Verfahren und Vorrichtung zum Regeln eines Antriebes

Abstract

 Bei diesem Verfahren und bei dieser Vorrichtung zum Regeln eines Antriebes wird neben einer bestehenden, mit unterlagerter Drehzahl- und Momentenregelung versehenen Antriebsregelung (1) eine überlagerte schnelle Drehzahlregelung (2) zum Halten der Last nach dem Öffnen der Haltebremse vorgesehen. Zusätzlich wird mittels einer Verarbeitungseinheit (3) anhand eines Drehmomenten-Sollwertes (TMSOLL) und eines Drehzahl-Istwertes (V_ist) die Berechnung der Last in einer Aufzugskabine (5) möglich. Dadurch kann mit geringem materiellem Aufwand der Antrieb so geregelt werden, dass ein ruckfreies Anfahren ermöglicht wird. Weiter ergeben sich erhebliche Kosteneinsparungen, da keine zusätzliche Hardware, wie Lastmessvorrichtungen an der Aufzugskabine (5) benötigt werden. Ausserdem wird die Aufzugskabinenkonstruktion vereinfacht und bei Modernisierungen von Aufzugsanlagen entfällt der aufwendige Umbau der Kabinen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln eines Antriebes zum ruckfreien Anfahren, beispielsweise für einen Aufzug, einen Kran oder ein Fahrzeug.

[0002] Aus der US 4 995 478 ist eine Antriebsvorrichtung bekanntgeworden, die ein fein dosierbares und ruckfreies Anfahrverhalten ermöglichen soll. Die Regelung des Antriebes erfolgt aufgrund von Informationen, die einerseits von einer an einer Aufzugskabine angeordneten Lastmessvorrichtung und andererseits von einem Geschwindigkeitssensoren, welcher die Drehzahl des Antriebsmotors misst und proportional in eine Geschwindigkeit umwandelt, geliefert werden. Um ein ruckfreies Anfahren in Auf- oder auch in Ab-Richtung zu gewährleisten sollen dabei auch die Reibungswerte kompensiert werden.

[0003] Bei der vorstehenden Antriebsvorrichtung muss anhand einer an der Aufzugskabine angeordneten Lastmessvorrichtung die Last in der Kabine gemessen werden, um im Regelungsvorgang miteinbezogen zu werden. Die für die Regelung notwendigen genauen Lastwerte erfordern eine im allgemeinen kostenintensive Lastmessvorrichtung, die unter relativ grossem Arbeitsaufwand an der Aufzugskabine angebracht und verdrahtet werden muss.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln eines Antriebs der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welche die vorgenannten Nachteile nicht aufweist und auf kostengünstige Art und Weise ein ruckfreies Anfahren ermöglicht.

[0005] Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

[0006] Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass neben einer bestehenden, mit Drehzahl- und Momentenregelung versehenen Antriebsregelung eine mit minimalem technischen Aufwand realisierbare überlagerte schnelle Drehzahlregelung zum Halten der Last nach dem Öffnen der Haltebremse vorgesehen ist.

[0007] Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens und der Vorrichtung zum Regeln eines Antriebs möglich. Durch eine weitere Verarbeitung des Drehmomenten-Sollwertes und des Drehzahl-Istwertes kann die Last in der Aufzugskabine gemessen werden, wodurch mit geringem materiellem Aufwand der Antrieb so geregelt werden kann, dass ein ruckfreies Anfahren ermöglicht wird. Dadurch ergeben sich erhebliche Kosteneinsparungen, da keine zusätzliche Hardware, wie Lastmessvorrichtungen an der Kabine benötigt werden. Ausserdem wird die Aufzugskabinenkonstruktion vereinfacht und bei Modernisierungen von Aufzugsanlagen entfällt der aufwendige Umbau der Kabinen.

[0008] In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig.1

ein Blockschema einer bestehenden Antriebsregelung, einer überlagerten schnellen Drehzahlregelung und der Berechnung der Last in einer Aufzugskabine,

Fig.2

Signalverläufe des Anfahrverhaltens ohne Lastmessung,

Fig.3

Signalverläufe des Anfahrverhaltens mit Lastmessung, und

Fig.4

Signalverläufe beim Messen der Last.

[0009] Fig.1 zeigt ein Übersichts-Blockschema beispielhaft an einer Aufzugsanlage mit einer bestehenden Antriebsregelung 1, einer überlagerten schnellen Drehzahlregelung 2 und einer Verarbeitungseinheit 3, die für die Berechnung der Last in einer Aufzugskabine 5 anhand eines Drehmomenten-Sollwertes und eines Drehzahl-Istwertes zuständig ist. Weiter sind schematisch dargestellt ein Antriebsmotor 6, eine Treibscheibe 7, Gegengewicht 8 sowie ein an der Aufzugskabine 5 befestigtes Geschwindigkeitsbegrenzerseil 9, welches über Umlenkrollen 10 läuft. Nachfolgend werden am Beispiel dieses Aufzugs die Verfahren zum Halten der Last und zur Berechnung der Last in der Aufzugskabine 5 näher beschrieben.

[0010] Der bestehenden Antriebsregelung 1 werden ein Drehzahl-Istwert V_ist, der mittels einem Tachometer DT1, beispielsweise ein Digitaltachometer, am Antriebsmotor 6 gemessen wird, und ein Bewegungs-Istwert S_ist, der ebenfalls mittels einem Tachometer DT2 aufgrund der Bewegung des Geschwindigkeitsbegrenzerseils 9 der Aufzugskabine 5 gemessen wird, zugeführt, woraus mittels Fahrt-Sollwerten REF und aus einem ersten Regler S-REG und einem zweiten Regler V-REG resultierenden Antriebs-Drehmoment-Sollwert TMSOL10 ein Drehmoment-Sollwert TMSOLL ermittelt wird. Einer unterlagerten Momentenregelung 12 werden der Drehmoment-Sollwert TMSOLL und ein Stromistwert I_ist zugeführt und schliesslich einem Umrichter UR für den Antriebsmotor 6 zugeleitet.

[0011] Das vorgeschlagene erfindungsgemässe Verfahren verwendet zur Detektion eines Momentes an der Bremse die Bewegung des Tachometers DT1 am Antriebsmotor 6 nach dem Öffnen der Haltebremse.

[0012] Grundsätzlich wird mittels der schnellen Drehzahlregelung 2 der Antriebsmotor 6 auf den Drehzahlsollwert Null geregelt bevor der Sollwert REF für die Fahrt startet. Während einer Zeit TSW (beispielsweise < 0.1s) wird ein Haltemoment entsprechend einem Drehmomenten-Sollwert TMSOL1 aufgebaut und auf einen stationären Endwert ausgeregelt.

[0013] Eine schnelle Erfassung und Verarbeitung im 1ms-Zyklus eines Drehzahl-Istwert V_ist wird durch einen digitalen Regler 20 übernommen, wobei anschliessend die sofortige Ausgabe des hieraus resultierenden Drehmomenten-Sollwertes TMSOL1 an die unterlagerte Momentenregelung 12, respektive Stromregelung bei DC-Antrieben, erfolgt. Diese schnelle Drehzahlregelung 2 läuft während einer Zeit TSW parallel mit der bestehenden Antriebsregelung 1, welche während der Fahrt der Aufzugskabine 5 in Betrieb ist und im 10ms-Zyklus arbeitet. Als Alternative kann bei ausreichender Rechenleistung des Prozessors ein schneller Regler mit Umschaltung der Regler-Parameter für beide Aufgaben verwendet werden. Nach Ablauf der Zeit TSW wird das Ausgangssignal TMSOL1 dieser Regelung auf dem letzten Stand gehalten und der Fahrt-Sollwert REF wird gestartet.

[0014] Damit die Drehzahlregelung 2 schnell auf einen Drehzahl-Istwert V_ist ungleich Null reagiert, arbeitet der Regler 20 mit hoher Anfangsverstärkung an der Stabilitätsgrenze. Diese Verstärkung kann um ein Vielfaches höher gewählt werden als bei der bestehenden Antriebsregelung 1, weil die Abtastzeit (1ms statt 10ms) kürzer ist und weil bei dem äusserst schnellen Regelvorgang nur die direkt gekoppelte rotierende Masse des Antriebsmotors 6 mit der Treibscheibe 7 für die Stabilität der Regelung massgebend ist.

[0015] Bei den nur wenige Millisekunden andauernden sehr schnellen Bewegungen der Treibscheibe 7 bleiben die elastisch gekoppelten und schwach gedämpften Massen von der Aufzugskabine 5 und des Gegengewichts 8 praktisch in Ruhe. Das heisst auch, dass die Ausgleichsbewegungen der Treibscheibe 7 in der Aufzugskabine 5 kaum spürbar sind.

[0016] Um durch die Regelschwingungen verursachte störende Rückwirkungen auf die Aufzugskabine 5 und eine Überlastung des Leistungs-Stellgliedes zu vermeiden, wird die Verstärkung des Reglers 20 von einem hohen Anfangswert pro 1ms Zeitintervall um einen bestimmten Betrag reduziert, so dass nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit die Regelschwingung auf Null abklingt. Der untere Grenzwert der Verstärkung wird so gewählt, dass der Regelkreis aperiodisch stabiles Verhalten aufweist.

[0017] Bei geringer Unbalance, das heisst bei Teillast in der Aufzugskabine 5 besteht die Möglichkeit, dass das im 1ms-Zyklus abgefragte Drehzahlsignal infolge der geringen Amplituden-Auflösung keine Bewegung der Treibscheibe 7 detektiert. Bleibt während einer einstellbaren Zeit nach Freigabe der Regelung der Drehzahl-Istwert V_ist Null, so wird ein Flag "Unbalance klein" gesetzt. Dieses Flag bewirkt, dass die Regelung nur das Drehzahlsignal aus dem 10ms-Zyklus mit hoher Amplituden-Auflösung verarbeitet.

[0018] Zusätzlich wird der Momentenregelung ein Sollwert TMKOR aufgeschaltet, sobald eines der beiden Drehzahlsignale eine Bewegung der Treibscheibe 7 anzeigt. Die Richtung des Sollwertes wird so gewählt, dass ein Moment entgegen der Bewegungsrichtung aufgebaut wird. Der Betrag sollte so sein, dass etwa 50% des maximal erforderlichen Haltemomentes erzeugt wird.

[0019] Um sicherzustellen, dass der schnelle, zum Teil über feste Zeitabläufe gesteuerte Regelvorgang nicht bereits durch Störsignale im Drehzahl-Istwert V_ist gestartet wird, ist eine Ansprechschwelle vorgesehen. Erst wenn der Absolutwert des Drehzahl-Istwert-Signales V_ist den vorgegebenen Schwellwert überschreitet, und der Befehl zum Öffnen der Haltebremse vorliegt, wird der oben beschriebene Regelvorgang eingeleitet.

[0020] Nachfolgend ist der Vorgang zur Berechnung der Last in der Aufzugskabine 5 mittels der Verarbeitungseinheit 3 genauer beschrieben. Um eine Gruppe von Aufzügen effizient zu steuern, ist die Kenntnis des Lastzustandes jeder einzelnen Aufzugskabine 5 notwendig. Insbesondere die Zustände leer, voll und Überlast, letzterer auch aufgrund von Vorschriften, müssen relativ genau erfasst werden können. Um diese Ziel zu erreichen, müssen bei Anwendung des nachstehend beschriebenen Verfahrens bestimmte Randbedingungen erfüllt sein. Diese umfassen:

• Nicht zu hohe Reibung.
• Die Haftreibung darf nicht wesentlich grösser sein als die Gleitreibung.

[0021] Für diese Verfahren geeignet sind insbesondere getriebelose Aufzüge und Aufzüge mit Getrieben ohne Selbsthemmung.

[0022] Durch Addition der Drehmomenten-Sollwerte TMSOLL pro Abtastzyklus über einen bestimmten Zeitabschnitt, der etwa der Einschwingzeit auf einen stabilen Endwert entspricht und durch Multiplikation mit einer Konstanten K1 wird ein Mittelwert TMMIT gebildet. Dieser Wert wird wiederum durch Multiplikation mit einer zweiten Konstanten K2 in einen Last-Messwert TMMITkg in Kilogramm umgerechnet. Der konstante Faktor K2 enthält die Umrechnung des Drehmomentes am Antriebsmotor 6 auf eine äquivalente Last in der Aufzugskabine 5, das heisst darin ist das Übersetzungsverhältnis eines eventuell vorhandenen Getriebes und/oder einer Seilumhängung, der Radius der Treibscheibe 7 und die Gravitationskonstante enthalten. Ausserdem werden mit der Grösse UNBAL alle Einflussgrössen erfasst, welche ausser der Nutzlast in der Aufzugskabine 5 ein Moment am Antriebsmotor 6 erzeugen. Dies sind:

• Das Gegengewicht 8.
• Das durch Ausgleichsorgane nicht vollständig ausgeglichene Gewicht von Tragseilen 25.
• Das Hängekabel.

[0023] Die beiden letzten Einflussgrössen sind von der Position der Aufzugskabine 5 im Schacht abhängig. Die Position im Schacht ist jedoch der Aufzugssteuerung bekannt und die entsprechenden Werte können somit berechnet werden.

[0024] Der oben berechnete Last-Messwert TMMITkg enthält einen Anteil der Reibung im System, der je nach Bewegungsrichtung während des schnellen Regelungsvorganges das Resultat verfälscht. Tritt jedoch eine Schwingung mit Richtungswechsel bei abklingender Amplitude auf (wie eingangs bei der schnellen Drehzahlregelung 2 beschrieben) und erfolgt die Mittelwertbildung nur über einen Zeitabschnitt, welcher der Dauer der Schwingungen entspricht, so ist der Mittelwert des Reibungsanteiles ungefähr gleich Null. Damit werden Messfehler, welche sich durch Reibung am Antriebsmotor 6, Getriebe und Treibscheibe 7 ergeben, weitgehend eliminiert. Die abklingende Schwingung ist somit eine wesentliches Element dieses Last-Messverfahrens.

[0025] Je nach Lastzustand der Aufzugskabine 5 und der Position im Schacht kann infolge Rückwirkung der Seilkräfte auf die Treibscheibe 7 der wie oben beschriebene Schwingungsvorgang beeinflusst werden. Im Extremfall kommt es überhaupt nicht zu dieser erwünschten Schwingung. Um in diesen Fällen den durch Reibung bedingten Anteil im oben beschriebenen, gebildeten Messwert zu erfassen, wird ein Tachosignal IVT10, sowie der Absolutwert des Tachosignals IVT10 integriert. Man erhält so die beiden Werte IVTS und ABSIVTS, sowie den Quotienten

. Der Wert IVTQ ist ein Faktor, der mit der gemessenen Reibungskraft, bezogen auf den Umfang der Treibscheibe 7 und den Faktoren Umhängung und Gravitationskonstante K3 multipliziert wird. Dieses Resultat wird unter Berücksichtigung der Polarität zum Last-Messwert TMMITkg addiert. Aus diesen Werten ergibt sich schliesslich die Last in der Aufzugskabine 5 in Kilogramm.

[0026] Die Messung der Reibung, sowie der positionsabhängigen Unbalance erfolgt bei der Inbetriebnahme der Aufzugsanlage durch eine Lernfahrt auf/ab über die gesamte Hubhöhe.

[0027] Die Fig.2 und 3 zeigen Signalverläufe des Anfahrverhaltens mit resp. ohne Verarbeitungseinheit 3 zur Berechnung der Last. Aufgezeigt sind Motormoment TMH, Beschleunigung in der Aufzugskabine AK und Geschwindigkeit der Aufzugskabine VK. Insbesondere ersichtlich ist das ruhigere Anfahrverhalten unter Einbezug der Verarbeitungseinheit 3 anhand der markant kleineren Beschleunigungsspitzen und der schnellere Einschwingvorgang.

[0028] Weiter zeigt Fig.4 Signalverläufe der Verarbeitungseinheit 3 zur Berechnung der Last aus dem Drehmoment-Sollwert TMSOLL und des Tachosignals IVT10 und die dazugehörigen resultierenden Verläufe des Sollwertes TMS sowie das integrierte Tachosignal IVTS.

Ansprüche

1. Verfahren zum Regeln eines Antriebs zum ruckfreien Anfahren, beispielsweise für einen Aufzug, der neben einer Aufzugskabine (5) einen Antriebsmotor (6), eine Treibscheibe (7), ein Gegengewicht (8), Geschwindigkeitsbegrenzerseil (9), Umlenkrollen (10) sowie Tragseile (25) umfasst, wobei der Antriebsmotor (6) mittels einer Antriebsregelung (1) und einer Momentenregelung (12) geregelt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Bestimmung eines Drehmoment-Sollwertes (TMSOLL) für die Momentenregelung (12) zum Halten der Last ein Antriebs-Drehmoment-Sollwert (TMSOL10) der Antriebsregelung (1) und ein Drehmoment-Sollwert (TMSOL1) einer überlagerten schnellen Drehzahlregelung (2) herangezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass mittels einer Verarbeitungseinheit (3) aufgrund eines Drehzahl-Istwertes (V_ist) und des Drehmoment-Sollwertes (TMSOLL) die Last in der Aufzugskabine (5) ermittelt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die schnelle Drehzahlregelung (2) während einer Zeit (TSW), innerhalb der das Haltemoment des Drehmoment-Sollwertes (TMSOL1) aufgebaut wird, parallel mit der Antriebsregelung (1) arbeitet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der schnellen Drehzahlregelung (2) dem Drehmoment-Sollwert (TMSOL1) ein Momenten-Sollwert (TMKOR), der einem Moment entgegen der Bewegungsrichtung der Treibscheibe (7) entspricht, aufgeschaltet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Verarbeitungseinheit (3) zur Berechnung der Last in der Aufzugskabine (5) Momente erzeugende Einflussgrössen, wie das Gegengewicht (8), durch Ausgleichsorgane nicht vollständig ausgeglichene Gewicht der Tragseile (25), sowie Hängekabel, durch einen Faktor (UNBAL) erfasst und berücksichtigt werden.

6. Vorrichtung zum Regeln eines Antriebs zum ruckfreien Anfahren, beispielsweise für einen Aufzug, der neben einer Aufzugskabine (5) einen Antriebsmotor (6), eine Treibscheibe (7), ein Gegengewicht (8), Geschwindigkeitsbegrenzerseil (9), Umlenkrollen (10) sowie Tragseile (25) umfasst, wobei der Antriebsmotor (6) mittels einer Antriebsregelung (1) und einer Momentenregelung (12) geregelt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Regelung des Antriebsmotors (6) ausser der mit der Momentenregelung (12) versehenen Antriebsregelung (1) eine überlagerte schnelle Drehzahlregelung (2) beinhaltet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Verarbeitungseinheit (3) vorgesehen ist, die aufgrund eines Drehzahl-Istwertes (V_ist) und eines Drehmoment-Sollwertes (TMSOLL) die Last in der Aufzugskabine (5) ermittelt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Tachometer (DT1) am Antriebsmotor (6) und ein Tachometer (DT2) am Geschwindigkeitsbegrenzerseil (9), zur Bereitstellung des Drehzahl-Istwertes (V_ist) und eines Bewegungs-Istwertes (S_ist) für die Antriebsregelung (1), die schnelle Drehzahlregelung (2) sowie die Verarbeitungseinheit (3), angeordnet sind.

Zeichnung