DE102005044339A1

DE102005044339A1 - Verfahren zum Betrieb einer Wicklermaschine

Info

Publication number: DE102005044339A1
Application number: DE102005044339A
Authority: DE
Inventors: Qing Dr. Chen; Jörg Reh
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2005-09-16
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2025-09-17
Also published as: US20090271040A1; WO2007031368A3; US8505844B2; DE102005044339B4; JP2009507740A; WO2007031368A2

Abstract

Verfahren zum Betrieb einer Wicklermaschine (1) zur Aufwicklung und/oder Abwicklung eines Wickelgutes (21), wobei die Wicklermaschine (1) eine Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung (5) des Wickelvorganges aufweist, wobei eine variable Größe überwacht wird, wobei die variable Größe einen Maschinenzustand und/oder eine Änderung des Wickelgutes (21) betrifft und abhängig von der festgestellten Änderung zumindest ein Parameter der Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung (5) abgeändert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wicklermaschine und eine Verfahren zum Betrieb einer Wicklermaschine. Wicklermaschinen werden zum Aufwickeln und/oder zum Abwickeln zumindest eines Wickelgutes verwendet. Das Wickelgut ist beispielsweise zumindest ein Textilfaden, eine Textilbahn, eine Gewebebahn, ein Draht oder dergleichen.

Zur Regelung eines Wickelvorganges, wobei der Wickelvorgang entweder das Aufwickeln oder das Abwickeln des Wickelgutes betrifft werden Regler wie z.B. ein PID-Regler verwendet. Aufgrund der Eigenschaften der eingesetzten Regler ist eine in Betrieb genommene Wicklermaschine auf genau eine Betriebsart und/oder Materialart und/oder auf einen bestimmten Umfang von Maschinenzuständen optimiert. Änderungen der Eigenschaft des Wickelgutes wie z.B. Art, Format, Dicke, Dichte, usw. und/oder Änderungen des Zustandes der Wicklermaschine wie z.B. Temperatur, Verschleiß, Reibung, Betriebsart, usw. führen zur Notwendigkeit der Anpassung und auch Nachoptimierung von Paramtereinstellungen. Parameter sind beispielsweise Parameter eines Reglers, wie z.B. die Verstärkung eines PID-Reglers. Die zur Nachoptimierung benötigten Parameter können z.B. den Antrieb der Wicklermaschine oder auch deren Steuerung betreffen. Auch Störungen, seien diese sporadischen oder auch periodischen Ursprungs, können den Wickelvorgang beeinflussen. Durch eine falsche oder auch nicht exakte Optimierung und/oder durch Störungen kann z.B. die Wickelqualität und/oder die Produktivität der Wicklermaschine negativ beeinflusst werden. Die Produktivität betrifft dabei z.B. neben der Qualität auch die Quantität.

Für den Fall, dass sich beispielsweise das Material des Wickelgutes ändert oder dass sich ein Zustandsparameter (Temperatur, Reibung, usw.) der Wicklermaschine ändert ist ein Anpassung bzw. Optimierung zumindest eines der jeweils verwen deten Parameter notwendig. Hierzu wird erfahrenes Personal benötigt, welches sich aber in vielen Fällen nicht am Aufstellungsort der Wicklermaschine befindet. Eine unter Umständen notwendige zusätzliche Engineeringdienstleistung erhöht die Kosten zum Betrieb der Wicklermaschine. Nachteilig ist auch, dass Stillstandszeiten, welche zur Optimierung bzw. Anpassung von Parametern im Rahmen eine Neuinbetriebnahme notwendig sind einen Produktionsausfall nach sich ziehen, welcher die Betriebskosten der Wicklermaschine wieder erhöht.

Sporadische Störungen oder auch periodische Störungen, wie z.B. eine Unrundheit eines Materials (z.B. eines Zylinders), können nach dem Stand der Technik auch durch eine mechanische Lösung umgangen oder auch gemindert werden. Ein Beispiel für eine mechanische Lösung ist der Einsatz eines Tänzers. Störungen sind beispielsweise in manchen Fällen auch dadurch vermeidbar, dass die Wicklergeschwindigkeit reduziert wird. Dies hat jedoch den Nachteil einer reduzierten Produktivität. Auch eine Verschlechterung der Qualität kann mit der Reduzierung der Geschwindigkeit einhergehen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Wicklermaschine bzw. ein Wickelverfahren anzugeben, durch welche die obig beschriebenen Nachteile zumindest reduziert werden. Der Einfluss von Störeinflüssen auf die Wicklermaschine bzw. auf das Wickelverfahren ist also zumindest zu reduzieren.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1. Weitere vorteilhafte und erfinderische Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich gemäß den Ausgestaltungen nach den Merkmalen der Unteransprüche 2 bis 6.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Wicklermaschine zur Aufwicklung und/oder Abwicklung eines Wickelgutes, wobei die Wicklermaschine eine Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung des Wickelvorganges aufweist, wird eine variable Größe überwacht. Die variable Größe betrifft beispielsweise einen Maschinenzustand der Wicklermaschine und/oder eine Änderung eines Parameters, welche das Wickelgut selbst betrifft. Abhängig von der festgestellten Änderung der variablen Größe wird zumindest ein Parameter der Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung abgeändert. Beispiele für variable Größen sind die Dicke des Wickelgutes, der Reibkoeffizient des Wickelgutes, oder z.B. auch ein Betriebsartwechsel der Wicklermaschine, welche beispielsweise eine Änderung einer Zugkraft zur Folge hat. Die Zugkraft ist dabei ein Beispiel für eine variable Größe, welche einen Maschinenzustand betrifft.

Eine automatische Identifizierung von Änderungen oder Steuerungen wird beispielsweise durch eine permanente Lastüberwachung bzw. eine entsprechende Analyse der Last ermöglicht. Dafür können insbesondere zusätzliche Sensoren eingesetzt werden, wie beispielsweise ein Sensor zur Ermittlung des auf das Wickelgut ausgeübten Zugkraft.

Vorteilhafterweise wird bei Bedarf eine dynamische Anpassung eines Parameters oder eine entsprechende Kompensation innerhalb einer Steuerung und/oder Regelung der Wicklermaschine durchgeführt. Dies dient dazu, dass die Wicklermaschine immer in einem optimalen Betriebszustand gefahren werden kann.

Vorteilhafterweise ergibt sich durch die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Reduzierung der Stillstandszeiten der Wicklermaschine. Durch die automatische Anpassung von Parametern der Steuerung und/oder Regelung der Wicklermaschine kann die Produktivität dieser erhöht werden. Weiterhin ergibt sich vorteilhafterweise eine Minimierung des Pflege- und Wartungsaufwandes, wobei auch das hierfür sonst notwendige Engineering reduziert werden kann.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich z.B. auch aus dem Umstand, dass durch die automatische Anpassung zumindest eines Parameters der Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung die Qualität und die Quantität bei der Wicklermaschine erhöhbar ist und es zu einer reduzierten Anzahl von Störfällen kommt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist die Wicklermaschine autarker einsetzbar.

Neben der Wicklermaschine betrifft das erfindungsgemäße Verfahren auch andere mechatronische Prozesse, beispielsweise einen Walzvorschub oder einen Gleichlauf.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die Änderung eines Parameters der Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Wicklermaschine mittels einer Beobachteranalyse bestimmt. Die Beobachteranalyse wird mittels eines Beobachters durchgeführt, wobei der Beobachter zumindest einen Teil einer Regelstrecke der Wicklermaschine nachbildet. Durch die Verwendung des Beobachters lässt sich eine exaktere Regelung bzw. Steuerung der Wicklermaschine erzielen. Dies betrifft insbesondere Änderungen von Randbedingungen, welche das Regelungsverhalten beeinflussen können. Dies betrifft beispielsweise Randbedingungen wie die Dicke oder Breite des Wickelgutes.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird eine periodische Störung ermittelt, wobei mittels der Beobachteranalyse eine periodische Kompensation der Störung ermittelt wird. Die Störung betrifft beispielsweise ein ausgeschlagenes Lager, welches zu einer exzentrischen Bewegung einer Aufwickelrolle für das Wickelgut führt.

Vorteilhaft kann gemäß des Verfahrens zumindest einer der folgenden Parameter verändert werden:

• eine Drehzahl der Aufwickelrolle,
• der Durchmesser der Aufwickelrolle, wobei sich der Durchmesser abhängig vom Fortschritt des Wickelvorganges verändert bzw. auch abhängig von der Größe der eingesetzten Wickelrolle verändert,
• ein Reibungsmoment, welches beispielsweise die Reibung des Wickelgutes auf eine Führungsrolle betrifft, oder auch
• ein Momentensollwert für die Ausübung einer Zugkraft auf das Wickelgut.

Die Änderung eines derartigen Parameters wird insbesondere dann durchgeführt, wenn es zu einer Überschreitung eines Grenzwertes kommt. Der Grenzwert betrifft beispielsweise die Differenz eines Sollwertes und eines Istwertes, wobei der Wert beispielsweise eine Lage, eine Zugkraft, ein Moments oder eine Drehzahl betrifft.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird aufgrund der festgestellten Änderungen eine Ursache für die Änderungen der überwachten variablen Größe ermittelt. Dies ist insbesondere zur erleichterten Fehlersuche vorteilhaft einsetzbar.

Die nachfolgend näher beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Wicklermaschine,
2 ein schematisches Ablaufdiagramm für die Struktur eines Beobachters.
Die Darstellung gemäß 1 zeigt eine Wicklermaschine 1, welche eine Einrichtung zur Steuerung 5 aufweist. Die Einrichtung zur Steuerung 5 ist für Steuerungs- und/oder Regelungsaufgaben vorgesehen, wobei in dieser Einrichtung auch ein Stromrichter integriert ist. Der Stromrichter, welcher insbesondere ein Umrichter ist, ist an einen elektrischen Motor 7 angeschlossen, wobei eine Welle 8 des elektrischen Motors 7 an ein Getriebe 9 angeschlossen ist. Die Drehzahl des elektrischen Motors 7 wird mittels eines Gebers 11 erfasst und mittels einer Datenleitung 12 zur Steuerung 5 zurückge führt. Das Getriebe 9 ist mechanisch mit einer Kupplung 13 verbunden, wobei die Kupplung 13 auch mit einer Wickelwelle 15 verbunden ist. Eine Auf- bzw. Abwicklung eines Wickelmaterials 21 erfolgt beispielsweise über eine Wechselvorrichtung 17. Die auf das Wickelgut, also das Wickelmaterial 21 wirkende Zugkraft ist mittels einer Zugmesseinrichtung 19 messbar, wobei das gemessene Signal mittels einer Datenleitung 12 zur Regelung der Zugkraft zur Steuerung 5 geführt ist. Die Bedienung der Wickelmaschine 1 kann beispielsweise durch einen Bediener mittels eines HMI (Human Machine Interface) 3 durchgeführt werden. Durch eine Überwachung der Last innerhalb der Steuerung 5 erfolgt vorteilhafterweise eine automatische Identifizierung der Änderungen und/oder Störungen bei der Wicklermaschine. Hieraus wird vorteilhafterweise eine dynamische Adaption von Parametern der Einrichtung 5 zur Steuerung und/oder Regelung im Betrieb der Wickelmaschine 1 durchgeführt. Somit ergibt sich eine Kompensation beispielsweise von externen Störeinflüssen bzw. Änderungen im Wickelgut 21 (Wickelmaterial), so dass eine durch einen Bediener der Wicklermaschine notwendige neue Inbetriebsetzung bzw. Optimierung des Wickelvorganges überflüssig wird.
Die Darstellung gemäß 2 zeigt in einem Ablaufdiagramm die Struktur eines Beobachters. In einem ersten Verfahrensschritt 30 werden beispielsweise Istwerte des Wickelprozesses aufgenommen und/oder auch Istwerte von Materialzuständen des Wickelgutes. In einem weiteren Verfahrensschritt 32 erfolgt die Überwachung der Istwerte bzw. der Materialzustände und ein Vergleich von Soll- und Istwerten. Dieser Vergleich wird in einen nächsten Schritt 34 bewertet. Führt die Bewertung 34 dazu, dass die Wicklermaschine ordnungsgemäß arbeitet, so wird die Bewertung mit ja abgeschlossen und es kommt zu einer weiteren Überwachung der Istwerte und der Materialzustände. Ist die Bewertung jedoch negativ, so erfolgt einem weiteren Schritt 36 eine Analyse 36 der Abweichungen. Aufgrund der Analyse 36 lassen sich Ursachen 38, 40 für Abweichungen herleiten. Abhängig von der festgestellten Ursache 38, 40 werden nachfolgend Maßnahmen 42, 44 zur Behebung der Abweichungen als weitere Schritte vorgeschlagen bzw. durchgeführt.
Mittels einer automatischen Identifizierung von Änderungen bzw. Störungen der Wicklermaschine während des Betriebs dieser, ist eine dynamische Adaption von Parametern automatisiert durchführbar. Die Parameteranpassung betrifft beispielsweise die Kompensation von Störsignalen. Die Identifizierung von Änderungen einer überwachten variablen Größe betrifft beispielsweise das Material des Wickelgutes bzw. den Zustand der Wicklermaschine selbst. Die Änderungen bezüglich des Materials betreffen beispielsweise zumindest eine der folgenden Größen:

• die Breite, wobei die Breite beispielsweise mit einem oder mehreren Bero's automatisch messbar ist, wobei das oder die Messsignale automatisch ausgewertet werden und zur Anpassung datenrelevanter Parameter herangezogen werden,
• einen Anfangsdurchmesser, wobei der Anfangsdurchmesser mittels eines Sensors oder durch Berechnung ermittelt wird und dieser Wert des Anfangsdurchmessers direkt an die Stelle des Parameters für den Anfangsdurchmesser geschrieben wird; Die Berechnung erfolgt beispielsweise unter Zuhilfenahme der Geometrie und eines Gebers für eine Wechselvorrichtung bzw. mittels einer Lichtschranke.
• die Dicke, wobei bei Bedarf die Materialdicke des Wickelgutes für Durchmesserberechnung benötigt wird; Die Änderung der Dicke wird durch einen Sensor erfasst und an die entsprechende Stelle weitergeleitet
• eine Dichteänderung (Gewicht) des Wickelgutes während des Betriebs, wobei durch eine Analyse des Zugregelungsausgangssignals eine automatische Dichtekorrektur permanent vorgenommen wird.

Die variable Größe kann auch eine Größe betreffen, welche sich auf den Maschinenzustand bezieht, derartige Größen sind beispielsweise:

• Die Temperatur; hieraus ergibt sich insbesondere eine Reibungsänderung, gegen welche entsprechende Maßnahmen einzuleiten sind oder eine Änderung der Elastizität eines Materials bzw. der Dicke des Materials und/oder eine Dichteänderung,
• Verschleiß; hieraus ergibt sich z.B. eine Reibungsänderung,
• Betriebartwechsel; über ein entsprechendes Steuerungssignal kann der Parametersatz oder eine Verschaltung (über BICO-Technik) umgeschaltet werden,
• Maßnahme gegen Reibungsänderung; im Normalfall fährt die Wicklermaschine mit Reibungs- bzw. Kompensationskennlinien, wobei der Ausgang des Drehzahlreglers eine Abweichung von ca. kleiner 2% aufweist.

Mit Hilfe der Überwachung des Drehzahlreglers (Ausgang_n_Regler) bzw. auch durch Vergleich der Momentenänderung M mit der Änderung des Reibmomentes (dM/dt <> dM_Reib/dt) kann mittels einer Beobachteranalyse eine Adaption an eine Reibungskennlinie vorgenommen werden.
Störungen welche die Wicklermaschine betreffen können durch die Messung entsprechender Signale und den Vergleich mit Sollwerten identifiziert werden, wobei nach der Identifizierung einer Störung entsprechende Gegenmaßnahmen durchführbar sind. Beispiele für derartige Gegenmaßnahmen werden im folgenden aufgezeigt.
Eine periodische Kompensation wird bei periodischen Störungen, wie diese beispielsweise bei einer Exzentrizität vorkommen, durchgeführt. Hierzu wird beispielsweise der Lageistwert, der Zugistwert, der Stromistwert, der Momentenistwert und/oder der Durchmesser über die Zeit bzw. die Drehzahl über die Zeit gemessen und einer Beobachteranalyse unterworfen, wobei eine periodische Kompensation berechnet wird.
Bei sporadischen Störungen werden zeitweise Kompensationen durchgeführt, wobei bei derartigen Störungen insbesondere zu den bei periodischen Störungen gemessenen Signalen (Lageistwert, Zugistwert, Stromistwert, Momentenistwert, Durchmesser über die Zeit bzw. die Drehzahl über die Zeit) insbesondere noch Steuersignale der Einrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Wicklermaschine berücksichtigt werden.
Prinzipiell ist für eine Beobachteranalyse der Beobachter derart ausgestaltbar, dass bei einem optimalen Betriebszustand (z.B. bei einer konstanten Geschwindigkeit einer Bahnbewegung und/oder bei einem automatisierten Wickelbetrieb) zumindest eine der im Folgenden beschriebenen Veränderungen durch Berechnung oder durch Erlernung ermittelt werden kann:

• d(n)/dt = Veränderung der Drehzahl
• d(D)/dt = Veränderung des Durchmessers K·d(n)/dt
• D(M_Reibung)/dt = Veränderung des Reibungsmomentes
• D(M_Soll)/dt = Veränderung des Momentensollwertes.

Anhand der Istwerte (z.B. dem Lageistwert, dem Zugistwert, dem Momentenistwert oder dem Drehzahlistwert) und der abgeleiteten Istwerte (dn/dt, dD/dt und dM/dt ...) ist eine permanente Lastüberwachungsanalyse möglich. Sollten eine oder mehrere der oben genannten Variablen überschritten werden, wird vorteilhaft eine entsprechende Maßnahme (z.B. eine Parameteradaption oder eine Momentenkompensation) automatisch durchgeführt.

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Wicklermaschine (1) zur Aufwicklung und/oder Abwicklung eines Wickelgutes (21), wobei die Wicklermaschine (1) eine Einrichtung zur Steuerung und/oder Regelung (5) des Wickelvorganges aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine variable Größe überwacht wird, wobei die variable Größe einen Maschinenzustand und/oder eine Änderung des Wickelgutes (21) betrifft und abhängig von der festgestellten Änderung zumindest ein Parameter der Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung (5) abgeändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung eines Parameters mittels einer Beobachter-Analyse bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine periodische Störung ermittelt wird und mittels einer Beobachter-Analyse eine periodische Kompensation bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der folgenden Parameter verändert wird: – Drehzahl, – Durchmesser, – Reibungsmoment, – Momentensollwert, wobei, eine derartige Änderung insbesondere bei einer Überschreitung eines Grenzwertes durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert zumindest einen der folgenden Werte betrifft: Lage, Zugkraft, Moment, Drehzahl.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ursache für die Änderung der überwachten variablen Größe ermittelt wird.