材料幅面的幅面速度的監測的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于監測通過輥(2，3，4)運動的材料幅面的幅面速度的方法，其中借助發動機(5)驅動驅動輥(2，3，4)并且檢測發動機(5)的瞬時轉速。由所檢測到的轉速和驅動輥(2，3，4)的直徑求出瞬時幅面速度。所求出的瞬時幅面速度與幅面速度的預設的速度闕值和預設的速度額定值相比較。
【專利說明】材料幅面的幅面速度的監測
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種用于監測通過輥運動的材料幅面的幅面速度的方法和裝置。
【背景技術】
[0002]在此，材料幅面理解為由平面材料、例如由紙、塑料或金屬構成的幅面。
[0003]在具有連續的、通過輥運動的材料幅面的機器中，要監測驅動輥的圓周速度和與此相關聯的材料幅面的幅面速度。特別地，要考慮兩個速度閾值:最大的機械幅面速度，該速度不能被超越以避免損壞機器；和所謂的安全速度，在此速度下允許操作者在機器運動期間進入危險區域，以便例如執行維護作業。
[0004]DE 44 30 550 Al公開了一種用于在運輸彈性材料幅面或者在拉伸可塑性變形的材料幅面的裝置中控制幅面速度的方法，其中運輸部件或拉伸部件分別包含布置在轉速調節回路中的電驅動器。在此，由材料幅面的和相應的拉伸部的引導速度來確定幅面速度的所屬的額定值，由此借助與驅動器連接的輥直徑并且或許借助傳動裝置傳動比來確定用于轉速調節回路的額定轉速。
[0005]DE 101 04 795 Al中公開了一種用于為電控制的或電調節的從動軸進行額定值校正的方法，所述從動軸相應于上級導向軸的導向運動的預設功能性關聯來運行。在此，為了控制從動軸，使相應的導向軸的位置實際值增大了一個位置校正值。
[0006]DE 26 13 600 Al公開了一種用于輸送幅面的機器的轉速調節系統，其中為用于直徑相同的輥子的轉速調節器分別預設了相同的轉速額定值，并且對于具有與導向滾筒的直徑不同的直徑的輥子或輥子組設置適當的轉速額定值，其由輸送帶張力調節器來校正。
[0007]DE 692 02 132 T2公開一種用于幅面運送器的驅動系統，其具有包括多個幅面驅動輥的驅動輥裝置，幅面驅動輥各具有一個與驅動輥耦合的獨立的發動機驅動器，其中每個發動機驅動器具有用于提供與其相應的發動機驅動電流相符的輸出信號的部件。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在于，提供一種用于監測通過輥運動的材料幅面的幅面速度的改進方法和改進裝置。
[0009]根據本發明，該目的在方法方面通過權利要求1的特征來實現，并且在裝置方面通過權利要求9的特征來實現。
[0010]本發明的有利的設計方案是從屬權利要求的內容。
[0011]在根據本發明的用于監測通過輥運動的材料幅面的幅面速度的方法中，借助于發動機來驅動驅動輥。檢測發動機的瞬時轉速，并且由所檢測到的轉速和驅動輥的直徑來求出瞬時幅面速度。所求出的瞬時幅面速度與幅面速度的預設的速度闕值和預設的速度額定值相比較。當所求出的瞬時幅面速度大于速度閾值的時間長于預設的第二公差持續時間時，或者當所求出的瞬時幅面速度與速度額定值的偏差大于預設的公差偏差時，或者當所求出的瞬時幅面速度大于速度閾值時，關閉發動機。
[0012]檢測驅動輥的發動機的瞬時轉速有利地實現的是，簡單且精確地求出材料幅面的幅面速度。所求出的幅面速度與速度額定值的和速度閾值的比較允許監測優選的幅面速度值的保持情況和限制幅面速度。
[0013]在所求出的瞬時幅面速度與速度額定值的偏差大于公差偏差的情況下關閉發動機，這實現了通過關閉發動機對于發動機轉速的可能的錯誤檢測作出反應，所述錯誤檢測導致了錯誤地求出幅面速度并且表現為所求出的幅面速度與速度額定值的相應偏差。
[0014]通過在所求出的瞬時幅面速度大于速度閾值的情況下關閉發動機，能夠有利地防止:幅面速度大到損壞處理材料幅面的機器、或者使得機器的操作人員例如在維護機器時受到危害。
[0015]在所求出的瞬時幅面速度大于速度閾值的時間長于公差持續時間的情況下關閉發動機，這有利地考慮到:不需要在每次確認超過速度閾值時立即關閉發動機。例如，當因為由調節決定的和/或由檢測決定的波動而非精確地求出瞬時幅面速度，并且因此偶爾偽裝成實際未出現的超出速度閾值時，和/或當幅面速度僅短時間地超過速度閾值時，不需要關閉發動機。
[0016]本發明的一個設計方案提出，預設第一公差持續時間，并且當所求出的瞬時幅面速度和速度額定值之間的差值保持恒定的時間大于第一公差持續時間時，關閉發動機。
[0017]本發明的該設計方案有利地克服了對幅面速度監測的可能的干涉，其偽裝成所求出的幅面速度與速度額定值的實際不存在的一致性。在此充分利用的是，所求出的瞬時幅面速度和速度額定值之間的差值不可能較長時間地持續恒定，并且這表明了干涉。
[0018]在本發明的另一個設計方案中，由驅動輥的速度額定值和直徑來求出發動機的轉速的轉速額定值，并且將發動機的轉速調節到該轉速額定值上。
[0019]該設計方案有利地實現的是，根據速度額定值的變化和/或驅動輥的直徑的變化來調整發動機的轉速。
[0020]在本發明另一個設計方案中，在驅動輥具有隨時間變化的直徑的情況下，周期性地檢測驅動輥的直徑，并且將所檢測到的瞬時直徑用于求出瞬時幅面速度。
[0021]本發明的該設計方案與驅動輥有關，材料幅面纏繞到該驅動輥上或者從該驅動輥開始展開材料幅面，并且因此所述驅動輥的直徑在時間上是變化的。這種驅動輥的瞬時直徑在本文中相應地理解為具有瞬間纏繞到其上的部分材料幅面的輥的直徑。檢測這種驅動輥的瞬時直徑是有利的，因為僅根據實際的瞬時直徑能夠根據瞬時轉速可靠地求出瞬時的幅面速度。
[0022]優選地，此時在驅動輥每次旋轉期間，從至少一個傳感器位置的不同位置點上檢測驅動輥的直徑；對于每次旋轉，在所檢測到的直徑中求出所檢測到的最大直徑和最小直徑，預設對于該直徑的公差差值、旋轉數量N1和公差數量N2,并且當從N1個依次進行的驅動輥的旋轉起，對于大于N2而言,分別檢測到的最大直徑和最小直徑之間的差值大于公差差值時，關閉發動機。
[0023]通過在旋轉期間這樣檢測和評估在驅動輥的不同位置點上的直徑，能夠可靠地識別驅動輥的不平衡，其例如歸因于在驅動輥上不對稱地纏繞的材料幅面，并且在識別到不平衡時能夠關閉發動機。這是有利的，因為在速度閾值沒有考慮到的很小的幅面速度時，這種不平衡已經能夠破壞機器。
[0024]根據本發明的方法特別有利地適合于監測造紙機、輥式切割機或者涂布機中的材料幅面的幅面速度。
[0025]用于借助根據本發明的方法來監測通過輥運動的材料幅面的幅面速度的根據本發明的裝置包括驅動輥以及用于驅動驅動輥的發動機。此外，其還包括用于檢測發動機的轉速的轉速檢測單元和控制單元，借助于該控制單元能夠評估用于求出瞬時幅面速度的由轉速檢測單元所檢測到的信號，并且根據評估結果能夠關閉發動機。
[0026]當驅動輥具有在時間上可變化的直徑時，該裝置優選地還具有至少一個直徑檢測單元以檢測驅動輥的直徑。在此，直徑檢測單元特別優選地包括測距儀以檢測從測距儀到驅動輥的外表面的距離。
[0027]這使得執行根據本發明的具有上述優點的方法成為可能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]結合下面參考附圖詳細闡述了的實施例的說明，本發明的上述屬性、特征和優點以及如何實現它們的方式方法會更清晰易懂。在此示出:
[0029]圖1用于監測通過輥運動的材料幅面的幅面速度的裝置的框圖，和
[0030]圖2用于監測通過輥運動的材料幅面的幅面速度的方法的框圖。
【具體實施方式】
[0031]圖1示出用于監測在處理材料幅面的機器中的材料幅面(未示出)的幅面速度的裝置I的框圖。例如，材料幅面由紙構成，并且該機器是造紙機、輥式切割機或者涂布機。然而材料幅面和機器的特定構造與本發明無關。
[0032]材料幅面通過驅動輥2，3,4來運動。每個驅動輥2，3，4通過發動機5借助在此未詳細示出的發動機軸6和在此同樣未詳細示出的傳動裝置7來驅動。
[0033]在示出的實施例中，第一驅動輥2和第二驅動輥3是具有恒定的輥直徑的輥，其僅用于驅動材料幅面，材料幅面并不纏繞到所述驅動輥2，3上或者從其開始展開。第三驅動輥4是具有變化的直徑的輥，材料幅面纏繞到其上或者從其開始展開。
[0034]發動機5分別通過變頻器8來供電。變頻器8通過現場總線9、例如PR0FIBUS (=Process Field Bus)與控制單元10相連,并且變頻器是可控的。
[0035]針對每個發動機5，該裝置具有用于檢測相應的發動機5的轉速的轉速檢測單元
11。由轉速檢測單元11所檢測到的轉速通過配屬于相應的發動機5的變頻器8和現場總線9傳輸到控制單元10處，并且由控制單元10以下面詳細描述的方式評估該轉速。配屬于第一驅動輥2的轉速檢測單元11在所示出的實施例中具有可選的發送器信號評估器12，借助于其以適當的形式為附屬的變頻器8提供發送器信號。
[0036]控制單元10通過第一外圍組件13和第二外圍組件14與外圍儀器15至21相連。外圍組件13，14原則上構造是相同的。在示出的實施例中，外圍儀器15至21包括直徑檢測單元15、緊急開關16、保險開關17、顯示元件18、至少一個安全門19、至少一個光柵20和防護單元21。
[0037]直徑檢測單元15周期性地檢測第三驅動輥4的直徑。為此，該直徑檢測單元具有測距儀，以檢測測距儀到第三驅動輥4的外表面的距離。由直徑檢測單元15所檢測到的信號被傳輸到第二外圍組件14的模擬模塊14.1處，并且由第二外圍組件14的通信模塊14.0將其轉發到控制單元10。
[0038]緊急開關16實現了手動地、時間延遲地關閉驅動器直至其處于靜止。安全開關17實現了手動關閉驅動器，其中在此，接通和關閉驅動器等同于電接通和關閉全部的發動機
5。緊急開關16和保險開關17分別與第二外圍組件14的數字模塊14.2連接，這些開關通過數字模塊向通信模塊14.0傳輸其相應的開關狀態。這些開關狀態由第二外圍組件14轉發到控制單元10。
[0039]每個顯示元件18配屬于一個保險開關17，并且顯示該開關的開關狀態。為此，顯示元件與第一外圍組件13相連,通過第一外圍組件控制該顯示元件。每個顯示元件18具有一個發光二極管，例如當驅動器借助附屬的安全開關17來關閉時，在導通方向上運行發光二極管。
[0040]安全門19和光柵20用于到機器的接入控制。借助光柵20監測機器的接入，并且借助安全門19僅在劃分為無危險的狀態中實現到機器的接入。安全門19和光柵20與第二外圍組件14的數字模塊14.2相連，通過第二外圍組件可以控制并監測和安全門19的狀態(閉鎖或解鎖)和光柵20的信號。也能夠設置多個安全門19和光柵20來代替僅僅一個安全門19和僅僅一個光柵20。例如，能夠設置安全門19和光柵20，其分別僅提供或監測到機器的特定區域的訪問。
[0041]通過防護單元21能夠關閉和接通第三驅動輥4的發動機。防護單元21與第二外圍組件14的數字輸出端14.3相連，并且通過這些能夠借助控制單元10經由第二外圍組件14來對其進行驅控。
[0042]另外兩個驅動輥2，3的發動機5能夠借助控制單元10直接通過現場總線9來接通和關閉，如通過現場總線9的虛線示出的部段所示。
[0043]圖2以框圖示意性地示出用于監測通過驅動輥2，3，4來運動的材料幅面的幅面速度的方法的方法步驟SI至S5。
[0044]在本方法中，在第一方法步驟SI中借助轉速檢測單元11檢測發動機5的瞬時轉速，并且同時在第二方法步驟S2中借助直徑檢測單元15檢測第三驅動輥4的瞬時直徑(這兩個另外的驅動輥2，3的恒定直徑存儲在控制單元10中)。在此，在發動機5的發動機軸6上進行轉速檢測。第三驅動輥4的直徑的初始值或者被手動輸入、或者借助于公式[I]和歸屬于另外的驅動輥2，3的數據來求出。
[0045]所檢測到的轉速和直徑傳輸到控制單元10處。為了排除轉速的額定值通過不安全的通信作為轉速實際值回傳到控制單元10處的情況，優選地，對所檢測到的轉速不斷地監測信號噪聲。信號噪聲的監測也用于識別通信故障。
[0046]在第三方法步驟S3中，由控制單元10為至少一個驅動輥2，3，4根據
[0047]vist = d n/i [I]求出材料幅面的瞬時幅面速度Vist,其中η表示所屬發動機5的所檢測到的轉速，d表示直徑并且i表示相應的驅動棍2, 3,4的傳動裝置傳動比，并且π是圓周率(因此，i表示相應的發動機軸6和驅動輥2，3，4的轉速的比值)。
[0048]在第四方法步驟S4中，由控制單元10評估所求出的瞬時幅面速度，并且在第五步驟S5中，最后由控制單元10根據評估結果在需要的情況下關閉機器。
[0049]在評估所求出的瞬時幅面速度Vist時，其與幅面速度的預設的速度額定值vsaL1、預設的速度閾值Vmax和速度極值Vgraiz相比較。在此，Vsoll, Vmaj^PVgraiz與機器的運行狀態相關。在機器的維護狀態中，速度閾值Vmax是材料幅面的爬行速度，并且Vgraiz是不能被超過的幅面速度，以便不危害在機器的區域中的操作人員。例如，在維護狀態中Vgraiz = 1.5vmax并且Vmax= 15m/min，以便將對于操作人員的危害降低到合理的程度。在正常運行中，Vmax顯著高于爬行速度，并且Vgrenz是不能被超過的最大的機械幅面速度，以避免損壞機器。相應地，速度額定值Vstjll在維護和正常運行中是不同的，并且匹配于相應的速度閾值vmax。用于不同運行狀態的速度閾值Vmax和速度極值Vgraiz作為固定值存儲在由控制單元10實施的安全程序中。
[0050]為了評估Vist，預設Vstjll的公差偏差。當Vist與Vstjll的偏差大于公差偏差時，關閉機器。該措施用于:考慮到可能的對于第三驅動輥4的直徑和/或發動機5的轉速的錯誤檢測，所述錯誤檢測導致了錯誤地求出vist。在此，只要Vist不超過速度閾值Vmax，機器(即發動機5)的關閉就以常見的方式(“運行關閉”)來進行，因為在這種情況中機器不受到危險狀態的威脅并且因此不需要緊急關閉。
[0051]此外，為了防止干涉，當差值Vist_vs()11保持恒定的時間長于預設的第一公差持續時間時，特別是因此當Vist和Vstjll保持一致的時間長于第一公差持續時間時，運行關閉機器。在此，優選地將驅動輥2，3，4的一些旋轉的持續時間預設為第一公差持續時間。此外，在該實施例的一個設計方案中，當對于適當地規定了依次進行的發動機旋轉的數量、例如對于兩個依次進行的旋轉求出完全相同的轉速時，運行關閉機器，因為這種表現也是不可能的，并且表明了干涉或系統錯誤。
[0052]當Vist大于Vmax時，實現了安全地關閉機器。在變化了的實施例中，當Vist大于Vmax的時間長于預設的第二公差持續時間時，只要在第二公差持續時間期間Vist沒有超SVgMZ，就實現了安全地關閉機器。在本實施例的其他變體中，在Vmax為爬行速度并且Vgraiz>Vist>Vmax的情況下，僅當保護門19是解鎖的或者人員位于機器的通過保護門19保護的區域中時，才需要關閉機器。
[0053]在vist>vgMnz的情況下，無論如何都立即緊急關閉機器。
[0054]對于第三驅動輥4而言，優選地根據公式[I]，由相應的速度額定值Vstjll和所檢測到的瞬時直徑來求出并且相應地設定所屬的發動機5的所屬的瞬時額定轉速nS()11。
[0055]在第三驅動輥4的情況下，通過分析所檢測到的轉速和所檢測到的直徑，可以識別所屬的發動機軸6的軸斷裂情況，因為在第三驅動輥4上，彼此不相關地檢測在發動機軸6上的轉速和直徑。在識別了軸斷裂的情況下，同樣關閉機器。
[0056]一旦將維護運行選作機器的運行狀態，則實現材料幅面運行制動到小于爬行速度的幅面速度。一旦對于全部驅動器而言都低于爬行速度，則如上所述地監測以爬行速度作為的幅面速度。附加地，無誤地產生開啟信號，其標志了達到爬行速度并且用作對解鎖保護門19的開啟。
[0057]根據本發明的方法的另一個設計方案還提出，對第三驅動輥4進行不平衡監測。為此，周期性地利用足夠高的掃描頻率來檢測第三驅動輥4的直徑，例如第三驅動輥4每次旋轉時至少掃描五次。由該測量對于每次旋轉求出所檢測到的最大直徑和最小直徑。這兩個直徑值之間的過大的差異表明了第三驅動輥4的不平衡，其例如歸因于在第三驅動輥4上不對稱地纏繞材料幅面。在幅面速度顯著小于在正常運行中設為Vgrenz的最大的機械幅面速度時，這種不平衡已經能夠破壞機器。因此，不平衡監測是根據本發明的方法的有利的設計方案。
[0058]但是，因為對第三驅動輥4的直徑的測量通常是相對不精確的，所以對測量執行平整，其考慮到第三驅動輥4的多次旋轉。為此，為所檢測到的直徑、旋轉數量N1和公差數量N2預設公差差值。當從N1個依次進行的第三驅動輥4的旋轉起，對于大于N2而言，在一次旋轉期間分別檢測到的最大和最小直徑之間的差值大于公差差值時，關閉發動機。例如，對于N2 = N/2而言，當大于N1次旋轉一半的差值大于公差差值時，關閉機器。
[0059]在此，根據平行執行的轉速測量對直徑測量持續地監測可信度，以便能夠診斷直徑測量的失效。
[0060]盡管通過優選的實施例在細節上詳細地闡述并說明了本發明，本發明不受到所公開的實施例的限制，并且在不超出本發明的保護范圍的情況下，專業人員能夠從中推導其他的變體。
【權利要求】
1.一種用于監測通過輥(2，3，4)運動的材料幅面的幅面速度的方法，其中 -借助于發動機(5)驅動驅動輥(2，3，4)， -檢測所述發動機(5)的瞬時轉速， -由所檢測到的所述發動機(5)的所述轉速和所述驅動輥(2，3，4)的直徑求出瞬時的幅面速度， -所求出的所述瞬時的幅面速度與所述幅面速度的預設的速度闕值和預設的速度額定值相比較， -并且 -當所求出的所述瞬時的幅面速度大于所述速度閾值的時間長于預設的第二公差持續時間時， -或者當所求出的所述瞬時的幅面速度與所述速度額定值的偏差大于預設的公差偏差時， -或者當所求出的所述瞬時的幅面速度大于所述速度閾值時， 關閉所述發動機(5)。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，借助于所述發動機(5)經由驅動軸和/或傳動裝置(7)驅動所述驅動輥(2，3，4)。
3.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，預設第一公差持續時間，并且當所求出的所述瞬時的幅面速度和所述速度額定值之間的差值保持恒定的時間大于所述第一公差持續時間時，關閉所述發動機(5)。
4.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，由所述速度額定值和所述驅動輥(2，3，4)的所述直徑求出所述發動機(5)的轉速的轉速額定值，并且將所述發動機(5)的所述轉速調節到這個所述轉速額定值上。
5.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在所述驅動輥(2，3，4)具有隨時間變化的直徑的情況下，周期性地檢測所述驅動輥(2，3，4)的所述直徑，并且將所檢測到的瞬時的直徑用于求出所述瞬時的幅面速度。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，在所述驅動輥(2，3，4)每次旋轉期間在不同位置點上檢測所述驅動輥(2，3，4)的直徑；對于每次旋轉，根據所檢測到的直徑求出所檢測到的最大直徑和最小直徑；預設對于所述直徑的公差差值、旋轉數量N1和公差數量N2 ；并且當從N1個依次進行的所述驅動輥(2，3，4)的旋轉起，對于大于N2而言，在分別檢測到的所述最大直徑和所述最小直徑之間的差值大于所述公差差值時，關閉所述發動機(5)。
7.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，當對于依次進行的預設了數量的發動機旋轉而言，當檢測到完全相同的轉速時，關閉所述發動機(5)。
8.一種根據前述權利要求中任一項所述的方法的應用，所述應用用于監測造紙機中的、輥式切割機中的或者涂布機中的材料幅面的幅面速度。
9.一種用于借助根據權利要求1至7中任一項所述的方法來監測通過輥(2，3，4)運動的材料幅面的幅面速度的裝置(1)，包括 -驅動輥(2，3，4)， -用于驅動所述驅動輥(2，3，4)的發動機(5)， -用于檢測所述發動機(5)的轉速的轉速檢測單元(11)，和 -控制單元(10)，借助于所述控制單元能夠評估由所述轉速檢測單元(11)所檢測到的用于求出瞬時的所述幅面速度的信號，并且所述發動機(5)根據評估結果能夠關閉。
10.根據權利要求9所述的裝置(I)，其特征在于至少一個用于檢測所述驅動輥(2，3，4)的直徑的直徑檢測單元(15)，如果所述驅動輥(2，3，4)具有隨時間變化的直徑的話。
11.根據權利要求10所述的裝置(I)，其特征在于，所述直徑檢測單元(15)包括測距儀，所述測距儀用于檢測從所述測距儀到所述驅動輥(2，3，4)的外表面的距離。
【文檔編號】B65H26/00GK104136350SQ201380011347
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年2月27日 優先權日:2012年2月28日
【發明者】克里斯蒂安·梅克爾, 渥爾夫-馬丁·拉森納克, 馬蒂亞斯·雷布嶺 申請人:西門子公司