einen beliebigen Bezugspunkt positionieren oder synchro- nisieren.
Der antriebsbezogene Winkelsollwert wa* kann speziell in Figur 3 mit einem Addierer 13 zusätzlich mit dem Versatzwinkel w beaufschlagt werden. Damit kann der einzelne An- trieb in seiner Lage verstellt, und so die Funktionalität einer Register- oder Passerverstellung verwirklicht werden. Der Versatzwinkel wv kann von dem Leitrechner 5 oder von einer externen Einrichtung, wie z.B. einer Registerregelung, vorgegeben werden. Der aus der Addition resultierende Winkel- sollwert w* wird, zusammen mit dem relationsbehafteten Drehzahlsollwert nr*, an die Gleichlaufregelung 14 weitergeleitet.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum dezentralen Betrieb einer Einrichtung zur Regelung des winkelgenauen Gleichlaufs einzelner, drehzahl- veränderbarer Elektroantriebe eines durch einen Synchronisationsbus vernetzten Mehrmotoren-Antriebssystems, wobei den Antrieben ein Winkelsollwert eines Leitzeigers vorgegeben wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in jedem Antrieb ein eigener Leitzeiger (12) generiert wird, der aus einem allen Antrieben über den Sychronisationsbus (4) zugeführten Drehzahlsollwert dezentral im jeweiligen An- triebsregelgerät (lι-ln) gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n - z e i c h n e t , daß der Leitzeiger (12) aus dem Drehzahlsollwert in Form eines Sägezahns (n*) erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Leitzeiger (12) statisch wie dynamisch auf einen vorgegebenen Winkel (ws) gesetzt wird, wobei der Leitzeiger (12) auf jeden beliebigen Bezugspunkt setzbar ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n - z e i c h n e t , daß jeder Antrieb dezentral mit einer individuellen Drehzahlrelation (r) beaufschlagt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der relationsbehaftete Antrieb mit- tels des jeweils eigenen Leitzeigers (12) gleichlaufgeregelt wird und winkelgenau seine relative Lage einhält.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß jeder Antrieb dezentral mit einem individuellen Versatzwinkel (wv) beaufschlagt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß jeweils ein dezentraler Hochlaufgeber (10) verwendet wird, der es ermöglicht, durch Drehzahlsoll- wertvorgabe ΛNull' und Umschaltung auf eine parametrierbare Rücklauframpe, bei Kommunikationsstörungen des Synchronisationsbusses (4) jeden einzelnen Antrieb gleichlaufgeregelt und parallel stillzusetzen.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 7, mit einem übergeordneten Leitsystem (1), das über einen Synchronisationsbus (4) mit Antriebsregelgeräten (lι-ln) verbunden ist, die über Winkelsollwertgeneratoren (12ι-12n) verfügen, wobei jedes einzelne Antriebsregelgerät (lι-ln) einen eigenen Winkelsollwertgeber als Leitzeiger (12) hat.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Multiplizierer (11) vorhanden sind, mit denen die dem Leitzeiger (12) zugeführte Drehzahl
(n*) mit einer Drehzahlrelation (r) multipliziert, wobei die Drehzahlrelation (r) einen festen Wert besitzt oder vom übergeordneten Leitsystem (5) vorgegeben wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in jedem dezentralen Antriebsregelgerät (lι-ln) jeweils ein eigener Hochlaufgeber (10) vorhanden ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Addierer (14) vorhanden sind, mit denen der Versatzwinkel (wv) dezentral dem jeweiligen Winkelsollwert (w*) aufaddierbar ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Versatzwinkel (wv) sowohl vom übergeordneten Leitsystem (5) oder von einer externen Registerverstellung bzw. -regelung vorgebbar ist.
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