DE102017007411A1

DE102017007411A1 - Sensorless tension control system for winders

Info

Publication number: DE102017007411A1
Application number: DE102017007411.9A
Authority: DE
Inventors: Josef von Stackelberg
Original assignee: Rico Werk Eiserlo & Emmrich GmbH; Rico-Werk Eiserlo & Emmrich GmbH
Current assignee: Rico Werk Eiserlo & Emmrich GmbH; Rico-Werk Eiserlo & Emmrich GmbH
Priority date: 2017-08-05
Filing date: 2017-08-05
Publication date: 2019-02-07

Abstract

Die Erfindung des sensorlosen Zugspannungsregelsystems für Wickler basiert darauf, dass die notwendigen Regelinformationen zur Geschwindigkeit und zur Zugspannung aus den Istwerten für Ankerspannungen und -ströme bzw. abgeleiteter Werte der Antriebs- und Bremsaggregate abgenommen werden. In Kombination mit den Außendurchmessern der abzuwickelnden und der aufzuwickelnden Rollen können daraus Drehzahl und dem Drehmoment der Antriebs- und Bremsaggregate errechnet und geregelt werden. Über in die Antriebs- und Bremsaggregate integrierte Umfangslagesensoren können bei Bekanntsein der Dimensionen des Wickelgutes die Werte für die Durchmesser laufend korrigiert werden und auf diese Weise die Informationen zur Geschwindigkeit und Zugkraft laufend ermittelt werden.The invention of the sensorless tension control system for winders is based on the fact that the necessary control information on the speed and tension is taken from the actual values for armature voltages and currents or derived values of the drive and brake units. In combination with the outer diameters of the rolls to be unwound and wound, rotational speed and the torque of the drive and brake units can be calculated and regulated therefrom. By means of integrated in the drive and brake units circumferential position sensors, the values for the diameters can be continuously corrected when known the dimensions of the winding material and in this way the information on speed and traction can be determined continuously.

Description

Für das Umwickeln von flexiblen langen Materialien wie Folien oder Drähten werden Maschinen verwendet, die auf der einen Seite an dem Aufwickler oder den Aufwicklern einen oder mehrere Antriebsmotoren haben, die die Aufwickelspule, -spindel, -haspel oder ähnliches antreiben, und auf der anderen Seite an dem Abwickler oder den Abwicklern, die die abzuwickelnden Spulen, Spindeln, Haspeln oder ähnliches aufnehmen, Bremsaggregate haben, die das notwendige Gegenmoment erzeugen, um bei einer definierten Bahngeschwindigkeit eine definierte Zugspannung auf das Wickelgut auszuüben. Da sich sowohl auf der Aufwickelseite als auch auf der Abwickelseite die Durchmesser stetig ändern und darum sich sowohl die Drehzahlen als auch die Drehmomente der Antriebs- und Bremsaggregate ständig ändern müssen, um die Bahngeschwindigkeit und die Zugkraft auf das Wickelgut auf einem gewünschten Wert zu halten, muss ein Regler anhand von Messwerten für die Bahngeschwindigkeit und Bahnspannung die Antriebe und Bremsen ständig kontrollieren und nachregeln.For wrapping flexible long materials such as sheets or wires, machines are used which have on one side on the rewinder or rewinders one or more drive motors driving the take-up reel, spindle, reel or the like, and on the other side on the unwinder or the unwinders, which receive the unwinding spools, spindles, reels or the like, have brake units which generate the necessary counter-torque to exert a defined tensile stress on the winding material at a defined web speed. Since both on the take-up side and on the unwinding side, the diameters change constantly and therefore both the speeds and the torques of the drive and brake units must constantly change in order to keep the web speed and the tensile force on the winding material at a desired value, a controller must constantly check and adjust the drives and brakes based on web speed and web tension measurements.

Der Stand der Technik in Zugspannungsregelsystemen für vorbeschriebene Maschinen ist dergestalt, dass die Bahngeschwindigkeit über zusätzliche Sensoren, zum Beispiel mitlaufende Räder oder Walzen mit Drehzahlmessern oder Laserabtastern oder anderen Geschwindigkeitsmesstechniken kontinuierlich erfasst wird, und die Bahnspannung über zusätzliche Sensoren, zum Beispiel mitlaufende Räder oder Walzen, die auf Wägezellen oder in vorbelasteten Pendelkonstruktionen montiert sind, oder anderen Messtechniken kontinuierlich erfasst wird. Die von den vorbeschriebenen Sensoren abgegebenen Informationen zur Geschwindigkeit und zur Zugkraft werden von Reglern für die Antriebsmotoren und Bremsaggregate laufend ausgewertet und die Antriebs- und Bremsaggregate entsprechend gesteuert. Diese zusätzliche Sensortechnik erfordert zusätzlichen Platz in den Maschinen und Anlagen, weil die Messräder und -walzen entsprechende Umschlingungen durch das Wickelgut erforderlich machen, um einen ausreichenden Kraftschluss zu erreichen und Verfälschungen der Messergebnisse für die Geschwindigkeit und Zugspannung zu vermeiden. Außerdem kosten diese Sensorsysteme eine nicht unerhebliche Menge Geld, erfordern in vielen Fällen zusätzlichen Instandhaltungsaufwand und verringern nicht zuletzt die Verfügbarkeit der Maschinen durch ihr Ausfallrisiko.The prior art in tension control systems for above-described machines is such that the web speed is continuously detected via additional sensors, for example idler wheels or rollers with tachometers or laser scanners or other speed measurement techniques, and the web tension via additional sensors, for example idler wheels or rollers. which are mounted on load cells or in preloaded pendulum constructions, or are continuously detected by other measuring techniques. The information provided by the above sensors information on speed and traction are continuously evaluated by controllers for the drive motors and brake units and controls the drive and braking units accordingly. This additional sensor technology requires additional space in the machines and systems, because the measuring wheels and rollers require appropriate wrapping through the winding material in order to achieve a sufficient adhesion and to avoid distortions of the measurement results for the speed and tension. In addition, these sensor systems cost a considerable amount of money, in many cases require additional maintenance and last but not least reduce the availability of the machines due to their risk of failure.

Die Erfindung basiert darauf, dass die notwendigen Informationen zur Geschwindigkeit und zur Zugspannung aus den Istwerten der Antriebs- und Bremsaggregate abgenommen werden. Bei einem Elektromotor verhält sich die anliegende Ankerspannung proportional zur Drehzahl und der durch den Anker fließende Strom proportional zum Drehmoment des Elektromotors. Wenn der Außendurchmesser der abzuwickelnden Rolle oder Rollen und der Außendurchmesser der aufzuwickelnden Rolle oder Rollen bekannt ist bzw. sind, kann aus der Drehzahl und dem Drehmoment der Antriebs- und Bremsaggregate leicht die Geschwindigkeit und die Zugkraft errechnet werden. Wenn über in die Antriebs- und Bremsaggregate integrierte Umfangslagesensoren stetig die Positionen der rotierenden Motorenanker ermittelt werden, können bei Bekanntsein der Dimensionen des Wickelgutes, z.B. dem Durchmesser des Drahtes bzw. der Dicke der Bahn, die Werte für die Durchmesser laufend korrigiert werden und auf diese Weise die Informationen zur Geschwindigkeit und Zugkraft laufend ermittelt werden.The invention is based on the fact that the necessary information about the speed and the tension from the actual values of the drive and brake units are removed. In an electric motor, the applied armature voltage is proportional to the speed and the current flowing through the armature proportional to the torque of the electric motor behaves. When the outer diameter of the roll or rolls to be unwound and the outer diameter of the roll or rolls to be wound are known, the speed and the tensile force can be easily calculated from the rotational speed and the torque of the drive and brake assemblies. If the positions of the rotating engine anchors are continuously determined by means of circumferential position sensors integrated in the drive and brake assemblies, it is possible, when the dimensions of the winding material, e.g. the diameter of the wire or the thickness of the web, the values for the diameters are continuously corrected and in this way the information on speed and traction are continuously determined.

Im Einzelnen ist ein Regler notwendig, der allen Antriebs- und Bremsaggregaten übergeordnet ist. Dieser Regler empfängt permanent von allen Antriebs- und Bremsaggregaten die Informationen zur Drehzahl, zum Drehmoment und zur Ankerlage. Der Regler vergleicht für den oder die Aufwickelantriebsaggregate die Istdrehzahl mit der Sollgeschwindigkeit unter Berücksichtigung des oder der aktuellen Außendurchmessers der Aufwickelspule bzw. Aufwickelspulen und gibt entsprechende Korrekturwerte an die Steuereinheit oder Steuereinheiten für das entsprechende Aggregat oder die entsprechenden Aggregate. Gleichzeitig überwacht der Regler die Rotationsposition der Anker der Aufwickelantriebsaggregate und korrigiert laufend den bzw. die Außendurchmesser. Gleichzeitig vergleicht der Regler für den oder die Abwickelbremsaggregate das Istdrehmoment bzw. die Istdrehmomente mit der Sollzugspannung unter Berücksichtigung des oder der aktuellen Außendurchmesser der Abwickelspule bzw. Abwickelspulen und gibt entsprechende Korrekturwerte an die Steuereinheit bzw. Steuereinheiten für das jeweilige Aggregat bzw. die jeweiligen Aggregate. Gleichzeitig überwacht der Regler die Rotationspositionen der Anker der Abwickelbremsaggregate und korrigiert laufend den bzw. die Außendurchmesser.In detail, a controller is necessary, which is superordinate to all drive and braking units. This controller permanently receives information about the speed, torque and armature position from all drive and brake assemblies. The controller compares the actual speed with the set speed for the one or more take-up drive units, taking into account the actual outer diameter of the take-up reel or take-up reels, and outputs corresponding correction values to the control unit or control units for the corresponding unit or units. At the same time, the controller monitors the rotational position of the winders of the take-up drive units and continuously corrects the outer diameter (s). At the same time, the controller for the one or more unwind brake assemblies compares the actual torque and the actual torques with the desired tensile stress, taking into account the actual outer diameter of the supply reel or unwinding reels and gives corresponding correction values to the control unit or control units for the respective unit or the respective units. At the same time, the controller monitors the rotational positions of the armatures of the unwinding brake assemblies and continuously corrects the outer diameter (s).

Zur Kontrolle der Plausibilität der Rechenwerte vergleicht der Regler die aus den Durchmessern und Drehmomenten errechneten Zugspannungen der Aufwickelaggregate mit der Sollzugspannung und die aus den Durchmessern und Drehzahlen errechneten Geschwindigkeiten der Abwickelaggregate mit der Sollgeschwindigkeit und fügt bedarfsweise Korrekturwerte an die jeweiligen Durchmesser an. Auf diese Weise können Ungenauigkeiten der realen zu den spezifizierten Dimensionen des Wickelgutes oder dehnungsbedingte Werteverschiebungen ausgeglichen werden.To check the plausibility of the calculated values, the controller compares the tensile stresses of the winding units calculated from the diameters and torques with the nominal tensile stress and the speeds of the unwinding units calculated from the diameters and rotational speeds with the nominal velocity and, if necessary, adds correction values to the respective diameters. In this way inaccuracies of the real to the specified dimensions of the winding material or strain-related value shifts can be compensated.

Bei Verwendung verteilter Intelligenz in Form mehrerer Regler, z.B. für jedes Antriebs- und Bremsaggregat jeweils einen eigenen Regler, ist ein entsprechendes Datenaustauschsystem zwischen den Reglern notwendig, um alle Regler mit allen für sie relevanten Informationen, auch aus den jeweils anderen Reglern, zeitgerecht zu versorgen.When using distributed intelligence in the form of multiple controllers, e.g. For each drive and brake unit each have their own controller, a corresponding data exchange system between the controllers is necessary to provide all controllers with all relevant information, including from the other controllers, timely.

Der Vorzug der Erfindung liegt darin, dass durch die Einsparung der aufwändigen Sensor- und Messtechnik in den Maschinen dieselbigen kompakter gebaut werden können, die Herstellungskosten für die Maschinen verringert werden können, der Instandhaltungsaufwand verringert werden kann und das Ausfallrisiko der Maschinen sich verringert.The advantage of the invention is that the savings in the complex sensor and measuring technology in the machines dieselbigen can be built more compact, the manufacturing cost of the machines can be reduced, the maintenance costs can be reduced and the risk of failure of the machine is reduced.

Die Realisierung der Erfindung wird dadurch ermöglicht, dass moderne Antriebstechnik mit schneller und präziser elektronischer Rechentechnik ausgestattet ist und die vorbeschriebenen Signale und Informationen bereits fertig zur Verfügung stehen und dass übergeordnete Rechner für die Regelalgorithmen in der Lage sind, mit hinreichender Geschwindigkeit die laufenden Korrekturrechnungen durchzuführen, um einen stabilen Wickelbetrieb zu gewährleisten.The realization of the invention is made possible by the fact that modern drive technology is equipped with fast and precise electronic computing technology and the above-described signals and information are already ready and that higher-level computers for the control algorithms are able to carry out the current correction calculations with sufficient speed. to ensure a stable winding operation.

Beispiele für die Anwendung der Erfindung gibt es überall, wo Wickelgüter auf-, ab- oder umgewickelt werden:Examples of the application of the invention are everywhere, where winding goods are wound up, down or wrapped:

In der Papier- und Folienindustrie die Herstell- und Konfektioniermaschinen, in der Druckindustrie die Rotationsdruckmaschinen, in der Stahlindustrie überall dort, wo Coils be- und verarbeitet werden, in der Textilindustrie, in der Kabelherstellindustrie, im Transformatorenbau usw.In the paper and film industry the manufacturing and finishing machines, in the printing industry the rotary printing machines, in the steel industry everywhere, where coils are processed, in the textile industry, in the cable manufacturing industry, in transformer construction etc.

Claims

Sensorless tension control, characterized in that the tension and web speed control technique used in a web wrapping machine does not require sensors for measuring tension and web speed, and the necessary actual tension and web speed for the control parameter calculations from those of the controllers derived from the drive motors and brakes derived information, for example, based on the current and voltage actual values of the drive motors and brakes.