DE102005028559B4 - Method and device for monitoring the speed of an electric motor - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Drehzahlüberwachung eines, insbesondere vom Stromversorgungsnetz getrennten, auslaufenden Elektromotors (3) mit einer zweikanaligen Sicherheits-Abschalteinrichtung (6), wobei zur sicheren Auswertung von mehreren, die Drehzahl des Elektromotors (3) kennzeichnenden, Messsignalen die Messsignale von einer Messeinrichtung (4) erfasst, gemessen, sowie mit einem vorgebbaren Grenzwert verglichen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsignale von der Messeinrichtung (4) nacheinander sequenziell erfasst, gemessen und gespeichert sowie mit vorgebbaren Grenzwerten verglichen und diese Daten zwischengespeichert werden, dass dann die Daten an eine Kontrolleinrichtung (5) weitergeleitet und dort zumindest auf Plausibilität überprüft werden, dass bei der Überprüfung der Plausibilität die Messeinrichtung (4) auf ihre Messfähigkeit geprüft wird, in dem ein Prüfsignal von der Kontrolleinrichtung (5) generiert, der Messeinrichtung (4) zugeführt und das gemessene Signal mit dem generierten Signal verglichen wird und dass dann bei Plausibilität sowohl von der Messeinrichtung (4) als auch von der Kontrolleinrichtung (5) jeweils ein Freigabesignal zum Ansteuern der zweikanaligen Sicherheits-Abschalteinrichtung ausgegeben wird.Method for monitoring the speed of an electric motor (3), in particular disconnected from the power supply network, with a two-channel safety shutdown device (6), the measuring signals from a measuring device (4) for reliable evaluation of a plurality of measuring signals characterizing the rotational speed of the electric motor (3) are detected, measured and compared with a predefinable limit value, characterized in that the measurement signals from the measuring device (4) successively sequentially detected, measured and stored and compared with predetermined limits and these data are cached, that then the data to a control device ( 5) and there checked for plausibility at least that the plausibility check the measuring device (4) is tested for their ability to measure in which generates a test signal from the control device (5), the measuring device (4) supplied and the measured signal With is compared to the generated signal and that then plausibility of both the measuring device (4) and the control device (5) is output in each case an enable signal for driving the dual-channel safety shutdown device.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Drehzahlüberwachung eines, insbesondere vom Stromversorgungsnetz getrennten, auslaufenden Elektromotors und zur sicheren Auswertung der Messsignale.The invention relates to a method and a device for monitoring the speed of a, in particular separated from the power supply network, expiring electric motor and for safe evaluation of the measurement signals.

In konventionellen, mehrkanaligen, sicherheitsgerichteten Mess- und Überwachungssystemen werden die zu messenden physikalischen Größen zwei- oder mehrkanalig erfasst und durch einen Quervergleich der Ergebnisse in den Messkanälen ausgewertet. Es werden dazu zwei oder mehrkanalige gleichartige logische Verknüpfungskanäle verwendet, um sicherheitsgerichtete Aktionen oder Abschaltungen in Gang zu setzen. Diese Verfahren führen zu erhöhtem Aufwand und Platzbedarf, der sich in entsprechenden Kosten widerspiegelt. Da es sich bei diesem System im wesentlichen um gleichartige mehrkanalige Mess- und Verknüpfungskanäle handelte, ist eine funktionale Diversität praktisch nicht vorhanden.In conventional, multi-channel, safety-related measuring and monitoring systems, the physical quantities to be measured are recorded in two or more channels and evaluated by a cross-comparison of the results in the measuring channels. For this purpose, two or more channels of similar logical combination channels are used to initiate safety-related actions or shutdowns. These methods lead to increased effort and space requirements, which is reflected in corresponding costs. Since this system was essentially similar multi-channel measurement and gating channels, functional diversity is virtually nonexistent.

Eine Drehzahlüberwachung einer vom Netz getrennten, auslaufenden Drehfeldmaschine ist aus der DE 42 24 620 C1 bekannt. Diese Drehzahlüberwachung weist eine zweikanalige Auswerteschaltung für die die Drehzahl kennzeichnenden Signale auf.A speed monitoring of a separate from the grid, outgoing induction machine is out of DE 42 24 620 C1 known. This speed monitoring has a two-channel evaluation circuit for the speed characteristic signals.

Beide Kanäle der Auswerteschaltung weisen eine Messeinrichtung und einen Schwellwert-Komparator auf. Die Auswerteschaltung ist mit einer zweikanaligen Verknüpfungsschaltung verbunden.Both channels of the evaluation circuit have a measuring device and a threshold comparator. The evaluation circuit is connected to a two-channel logic circuit.

Wenn die von der auslaufenden Drehfeldmaschine erzeugten Signale einen vorgegebenen Grenzwert unterschreiten, gibt die Auswerteschaltung Binärsignale an die Verknüpfungsschaltung ab, die dann von ihrem Ruhewert auf ihren Arbeitswert wechseln. Die Verknüpfungsschaltung weist Ausgangskanäle mit Ruhe- oder Arbeitskontakten auf, die nur dann durchgeschaltet oder geöffnet werden, wenn die Binärsignale innerhalb eines Zeitfensters, dessen Beginn durch den Wechsel des Binärsignals in einem der Kanäle von dem Ruhe- auf den Arbeitswert festgelegt ist, eingetroffen sind.If the signals generated by the outgoing induction machine fall below a predetermined limit, the evaluation circuit outputs binary signals to the logic circuit, which then change from their quiescent value to their working value. The logic circuit has output channels with normally-open or normally-open contacts which are only turned on or opened when the binary signals have arrived within a time window whose beginning is determined by the change of the binary signal in one of the channels from the idle to the working value.

Die Kanäle der Auswerteschaltung sind funktionsgleich mit zwei gleichen, analogen Messeinrichtungen aufgebaut, so dass keine funktionale Diversität vorhanden ist und außerdem ist ein entsprechender Aufwand wegen der doppelt vorhanden, analogen Messeinrichtungen gegeben.The channels of the evaluation circuit are functionally identical with two identical, analog measuring devices, so that no functional diversity is present and also there is a corresponding expense because of the duplicated, analog measuring devices.

Dies trifft auch auf die zweikanalige Verknüpfungsschaltung zu, da auch diese beiden Kanäle identisch aufgebaut sind.This also applies to the two-channel logic circuit, since these two channels are constructed identically.

Die relativ aufwendig aufgebauten, analogen Messeinrichtungen der Auswerteschaltung müssen einerseits spannungsempfindlich sein, andererseits aber auch störungsunempfindlich sein, um EMV-Störungen im Feld standhalten zu können.The relatively complex constructed, analog measuring devices of the evaluation must be sensitive to voltage on the one hand, but on the other hand also insensitive to interference to be able to withstand EMC interference in the field.

Die die Drehzahl kennzeichnenden Motor-Signale sind dauernd an die Messeingänge der beiden Messeinrichtungen angelegt, so dass Probleme durch die in der Praxis auftretenden elektromagnetischen Störungen auftreten können.The speed signals characterizing motor signals are constantly applied to the measuring inputs of the two measuring devices, so that problems can occur due to the electromagnetic interference occurring in practice.

Nachteilig ist auch, dass mit der Zeit oder durch starke Gleichtakt-EMV-Störungen die beiden Messkanäle in gleicher Richtung driften können, so dass dies zu Fehlerkennungen des Stillstandes der Drehfeldmaschine führen kann.It is also disadvantageous that over time or due to strong common-mode EMC interference, the two measuring channels can drift in the same direction, so that this can lead to false detections of the standstill of the induction machine.

Aus der DE 4224620 C1 ist ein Drehzahlüberwachungsgerät zur Drehzahlüberwachung und zur sicheren Auswertung der die Drehzahl des Elektromotors kennzeichnenden Messsignale eines vom Stromversorgungsnetz getrennten, auslaufenden Elektromotors bekannt, wobei die Messsignale von einer Messeinrichtung erfasst, gemessen sowie mit einem vorgebbaren Grenzwert verglichen werden.From the DE 4224620 C1 is a speed monitor for speed monitoring and safe evaluation of the speed of the electric motor characterizing measuring signals of a separate power supply network, expiring electric motor known, the measurement signals are detected by a measuring device, measured and compared with a predetermined limit.

Aus der US 5218196 A ist ein Lichtvorhang-System zur Anwesenheits-Erfassung bekannt, welches einen Lichtvorhang, einen System-Mikrocontroller und einen Wächter-Mikrocontroller umfasst, wobei der System-Mikrocontroller programmiert ist, um alle Funktionen des Lichtvorhangs auszuführen, und der Wächter-Mikrocontroller programmiert ist, um die von dem System-Mikrocontroller gestarteten Funktionen zu überwachen und zu überprüfen und diese Funktionen zu übernehmen und zusätzlich ein Ausgabe-Überwachungsgerät zu veranlassen, zu öffnen, falls eine dieser Funktionen nicht ausgeführt wurden.From the US 5218196 A For example, a light curtain system for presence detection is known which includes a light curtain, a system microcontroller, and a watchdog microcontroller, where the system microcontroller is programmed to perform all functions of the light curtain and the watchdog microcontroller is programmed to To monitor and verify the functions started by the system microcontroller and to take over these functions and additionally to cause an output monitor to open if any of these functions were not executed.

Aus der DE 10215896 A1 ist eine Vakuumpumpe mit einer Pumpeneinheit bekannt, wobei die Pumpeneinheit einen Drehzahlsensor enthält, dessen Signal einem Steuer-Mikrocontroller eines Steuergerätes zugeführt wird, welcher im Falle einer unzulässigen Drehzahl einen Wechselrichter abschaltet, wobei die Pumpeneinheit einen Überwachungs-Mikrocontroller enthält, dem ebenfalls die Signale des Drehzahlsensors zugeführt werden und der im Falle des Überschreitens einer vorgespeicherten maximalen Drehzahl den Wechselrichter abschaltet, wobei der Steuer-Mikrocontroller und der Überwachungs-Mikrocontroller zum Datenabgleich miteinander kommunizieren.From the DE 10215896 A1 a vacuum pump with a pump unit is known, wherein the pump unit includes a speed sensor whose signal is fed to a control microcontroller of a control unit, which switches off an inverter in the event of an inadmissible speed, the pump unit includes a monitoring microcontroller, which also receives the signals of the Speed sensor are supplied and the off in the event of exceeding a pre-stored maximum speed inverter, the control microcontroller and the monitoring microcontroller communicate with each other for data synchronization.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zur Drehzahlüberwachung eines Elektromotors zu schaffen, womit eine sichere Überwachung bei minimiertem Aufwand möglich ist. Außerdem soll die Störempfindlichkeit insbesondere gegenüber hochfrequenten, elektromagnetischen Störungen reduziert sein. Weiterhin sollen Drifterscheinungen eliminiert und die Zuverlässigkeit erhöht werden.Object of the present invention is to provide a method and an apparatus of the type mentioned for speed monitoring of an electric motor, whereby a secure Monitoring with minimal effort is possible. In addition, the susceptibility to interference, in particular to high-frequency electromagnetic interference should be reduced. Furthermore drifting phenomena should be eliminated and the reliability increased.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens die Merkmale von Anspruch 1 vorgeschlagen. Insbesondere ist somit vorgesehen, dass mehrere die Drehzahl des Elektromotors kennzeichnende Messsignale von einer Messeinrichtung nacheinander erfasst, gemessen und gespeichert sowie mit vorgebbaren Grenzwerten verglichen und diese Daten zwischengespeichert werden, dass dann die Daten an eine Kontrolleinrichtung weitergeleitet und dort zumindest auf Plausibilität überprüft werden und dass dann bei Plausibilität sowohl von der Messeinrichtung als auch von der Kontrolleinrichtung jeweils ein Freigabesignal zum Ansteuern einer zweikanaligen Sicherheits-Abschalteinrichtung ausgegeben wird.To solve this problem, the features of claim 1 are proposed with respect to the inventive method. In particular, it is thus provided that a plurality of measuring signals characterizing the rotational speed of the electric motor are sequentially detected, measured and stored by a measuring device and compared with predefinable limit values and buffered, that the data is then forwarded to a control device where it is checked for plausibility and at least plausibility then a plausibility of both the measuring device and the control device in each case a release signal for driving a dual-channel safety shutdown device is issued.

Hinsichtlich der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Merkmale des Anspruchs 12 vorgeschlagen. Insbesondere ist somit vorgesehen, dass eine Messeinrichtung zum Messen und Speichern mehrerer die Drehzahl des Elektromotors kennzeichnender Messsignale vorgesehen ist, dass die Messeinrichtung eine Vergleichsvorrichtung zum Vergleichen der Messsignale mit vorgebbaren Grenzwerten aufweist, dass die Messeinrichtung zur Kontrolle der von der Messeinrichtung übertragenen Daten sowie der Messeinrichtung selbst über eine Kommunikationsschnittstelle mit einer Kontrolleinrichtung verbunden ist und dass die Messeinrichtung und die Kontrolleinrichtung mit einer zweikanaligen Sicherheits-Abschalteinrichtung verbunden sind.With regard to the device according to the invention, the features of claim 12 are proposed. In particular, it is thus provided that a measuring device is provided for measuring and storing a plurality of measurement signals characterizing the rotational speed of the electric motor, that the measuring device has a comparison device for comparing the measurement signals with predefinable limit values, that the measuring device controls the data transmitted by the measuring device and the measuring device itself is connected via a communication interface with a control device and that the measuring device and the control device are connected to a two-channel safety shutdown device.

Damit ist nur eine Messeinrichtung erforderlich und es sind somit der Aufwand und die Kosten reduziert. Trotzdem ist eine hohe Auswertesicherheit gegeben, da unter anderem eine funktionale Diversität durch Verwendung einerseits eines Messkanals und andererseits eines Kontrollkanals oder Managementkanals vorhanden ist. Mit der Messeinrichtung werden mehrere die Drehzahl des Elektromotors kennzeichnende Messsignale an verschiedenen Messpunkten nacheinander sequentiell erfasst und ausgewertet.Thus, only one measuring device is required and thus the effort and costs are reduced. Nevertheless, there is a high level of evaluation reliability, since, inter alia, a functional diversity is present through the use of a measuring channel on the one hand and a control channel or management channel on the other hand. With the measuring device a plurality of measuring signals characterizing the rotational speed of the electric motor are sequentially sequentially detected and evaluated at different measuring points.

Die Messeinrichtung (erster Kanal) übernimmt dabei die Messaufgabe zur Erfassung der die Drehzahl des Elektromotors kennzeichnenden Messsignale nacheinander an den mehreren Messpunkten, während die Kontrolleinrichtung (zweiter Kanal) eine Überwachungsaufgabe übernimmt.The measuring device (first channel) takes over the measuring task for detecting the measurement signals characterizing the rotational speed of the electric motor successively at the plurality of measuring points, while the control device (second channel) assumes a monitoring task.

Beide Kanäle sind unterschiedlich von der Art und von der Funktionalität her, kommunizieren miteinander und prüfen sich dauernd gegenseitig auf Fehlerfreiheit und Funktionsfähigkeit.Both channels are different in nature and functionality, communicate with each other and constantly check each other for accuracy and operability.

Durch die funktionale Diversität der Messeinrichtung einerseits und der Kontrolleinrichtung andererseits wird eine Erhöhung der Sicherheit und der Zuverlässigkeit aufgrund der Vermeidung von Fehlern mit gemeinsamen Ursachen in diesem System erreicht.The functional diversity of the measuring device, on the one hand, and the control device, on the other hand, increases the safety and reliability due to the avoidance of common cause errors in this system.

Bei der Überprüfung der Plausibilität kann unter anderem die Messeinrichtung auf ihre Messfähigkeit geprüft werden, indem eine Prüfspannung von der Kontrolleinrichtung generiert, der Messeinrichtung zugeführt und die gemessene Spannung mit der generierten Prüfspannung verglichen wird. Damit wird überprüft, ob die Messeinrichtung tatsächlich richtig messen kann.When checking the plausibility, among other things, the measuring device can be tested for its measuring capability by generating a test voltage from the control device, fed to the measuring device and the measured voltage is compared with the generated test voltage. This checks whether the measuring device can actually measure correctly.

Weiterhin kann zur Erhöhung der Auswertesicherheit nach einer Weiterbildung der Erfindung außer der Überprüfung der Richtigkeit der Übertragung der Messsignale durch die Messeinrichtung (Messfähigkeit) zusätzlich als Plausibilitätskonrolle eine Überprüfung der Messeinrichtung auf ihre Rechenfähigkeit vorgenommen werden, indem von der Kontrolleinrichtung vorgebbare Variablen von der Messeinrichtung miteinander verknüpft, insbesondere addiert oder multipliziert werden und das Ergebnis überprüft wird. Weiterhin kann zur Erhöhung der Auswertesicherheit die Kontrolleinrichtung auf ihre Kalibrierfähigkeit geprüft werden, indem von der Messeinrichtung eine Kalibrierspannung vorgeschlagen, von der Kontrolleinrichtung eingestellt und dieser Einstellwert von der Messeinrichtung gemessen und das Ergebnis mit der vorgeschlagenen Kalibrierspannung verglichen wird. Damit kann die Kalibrierfähigkeit der Kontrolleinrichtung 5 nachgewiesen werden.Furthermore, in order to increase the reliability of the evaluation according to an embodiment of the invention in addition to verifying the accuracy of the transmission of the measurement signals by the measuring device (measuring capability) in addition as a plausibility check a review of the measuring device to their computational power are made by linked by the control device specifiable variables of the measuring device together , in particular added or multiplied and the result is checked. Furthermore, in order to increase the evaluation reliability, the control device can be tested for its ability to calibrate by proposing a calibration voltage from the measuring device, setting it by the control device and measuring this setting value by the measuring device and comparing the result with the proposed calibration voltage. Thus, the calibration capability of the control device 5 be detected.

Für den Datenaustausch ist es besonders vorteilhaft, wenn die Messeinrichtung und die Kontrolleinrichtung jeweils einen Mikrokontroller aufweisen und wenn diese Mikrokontroller über eine bidirektionale Kommunikationsschnittstelle miteinander verbunden sind.For data exchange, it is particularly advantageous if the measuring device and the control device each have a microcontroller and if these microcontrollers are connected to each other via a bidirectional communication interface.

Vorzugsweise wird dabei die Übertragung der Daten von der Messeinrichtung an die Kontrolleinrichtung und umgekehrt mittels eines vordefinierten Übertragungsprotokolls in einer fest definierten, maximal zulässigen Erwartungszeit und vorzugsweise mit einem laufenden Codezähler vorgenommen.Preferably, the transmission of the data from the measuring device to the control device and vice versa by means of a predefined transmission protocol in a fixed, maximum allowable expectation and preferably made with a running code counter.

Für die Überprüfung der Messeinrichtung auf ihre Rechenfähigkeit wird von der Kontrolleinrichtung der Messeinrichtung über die Kommunikationsschnittstelle, insbesondere mit einem vordefinierten Übertragungsprotokoll, eine Rechenaufgabe vorgegeben und es wird in einer bestimmten Zeit eine richtige Antwort erwartet. Nach dem Erhalt der richtigen Antwort ist die Rechenfähigkeit der Messeinrichtung bestätigt.For the verification of the measuring device on their computing ability is given by the control device of the measuring device via the communication interface, in particular with a predefined transmission protocol, a calculation task and it is expected in a certain time a correct answer. After receiving the right one The answer is the calculation capability of the measuring device confirmed.

Für die Überprüfung der Kalibrierfähigkeit der Kontrolleinrichtung wird von der Messeinrichtung der Kontrolleinrichtung über die Kommunikationsschnittstelle, insbesondere mit einem vordefinierten Übertragungsprotokoll, eine bestimmte Kalibrierspannung vorgeschlagen, indem die Kontrolleinrichtung aufgefordert wird, diese Spannung einzustellen, die dann von der Messeinrichtung gemessen und das Ergebnis mit der vorgegebenen Spannung verglichen wird. Bei Übereinstimmung in einem akzeptablen Toleranzbereich wird die Kalibrierfähigkeit der Kontrolleinrichtung bestätigt. Damit wird überprüft, ob die Kontrolleinrichtung tatsächlich in der Lage ist, eine bestimmte Spannung einstellen zu können.For checking the calibration capability of the control device, a specific calibration voltage is proposed by the measuring device of the control device via the communication interface, in particular with a predefined transmission protocol, in which the control device is requested to set this voltage, which is then measured by the measuring device and the result is given Voltage is compared. If in agreement within an acceptable tolerance range, the calibration capability of the control device is confirmed. This is to check whether the control device is actually able to set a certain voltage.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn als die Drehzahl des auslaufenden Elektromotors kennzeichnenden Messsignale die durch den Remanenzmagnetismus generierten Wechselspannungen des Elektromotors gemessen werden.It is particularly advantageous if the alternating voltages of the electric motor generated by the remanent magnetism are measured as measurement signals characterizing the rotational speed of the outgoing electric motor.

Damit stehen Messsignale als Wechselspannung zur Verfügung, deren Frequenz und Amplitude zur Drehzahl des Motors proportional sind. Zusätzliche Drehzahlgeber sind nicht erforderlich, so dass dementsprechend auch kein zusätzlicher Aufwand entsteht.Thus, measurement signals are available as AC voltage whose frequency and amplitude are proportional to the speed of the motor. Additional speed sensor are not required, so that accordingly no additional effort.

Um die die Drehzahl des Elektromotors kennzeichnenden Messsignale nacheinander zu erfassen, weist die Messeinrichtung einen Multiplexer mit wenigstens drei Eingängen zum Anschluss an zwei Motorzuleitungen des Elektromotors sowie an den Ausgang der Kontrolleinrichtung auf.In order to sequentially detect the measurement signals characterizing the rotational speed of the electric motor, the measuring device has a multiplexer with at least three inputs for connection to two motor supply lines of the electric motor and to the output of the control device.

Damit wird die Messeinrichtung sequentiell in bestimmten zeitlichen Abständen an verschiedene Messpunkte, nämlich an wenigstens zwei Motorzuleitungen nacheinander zur Messung zweier Spannungen angeschlossen und damit die Drehzahl des Motors erfasst. Außerdem erfolgt ein sequentielles Anschließen an den Ausgang der Kontrolleinrichtung, um Überprüfungen der Messeinrichtung vornehmen zu können. Mehrere Messsignale können so nacheinander mit einer einzigen Messeinrichtung erfasst werden, so dass der Aufwand der Messschaltung reduziert und die Zuverlässigkeit erhöht ist. Vorteilhaft ist es, wenn die von der Messeinrichtung nacheinander erfassten, die Drehzahl des Elektromotors kennzeichnenden Messsignale digital abgetastet werden und wenn vorzugsweise eine Störausblendung mittels Digitalfilter-Methoden vorgenommen wird. Durch die digitale Abtastung können durch Störungen verursachte Fehlmessungen erkannt und ausgeblendet oder durch errechnete Zwischenwerte ersetzt werden.Thus, the measuring device is sequentially connected at certain time intervals to different measuring points, namely at least two motor leads in succession to measure two voltages and thus detects the speed of the motor. In addition, there is a sequential connection to the output of the control device in order to make checks of the measuring device can. Several measurement signals can be detected sequentially with a single measuring device, so that the cost of the measuring circuit is reduced and the reliability is increased. It is advantageous if the measurement signals successively detected by the measuring device and characterizing the rotational speed of the electric motor are sampled digitally and, if an interference noise suppression is preferably carried out by means of digital filter methods. Due to digital sampling, faulty measurements caused by faults can be detected and faded out or replaced by calculated intermediate values.

Zur weiteren Erhöhung der Auswertesicherheit können die von der Messeinrichtung nacheinander erfassten, die Drehzahl des Elektromotors kennzeichnenden Messsignale miteinander auf Gleichheit in einem akzeptablen Toleranzbereich überprüft werden.To further increase the reliability of evaluation, the measurement signals successively detected by the measuring device and characterizing the rotational speed of the electric motor can be checked for equality within an acceptable tolerance range.

Die nacheinander gemessenen Signale von verschiedenen Strängen des Motors werden somit auf weitgehende Gleichhit überprüft und es wird dadurch sichergestellt, dass es sich um eine plausible und störungsfreie Messung handelt. Außerdem kann durch diese Maßnahme beispielsweise ein Aderbruch am Messeingang oder im Motorbereich ebenfalls erkannt werden.The successively measured signals from different strands of the engine are thus checked for substantial Gleichhit and it is thereby ensured that it is a plausible and trouble-free measurement. In addition, by this measure, for example, a wire break at the measuring input or in the engine area are also detected.

Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnung noch näher erläutert.Additional embodiments of the invention are set forth in the further subclaims. The invention with its essential details with reference to the drawings is explained in more detail below.

Es zeigt:It shows:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Drehzahlüberwachung eines Elektromotors und 1 a schematic representation of a device for monitoring the speed of an electric motor and

2 ein etwas detaillierteres Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung. 2 a somewhat more detailed block diagram of the device according to the invention.

Eine in der 1 und 2 gezeigt Vorrichtung 1 dient zur Drehzahlüberwachung eines Elektromotors 3, wobei im Ausführungsbeispiel die Drehzahlüberwachung eines vom Stromversorgungsnetz 2 getrennten, auslaufenden Elektromotors 3 und eine sichere Auswertung der Messsignale vorgesehen ist. Insbesondere kann damit überwacht werden, ob der Motor 3 zum Stillstand gekommen ist, seine Drehzahl also Null ist. Andererseits besteht aber auch die Möglichkeit, dass mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 beziehungsweise dem entsprechenden Verfahren ein kontrollierter, gegebenenfalls gebremster Auslauf des Motors überwacht wird.One in the 1 and 2 shown device 1 is used to monitor the speed of an electric motor 3 , In the embodiment, the speed monitoring one of the power grid 2 separate, outgoing electric motor 3 and a secure evaluation of the measurement signals is provided. In particular, it can be monitored to see if the engine 3 has come to a standstill, its speed is zero. On the other hand, there is also the possibility that with the device according to the invention 1 or the corresponding method, a controlled, optionally braked outlet of the engine is monitored.

Die Vorrichtung 1 gemäß 1 weist im wesentlichen eine Messeinrichtung 4 mit einem Multiplexer 8 und einer Mess- und Auswerteelektronik 25, eine Kontrolleinrichtung 5 mit einer Kontrollelektronik 26 sowie eine zweikanalige Sicherheits-Abschalteinrichtung 6 mit zwei Sicherheitsrelais 21, 22 auf. Die Messeinrichtung 4 und die Kontrolleinrichtung 5 sind über eine bidirektionale Kommunikationsschnittstelle 13 verbunden. Der Multiplexer 8 der Messeinrichtung 4 ist an Motoranschlussleitungen 7 des Elektromotors 3 angeschlossen, der an das Stromversorgungsnetz 2 anschaltbar ist.The device 1 according to 1 essentially has a measuring device 4 with a multiplexer 8th and a measuring and evaluation electronics 25 , a control device 5 with a control electronics 26 as well as a two-channel safety shutdown device 6 with two safety relays 21 . 22 on. The measuring device 4 and the control device 5 are via a bidirectional communication interface 13 connected. The multiplexer 8th the measuring device 4 is on motor connection cables 7 of the electric motor 3 connected to the power grid 2 can be switched on.

Die Drehzahl des Elektromotors 3 wird anhand von die jeweilige Drehzahl kennzeichnenden Messsignalen erfasst. Bevorzugt erfolgt dies, indem die durch den Remanenzmagnetismus generierten Wechselspannungen des Elektromotors beim Auslaufen gemessen werden. Dies kann auf einfache Weise mit geringem Aufwand direkt an den Motoranschlussleitungen 7 erfolgen.The speed of the electric motor 3 is characterized by the respective speed Measured signals detected. This is preferably done by measuring the alternating voltages of the electric motor generated by the remanent magnetism when it expires. This can be done easily with little effort directly to the motor connection cables 7 respectively.

In dem in 2 gezeigten, gegenüber 1 etwas detaillierterem Blockschaltbild beinhaltet die Messeinrichtung 4 außer dem eingangsseitigen Multiplexer 8, zur analogen Signalvorbereitung, zur Mess- und Auswerteelektronik 25 gehörend, eine nachfolgende Zwischenstufe 9, die durch einen Tiefpass gebildet sein kann, einen Analog-Digital-Wandler 10 sowie einen Mikrocontroller 11.In the in 2 shown, opposite 1 a more detailed block diagram includes the measuring device 4 except the input side multiplexer 8th , for analog signal preparation, for measuring and evaluation electronics 25 belonging, a subsequent intermediate stage 9 , which may be formed by a low pass, an analog-to-digital converter 10 as well as a microcontroller 11 ,

Mit dieser Anordnung werden die an den Motoranschlussleitungen 7 abgegriffenen Signale gemessen, in digitale Werte gewandelt und zwischengespeichert. Es kann dabei die Spannung gemessen werden und bezüglich deren Amplitude und/oder Frequenz und/oder Phasenlage ausgewertet werden. Die Motor-Messsignale können zusätzlich als deren Komplementärwerte, insbesondere jeweils als Differenzwert zwischen einem Maximalwert und dem Messwert gespeichert werden. Die Speicherung auch des Komplementärwerts hat den Vorteil, dass eine ungewollte Änderung des abgespeicherten Messwertes durch eine spätere Addition mit seinem komplementären Wert erkannt werden kann.With this arrangement, the at the motor connection lines 7 measured signals, converted into digital values and cached. In this case, the voltage can be measured and evaluated with regard to its amplitude and / or frequency and / or phase position. The motor measurement signals can additionally be stored as their complementary values, in particular in each case as a difference value between a maximum value and the measured value. The storage of the complementary value has the advantage that an unwanted change of the stored measured value can be detected by a subsequent addition with its complementary value.

Außerdem werden die digitalisierten Messsignale mit vorgebbaren Grenzwerten verglichen und es wird die Plausibilität der Messwerte durch Überprüfung auf Gleichheit der nacheinander gemessenen Werte von verschiedenen Motorsträngen in einem akzeptablen Toleranzbereich geprüft. Dadurch ist sichergestellt, dass es sich um eine plausible und störungsfreie Messung handelt.In addition, the digitized measuring signals are compared with predefinable limit values and the plausibility of the measured values is checked by checking for equality of the successively measured values of different motor strings within an acceptable tolerance range. This ensures that it is a plausible and trouble-free measurement.

Die Grenzwerte können mit einem Grenzwerteinstellorgan 12 vorgegeben werdenThe limit values can be set with a limit value setting device 12 be specified

Der Multiplexer 8 hat im Ausführungsbeispiel drei umschaltbare Eingänge 17, 18, 19, von denen zwei (18, 19) als Messeingänge mit Motoranschlussleitungen 7 (Motorstränge) und einer (17) mit der Kontrolleinrichtung 5 verbunden sind. Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 sind dem Multiplexer 8 noch Messverstärker 20 vorgeschaltet. Anstatt der Messverstärker können auch Spannungsteiler vorgesehen sein.The multiplexer 8th in the exemplary embodiment has three switchable inputs 17 . 18 . 19 of which two ( 18 . 19 ) as measuring inputs with motor connecting cables 7 (Motor strands) and one ( 17 ) with the control device 5 are connected. In the embodiment according to 2 are the multiplexer 8th still measuring amplifier 20 upstream. Instead of the measuring amplifier, voltage dividers can also be provided.

Die Messeinrichtung 4 ist, wie bereits vorerwähnt, über eine Kommunikationsschnittstelle 13 mit der Kontrolleinrichtung 5 verbunden, wobei es sich um eine bidirektionale Schnittstelle zwischen dem Mikrokontroller 11 der Messeinrichtung 4 und einem zur Kontrollelektronik 26 gehörenden Mikrokontroller 14 der Kontrolleinrichtung 5 handelt. Außerdem weist die Kontrollelektronik 26 der Kontrolleinrichtung 5 im gezeigten Ausführungsbeispiel einen Referenzspannungsgenerator 15 auf, dessen Ausgang 16 an einen Referenzspannungs-Anschluss 17 des zur Messeinrichtung 4 gehörenden Multiplexers 8 angeschlossen ist. Die Kontrollelektronik 26 weist ein mechanisch mit dem Grenzwerteinstellorgan 12 der Messeinrichtung 4 gekoppeltes Grenzwerteinstellorgan 12a auf.The measuring device 4 is, as already mentioned, via a communication interface 13 with the control device 5 connected, which is a bidirectional interface between the microcontroller 11 the measuring device 4 and one to the control electronics 26 belonging microcontroller 14 the control device 5 is. In addition, the control electronics 26 the control device 5 in the embodiment shown, a reference voltage generator 15 on, whose output 16 to a reference voltage terminal 17 of the measuring device 4 belonging multiplexer 8th connected. The control electronics 26 has a mechanical with the Grenzwerteinstellorgan 12 the measuring device 4 coupled Grenzwerteinstellorgan 12a on.

Die Kontrolleinrichtung 5 hat im wesentlichen die Aufgabe, die Messeinrichtung 4 auf korrekte und sichere Funktion (Plausibilität) zu überprüfen. Prüfkriterien sind dabei unter anderem insbesondere die Messfähigkeit und die Rechenfähigkeit der Messeinrichtung 4. Andererseits kann aber auch die Kontrolleinrichtung 5, wie später noch erläutert, auf korrekte Funktionsfähigkeit, insbesondere auf Kalibrierfähigkeit geprüft werden.The control device 5 has the main task, the measuring device 4 to check for correct and safe function (plausibility). Among other things, the test criteria are the measuring capability and the calculating capability of the measuring device 4 , On the other hand, but also the control device 5 , as will be explained later, are tested for correct functionality, in particular for calibration capability.

Bei der Überprüfung der Messeinrichtung 4 auf Messfähigkeit wird die Richtigkeit der Übertragung der Messsignale durch die Messeinrichtung 4 geprüft. Dazu wird ein Prüfsignal (Spannung) von der Kontrolleinrichtung 5 generiert, der Messeinrichtung 4 zugeführt und das gemessene Signal mit dem generierten Signal verglichen.When checking the measuring device 4 On measuring capability, the correctness of the transmission of the measuring signals by the measuring device 4 checked. For this purpose, a test signal (voltage) from the control device 5 generated, the measuring device 4 supplied and the measured signal compared with the generated signal.

Bei der Überprüfung der Messeinrichtung 4 auf Rechenfähigkeit werden von der Kontrolleinrichtung 5 vorgebbare Variablen von der Messeinrichtung verknüpft, insbesondere addiert oder multipliziert und das Ergebnis wird dann überprüft.When checking the measuring device 4 on computational ability are provided by the control device 5 predeterminable variables linked by the measuring device, in particular added or multiplied and the result is then checked.

Außerdem wird, wie bereits vorerwähnt, die Kontrolleinrichtung 5 auf Kalibrierfähigkeit überprüft, indem von der Messeinrichtung 4 eine Spannung vorgegeben wird, welche die Kontrolleinrichtung 5 einstellen muss. Diese Spannung wird der Messeinrichtung 4 zugeführt und von dieser gemessen. Das Ergebnis wird dann mit einer Kalibriersollspannung verglichen und ausgewertet.In addition, as already mentioned, the control device 5 checked for calibration by the measuring device 4 a voltage is specified which the control device 5 must adjust. This voltage is the measuring device 4 supplied and measured by this. The result is then compared with a calibration target voltage and evaluated.

Aufgrund der von der Messeinrichtung 4 gemessenen und gebildeten Daten liegt von der Messeinrichtung 4 eine Vorentscheidung vor, beispielweise, dass eine Freigabe der Sicherheits-Abschalteinrichtung 6 erfolgen könnte.Because of the measuring device 4 measured and formed data lies with the measuring device 4 a preliminary decision, for example, that a release of the safety shutdown device 6 could be done.

Diese Vorentscheidung mit allen gemessenen und gebildeten Daten der Messeinrichtung 4 wird über die bidirektionale Kommunikationsschnittstelle 13 an die Kontrolleinrichtung 5 geschickt und dort wie vorbeschrieben überprüft. Ist das Ergebnis dieser Überprüfung durch die Kontrolleinrichtung 5 positiv, das heißt, dass sich die Messung der Messeinrichtung 4 als korrekt erweist und Fehlerfreiheit sowohl der Messeinrichtung als auch der Kontrolleinrichtung erkannt wird, wird von beiden Einrichtungen jeweils ein Freigabesignal zum Ansteuern der zweikanaligen Sicherheits-Abschalteinrichtung 6 ausgegeben.This preliminary decision with all measured and formed data of the measuring device 4 is via the bidirectional communication interface 13 to the control facility 5 sent and checked there as described above. Is the result of this review by the control body 5 positive, that is, the measurement of the measuring device 4 proves to be correct and faultlessness of both the measuring device and the control device is detected, both devices each have an enable signal for driving the two-channel safety shutdown device 6 output.

Andererseits erfolgt beim Erkennen eines Fehlers innerhalb der Überprüfungen eine zweikanalige Sicherheits-Abschaltung durch die Sicherheits-Abschalteinrichtung 6. On the other hand, when a fault is detected within the checks, a two-channel safety shutdown by the safety shutdown device occurs 6 ,

Die vorerwähnten Überprüfungen können durch eine ganze Reihe zusätzlicher Prüf- und Kontrollmaßnahmen ergänzt sein, um eine größtmögliche Überwachungssicherheit zu erreichen.The aforementioned reviews may be supplemented by a whole range of additional testing and control measures in order to maximize surveillance security.

Die Messeinrichtung 4 und die Kontrolleinrichtung 5 weisen jeweils einen Steuerausgang zum Ansteuern der Sicherheits-Abschalteinrichtung 6 auf. Diese Sicherheits-Abschalteinrichtung 6 hat im Ausführungsbeispiel zwei Sicherheitsrelais 21, 22 mit in Reihe geschalteten Arbeitskontakten 23 und jeweils einem Ruhekontakt 24 für einen Rückführkreis. Das Sicherheitsrelais 21 weist eine Steuerverbindung zu dem Mikrocontroller 11 der Messeinrichtung 4 auf und das Sicherheitsrelais 22 hat eine Steuerverbindung zu dem Mikrocontroller 14 der Kontrolleinrichtung 5. Die Ruhekontakte 24 können mit Öffner-Pfaden von externen Schützen in Reihe geschaltet sein.The measuring device 4 and the control device 5 each have a control output for driving the safety shutdown device 6 on. This safety shutdown device 6 In the exemplary embodiment has two safety relays 21 . 22 with series-connected working contacts 23 and in each case a normally closed contact 24 for a feedback loop. The safety relay 21 has a control connection to the microcontroller 11 the measuring device 4 on and the safety relay 22 has a control connection to the microcontroller 14 the control device 5 , The idle contacts 24 can be connected in series with opener paths from external contactors.

Da die Kontrolleinrichtung 5 mit der Messeinrichtung 4 ausschließlich auf digitaler logischer Ebene kommuniziert, ist eine galvanische Trennung beider Einrichtungen voneinander kostengünstig und einfach realisierbar. Die bidirektionale Kommunikatiansschnittstelle 13, über die die Mikrokontroller 11 und 14 verbunden sind, kann zur galvanischen Trennung Optokoppler aufweisen und die Verbindung zwischen dem Ausgang 16 der Kontrolleinrichtung 5 und dem Anschluss 17 des Multiplexers kann durch einen Optokoppler in Verbindung mit einem Pulsweitenmodulator realisiert sein. Diese einfache galvanische Trennung ist besonders vorteilhaft beim Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung in rauen, EMV-gestörten Umgebungen oder in EX-Schutzzonen.Because the control device 5 with the measuring device 4 communicates exclusively at the digital logical level, a galvanic separation of both devices from each other is inexpensive and easy to implement. The bidirectional communication interface 13 about which the microcontroller 11 and 14 can be connected to the galvanic isolation optocouplers and the connection between the output 16 the control device 5 and the connection 17 The multiplexer can be realized by an optocoupler in conjunction with a pulse width modulator. This simple electrical isolation is particularly advantageous when using the device according to the invention in harsh, EMC-impaired environments or in EX-protection zones.

Nachstehend ist der zeitliche Ablauf von beispielsweise vorgesehenen Mess- und Prüfschritten, die sukzessive und zyklisch durchgeführt werden, zusammenfassend in einzelnen Schritten beschrieben:

  • a. Die Messeinrichtung 4 wird mit dem Eingang 18 des Multiplexer 8 über den Messverstärker 20 an eine Motoranschlussleitung 7 des Elektromotors 3 angeschaltet. Es wird eine einkanalige Messung durchgeführt und der gemessene Spannungswert U(L2,L1) wird durch den Analog-Digital-Wandler 10 digitalisiert, an den Mikrocontroller 11 weitergeleitet und dort als digitaler Spannungswert gespeichert.
  • b. Die Messeinrichtung 4 wird mit dem Eingang 19 des Multiplexer 8 über den Messverstärker 20 an eine andere Motoranschlussleitung des Elektromotors 3 angeschaltet und die gemessene Spannung U(L3,L1) digitalisiert und dann gespeichert.
  • c. Die Umschaltperiodendauer des Multiplexers 8 ist so gewählt, dass mittels eines Software-Algorithmus hochfrequente Störsignale gefiltert werden.
  • d. Die mittels der Messeinrichtung 4 und dem Multiplexer 8 nacheinander gemessenen Spannungen von verschiedenen Motorsträngen werden miteinander auf Gleichheit in einem akzeptablen Toleranzbereich überprüft, wodurch sichergestellt wird, dass es sich um eine plausible und störungsfreie Messung handelt. Ein Aderbruch am Messeingang oder beispielsweise im Motorbereich wird durch diese Maßnahme ebenfalls erkannt.
  • e. Die nacheinander gemessenen, digitalisierten Spannungswerte werden mit durch das Grenzwerteinstellorgan 12 einstellbaren Grenzwerten verglichen. Das Ergebnis daraus bildet eine Vorentscheidung, die in eine binäre Variable umgesetzt wird. Beispielsweise kann die Vorentscheidung beinhalten, dass eine Unterdrehzahl beziehungsweise Stillstand des Elektromotors erkannt ist oder nicht.
  • f. Mit einem vordefinierten Übertragungsprotokoll werden innerhalb einer fest definierten maximalen zulässigen Erwartungszeit zyklisch Gutzustand-Nachrichten zwischen den beiden Mikrokontrollern 11, 14 ausgetauscht. Bleibt die Gutzustand-Nachricht einer der beiden Mikrokontroller 11, 14 länger als die maximal zulässige Zeit aus, so wird für beide Kanäle eine sicherheitsgerichtete Abschaltung durchgeführt.
  • g. Durch die Kontrolleinrichtung 5 wird die Richtigkeit der Übertragung durch Untersuchung der Einhaltung des Übertragungsprotokolls und die Plausibilität der Messwerte und Daten sowie deren komplementärer Werte sowie die Gleichheit der Messsignale in einem akzeptablen Toleranzbereich überprüft. Weiterhin wird der von dem Grenzwerteinstellorgan 12 der Messeinrichtung 4 eingestellte Grenzwert beziehungsweise sein komplementärer Wert mit dem von dem Grenzwerteinstellorgan 12a der Kontrolleinrichtung 5 eingestellten Grenzwert verglichen. Weiterhin wird die Plausibilität der Vorentscheidung durch einen erneuten Vergleich der gemessenen Werte mit den übertragenen und eigenen Grenzwerten und damit die Entscheidungsfähigkeit der Messeinrichtung 4 und die Funktionsfähigkeit der Grenzwerteinstellorgane 12, 12a geprüft.
  • h. Die Kontrolleinrichtung 5 überträgt über die Kommunikationsschnittstelle 13 mit einem vordefinierten Übertragungsprotokoll eine Rechenaufgabe an die Messeinrichtung 4 und erwartet in einer bestimmten Zeit eine richtige Antwort. Beispielsweise sollen eine Variable A und Variable B addiert oder multipliziert werden. Nach dem Erhalt des richtigen Ergebnisses ist die Rechenfähigkeit des Messkanals bestätigt.
  • i. Die Kontrolleinrichtung 5 wird auf ihre Kalibrierfähigkeit geprüft. Dazu wird von der Messeinrichtung 4 eine Kalibrierspannung vorgeschlagen, die von der Kontrolleinrichtung 5 eingestellt und dann von der Messeinrichtung 4 gemessen wird. Das Ergebnis wird mit der Sollvorgabe der Messeinrichtung 4 verglichen. Bei Übereinstimmung in einem akzeptablen Toleranzbereich wird die Kalibrierfähigkeit der Kontrolleinrichtung 5 bestätigt.
  • j. Von der Kontrolleinrichtung 5 wird der Referenz-Spannungsgenerator 15 auf eine beliebige Spannung eingestellt und über den Multiplexer-Referenzspannungs-Anschluss 17 der Messeinrichtung 4 zugeführt. Aus dem Ergebnis der Messung und einem Vergleich mit der Vorgabe wird die Messfähigkeit des Messkanal überprüft. Bei geringfügigen Abweichungen führt die Kontrolleinrichtung 5 eine Kalibrierung der Messeinrichtung 4 durch, indem Korrekturfaktoren übergeben werden. Bei einem groben Fehler wird die Messeinrichtung 4 abgeschaltet, indem die Kontrolleinrichtung 5 der Messeinrichtung 4 die endgültige Freigabe verweigert. Es erfolgt sofort eine Fehlermeldung und eine Abschaltnachricht mit höchster Priorität über die Kommunikationsschnittstelle 13 mit einem vordefinierten Übertragungsprotokoll.
  • k. Die beiden Sicherheitsrelais 21, 22 der Sicherheits-Abschalteinrichtung 6 werden über ihre Ruhekontakte 24 auf Abfallen im nicht erregten Zustand einerseits vom Mikrocontroller 11 und andererseits vom Mikrocontroller 14 abgefragt. Damit können die Arbeitskontakte 23 der Relais auf Verschweißfreiheit überprüft werden und auch die Schließer von externen Schützen, die von den Sicherheitsrelais 21, 22 angesteuert werden und deren Öffner-Pfade in Reihe mit den Ruhekontakten 24 geschaltet sind. Werden anstatt von Sicherheitsrelais 21, 22 Halbleiterschalter eingesetzt, wird eine dynamische Überprüfung der Abschaltfähigkeit der Halbleiterschalter durch Abfrage ihres Ausgangszustandes bei einem kurzzeitigen Abschalten ihres Steuereingangs durchgeführt.
  • l. Bei Fehlerfreiheit in allen vorgenannten Prüfschritten schaltet die Kontrolleinrichtung 5 ihren Sicherheitsausgang ein und erteilt der Messeinrichtung 4 über die Kommunikationsschnittstelle 13 mit einem vordefinierten Übertragungsprotokoll eine generelle Freigabe. Die Messeinrichtung 4 schaltet aufgrund ihrer Vorentscheidung anhand der überprüften Rechenfähigkeit und der Messfähigkeit und der generellen Freigabe, die sie von der Kontrolleinrichtung 5 bekommen hat, ebenfalls ihren Sicherheitsausgang ein. Damit wird im Gutzustand eine fehlersichere Maschinenfreigabe an die Sicherheits-Abschalteinrichtung 6 erteilt.
  • m. Jeglicher Fehler in allen Prüfschritten führt zum sofortigen Abschalten des prüfenden, durch die Kontrolleinrichtung 5 gebildeten Kanals und zur Abschaltanforderung über die Kommunikationsschnittstelle 13 mit einem vordefinierten Übertragungsprotokoll an den korrespondierenden, durch die Messeinrichtung 4 gebildeten Kanal, der wiederum seinen Sicherheitsausgang abschaltet. Damit erfolgt im Fehlerfall eine sofortige, in der Regel in wenigen Millisekunden redundante und fehlersichere Abschaltung durch die Sicherheits-Abschalteinrichtung 6.
In the following, the time sequence of, for example, provided measurement and test steps, which are carried out successively and cyclically, is described in summary in individual steps:
  • a. The measuring device 4 will be with the entrance 18 of the multiplexer 8th over the measuring amplifier 20 to a motor connection cable 7 of the electric motor 3 turned on. A single-channel measurement is performed and the measured voltage value U (L2, L1) is determined by the analog-to-digital converter 10 digitized, to the microcontroller 11 forwarded and stored there as a digital voltage value.
  • b. The measuring device 4 will be with the entrance 19 of the multiplexer 8th over the measuring amplifier 20 to another motor connection cable of the electric motor 3 switched on and the measured voltage U (L3, L1) digitized and then stored.
  • c. The switching period of the multiplexer 8th is chosen so that high-frequency interference signals are filtered by means of a software algorithm.
  • d. The means of the measuring device 4 and the multiplexer 8th consecutively measured voltages of different motor strings are checked for equality within an acceptable tolerance range, thereby ensuring that it is a plausible and trouble-free measurement. A wire break at the measuring input or, for example, in the motor area is also recognized by this measure.
  • e. The successively measured, digitized voltage values are transmitted by the limit value setting device 12 adjustable limit values compared. The result of this is a preliminary decision, which is converted into a binary variable. For example, the preliminary decision may include that an underspeed or standstill of the electric motor is detected or not.
  • f. With a predefined transmission protocol, good quality messages are cyclically exchanged between the two microcontrollers within a predefined maximum permissible expectancy 11 . 14 replaced. The good status message remains one of the two microcontroller 11 . 14 longer than the maximum permissible time, a safety-related shutdown is performed for both channels.
  • G. By the control device 5 the accuracy of the transmission is checked by examining the compliance of the transmission protocol and the plausibility of the measured values and data as well as their complementary values and the equality of the measuring signals within an acceptable tolerance range. Furthermore, that of the Grenzwerteinstellorgan 12 the measuring device 4 set limit value or its complementary value with that of the Grenzwerteinstellorgan 12a the control device 5 set limit. Furthermore, the plausibility of the preliminary decision by a new comparison of the measured values with the transmitted and own limits and thus the decision-making ability of the measuring device 4 and the functionality of the Grenzwerteinstellorgane 12 . 12a checked.
  • H. The control device 5 transmits via the communication interface 13 with a predefined transmission protocol a calculation task to the measuring device 4 and expects a correct answer in a certain time. For example, a variable A and variable B should be added or multiplied. After receiving the correct result, the computing capacity of the measuring channel is confirmed.
  • i. The control device 5 is tested for its ability to be calibrated. This is done by the measuring device 4 a calibration voltage proposed by the control device 5 set and then by the measuring device 4 is measured. The result is with the target specification of the measuring device 4 compared. If in agreement within an acceptable tolerance range, the calibration capability of the control device 5 approved.
  • j. From the control device 5 becomes the reference voltage generator 15 set to any voltage and via the multiplexer reference voltage terminal 17 the measuring device 4 fed. From the result of the measurement and a comparison with the specification, the measuring capability of the measuring channel is checked. For minor deviations, the control device 5 a calibration of the measuring device 4 by passing correction factors. In case of a gross error, the measuring device 4 shut down by the control device 5 the measuring device 4 denied the final release. There is an immediate error message and a shutdown message with the highest priority via the communication interface 13 with a predefined transmission protocol.
  • k. The two safety relays 21 . 22 the safety shutdown device 6 be about their idle contacts 24 on falling off in the non-excited state on the one hand by the microcontroller 11 and on the other hand from the microcontroller 14 queried. This can be the working contacts 23 the relays are checked for freedom from welding and also the normally open contactors of external contactors, those of the safety relays 21 . 22 be controlled and their NC paths in series with the normally closed contacts 24 are switched. Be used instead of safety relays 21 . 22 Semiconductor switch is used, a dynamic check of the turn-off capability of the semiconductor switches by querying their initial state in a momentary shutdown of their control input is performed.
  • l. If there are no errors in all the aforementioned test steps, the control device switches 5 their safety exit and issued the measuring device 4 via the communication interface 13 with a predefined transmission protocol a general release. The measuring device 4 switches on the basis of its preliminary decision on the basis of the verified computational power and the measuring ability and the general release, which it receives from the control device 5 also got their security exit. Thus, in good condition, a fail-safe machine release to the safety shutdown device 6 granted.
  • m. Any error in all test steps leads to the immediate shutdown of the examining, by the control device 5 formed channel and the shutdown request via the communication interface 13 with a predefined transmission protocol to the corresponding, by the measuring device 4 formed channel, which in turn switches off its safety output. Thus, in the event of a fault, an immediate, usually in a few milliseconds redundant and fail-safe shutdown by the safety shutdown device 6 ,

Die vorgenannten Mess- und Prüfabläufe werden sukzessive und zyklisch durchgeführt, beispielsweise mehrmals pro Sekunde, insbesondere mehrere hundert Mal pro Sekunde, so dass die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung 1 ständig auf Fehlerfreiheit überprüft wird und im Fehlerfall sofort abschaltet.The aforementioned measurement and test procedures are carried out successively and cyclically, for example several times per second, in particular several hundred times per second, so that the monitoring device according to the invention 1 is constantly checked for accuracy and immediately shuts off in case of error.

Durch die laufende Überprüfung des Systems und Abschaltung beim Auftreten eines Fehlers, wird eine vielfach höhere Zuverlässigkeit erreicht, weil mit dem Abschalten und der Aufforderung zur Beseitigung eines aufgetretenen Fehlers, anschließend nach Beseitigung des aufgetretenen Fehlers das System praktisch wieder in einem Neuzustand ist und eine entsprechend geringe Ausfallwahrscheinlichkeit hat.Due to the continuous system check and shutdown when an error occurs, a much higher reliability is achieved, because with the shutdown and the request for the elimination of an error occurred, then after the error has been eliminated, the system is practically in a new state and a corresponding low probability of default.

Claims (20)

Verfahren zur Drehzahlüberwachung eines, insbesondere vom Stromversorgungsnetz getrennten, auslaufenden Elektromotors (3) mit einer zweikanaligen Sicherheits-Abschalteinrichtung (6), wobei zur sicheren Auswertung von mehreren, die Drehzahl des Elektromotors (3) kennzeichnenden, Messsignalen die Messsignale von einer Messeinrichtung (4) erfasst, gemessen, sowie mit einem vorgebbaren Grenzwert verglichen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsignale von der Messeinrichtung (4) nacheinander sequenziell erfasst, gemessen und gespeichert sowie mit vorgebbaren Grenzwerten verglichen und diese Daten zwischengespeichert werden, dass dann die Daten an eine Kontrolleinrichtung (5) weitergeleitet und dort zumindest auf Plausibilität überprüft werden, dass bei der Überprüfung der Plausibilität die Messeinrichtung (4) auf ihre Messfähigkeit geprüft wird, in dem ein Prüfsignal von der Kontrolleinrichtung (5) generiert, der Messeinrichtung (4) zugeführt und das gemessene Signal mit dem generierten Signal verglichen wird und dass dann bei Plausibilität sowohl von der Messeinrichtung (4) als auch von der Kontrolleinrichtung (5) jeweils ein Freigabesignal zum Ansteuern der zweikanaligen Sicherheits-Abschalteinrichtung ausgegeben wird.Method for monitoring the speed of an electric motor, in particular disconnected from the power supply network ( 3 ) with a two-channel safety shutdown device ( 6 ), wherein for reliable evaluation of several, the speed of the electric motor ( 3 ) measuring signals, the measuring signals from a measuring device ( 4 ), measured, and compared with a predefinable limit value, characterized in that the measuring signals from the measuring device ( 4 ) sequentially detected, measured and stored and compared with predeterminable limits and these data are cached, that then the data to a control device ( 5 ), where they are at least checked for plausibility that the plausibility check ( 4 ) is tested for its measuring capability, in which a test signal from the control device ( 5 ), the measuring device ( 4 ) is supplied and the measured signal is compared with the generated signal and that then plausibility of both the measuring device ( 4 ) and the control body ( 5 ) is output in each case an enable signal for driving the dual-channel safety shutdown device. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Überprüfung der Plausibilität die Messeinrichtung (4) auf ihre Rechenfähigkeit überprüft wird, indem von der Kontrolleinrichtung (5) vorgebbare Variablen von der Messeinrichtung (4) miteinander verknüpft, insbesondere addiert oder multipliziert werden und das Ergebnis überprüft wird. A method according to claim 1, characterized in that when checking the plausibility of the measuring device ( 4 ) is checked for computational capacity by the 5 ) specifiable variables from the measuring device ( 4 ), in particular added or multiplied and the result is checked. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinrichtung (5) auf ihre Kalibrierfähigkeit geprüft wird, indem von der Messeinrichtung (4) eine Kalibrierspannung vorgeschlagen, von der Kontrolleinrichtung (5) eingestellt und von der Messeinrichtung (4) gemessen und das Ergebnis mit der vorgegeben Kalibrierspannung verglichen wird.Method according to claim 1, characterized in that the control device ( 5 ) is tested for its ability to be calibrated by the measuring equipment ( 4 ) has proposed a calibration voltage from the control device ( 5 ) and by the measuring device ( 4 ) and the result is compared with the specified calibration voltage. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Motor-Messsignale zusätzlich als deren Komplementärwerte, insbesondere jeweils als Differenzwert zwischen einem Maximalwert und dem Messwert gespeichert werden.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the motor measurement signals are additionally stored as their complementary values, in particular in each case as a difference value between a maximum value and the measured value. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Messeinrichtung (4) nacheinander erfassten, die Drehzahl des Elektromotors (3) kennzeichnenden Messsignale digital abgetastet werden und dass vorzugsweise eine Störausblendung mittels Digitalfilter-Methoden vorgenommen wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the of the measuring device ( 4 ) detected sequentially, the speed of the electric motor ( 3 ) characterizing measuring signals are digitally sampled and that preferably a noise suppression is performed by means of digital filter methods. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Messeinrichtung (4) nacheinander erfassten, die Drehzahl des Elektromotors (3) kennzeichnenden Messsignale miteinander auf Gleichheit in einem akzeptablen Toleranzbereich überprüft werden.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the of the measuring device ( 4 ) detected sequentially, the speed of the electric motor ( 3 ) are checked for equality within an acceptable tolerance range. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung der Daten von der Messeinrichtung (4) an die Kontrolleinrichtung (5) und umgekehrt mittels eines vordefinierten Übertragungsprotokolls in einer fest definierten, maximal zulässigen Erwartungszeit und vorzugsweise mit einem laufenden Codezähler vorgenommen wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the transmission of the data from the measuring device ( 4 ) to the control body ( 5 ) and vice versa by means of a predefined transmission protocol in a firmly defined, maximum allowable expectation and preferably with a running code counter is made. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Überprüfung der an die Kontrolleinrichtung (5) weitergeleiteten Daten die Motor-Messsignale mit von der Kontrolleinrichtung (5) vorgebbaren Grenzwerten sowie mit den von der Messeinrichtung (4) übertragenen Grenzwerten verglichen werden.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that in the review of the to the control device ( 5 ) passed the engine measurement signals from the control device ( 5 ) and with those of the measuring device ( 4 ) are compared. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweikanalige Sicherheits-Abschalteinrichtung (6) über einen abfragbaren Rückführkreis einerseits von der Messeinrichtung (4) und andererseits von der Kontrolleinrichtung (5) auf Abschaltfähigkeit kontrolliert wird.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the two-channel safety shutdown device ( 6 ) via a queryable feedback loop on the one hand by the measuring device ( 4 ) and on the other hand by the control body ( 5 ) is checked for shut-off capability. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als die Drehzahl des auslaufenden Elektromotors (3) kennzeichnenden Messsignale die durch den Remanenzmagnetismus generierten Wechselspannungen des Elektromotors (3) auf ihre Amplitude und/oder ihre Frequenz und/oder ihre Phasenlage gemessen werden.Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that as the rotational speed of the outgoing electric motor ( 3 ) characterizing measuring signals generated by the remanence magnetism AC voltages of the electric motor ( 3 ) are measured for their amplitude and / or their frequency and / or their phase position. Verfahren nach einem der Anspruch Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der auslaufende Elektromotor (3) auf Stillstand (Drehzahl 0) überprüft wird.Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that the outgoing electric motor ( 3 ) is checked for standstill (speed 0). Vorrichtung zur Drehzahlüberwachung eines, insbesondere vom Stromversorgungsnetz getrennten, auslaufenden Elektromotors (3) mit einer zweikanaligen Sicherheits-Abschalteinrichtung (6), wobei zur sicheren Auswertung von mehreren, die Drehzahl des Elektromotors (3) kennzeichnenden, Messsignalen eine Messeinrichtung (4) zum Messen und Speichern vorgesehen ist, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (4) einen Multiplexer (8) mit wenigstens drei Eingängen (17, 18, 19) zum Anschluss an zwei Motorzuleitungen (7) des Elektromotors (3) sowie an den Ausgang (16) einer Kontrolleinrichtung (5) aufweist, dass die Messeinrichtung (4) eine Vergleichsvorrichtung zum Vergleichen der Messsignale mit vorgebbaren Grenzwerten aufweist, dass die Messeinrichtung (4) zur Kontrolle der von der Messeinrichtung übertragenen Daten sowie der Messeinrichtung (4) selbst über eine Kommunikationsschnittstelle (13) mit der Kontrolleinrichtung (5) verbunden ist, dass die Kontrolleinrichtung (5) einen Referenzspannungsgenerator (15) aufweist, dessen Ausgang (16) an den einen Eingang (17) des Multiplexers (8) angeschlossen ist, und dass die Messeinrichtung (4) und die Kontrolleinrichtung (5) mit der zweikanaligen Sicherheits-Abschalteinrichtung (6) verbunden sind.Device for monitoring the speed of a, in particular separate from the power supply, expiring electric motor ( 3 ) with a two-channel safety shutdown device ( 6 ), wherein for reliable evaluation of several, the speed of the electric motor ( 3 ), measuring signals a measuring device ( 4 ) is provided for measuring and storing, in particular for carrying out the method according to one of claims 1 to 11, characterized in that the measuring device ( 4 ) a multiplexer ( 8th ) with at least three inputs ( 17 . 18 . 19 ) for connection to two motor supply lines ( 7 ) of the electric motor ( 3 ) as well as to the output ( 16 ) a control device ( 5 ), that the measuring device ( 4 ) has a comparison device for comparing the measurement signals with predefinable limit values that the measuring device ( 4 ) for checking the data transmitted by the measuring device and the measuring device ( 4 ) itself via a communication interface ( 13 ) with the control device ( 5 ), that the control device ( 5 ) a reference voltage generator ( 15 ) whose output ( 16 ) to the one entrance ( 17 ) of the multiplexer ( 8th ) and that the measuring device ( 4 ) and the control device ( 5 ) with the two-channel safety shutdown device ( 6 ) are connected. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (4) und die Kontrolleinrichtung (5) jeweils einen Mikrokontroller (11, 14) aufweisen und dass diese Mikrokontroller über eine bidirektionale Kommunikationsschnittstelle (13) miteinander verbunden sind.Apparatus according to claim 12, characterized in that the measuring device ( 4 ) and the control device ( 5 ) each have a microcontroller ( 11 . 14 ) and that these microcontrollers have a bidirectional communication interface ( 13 ) are interconnected. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Multiplexer (8) und dem Mikrokontroller (11) der Messeinrichtung (4) ein Analog-Digital-Wandler (10) geschaltet ist.Device according to one of claims 12 or 13, characterized in that between the multiplexer ( 8th ) and the microcontroller ( 11 ) of the measuring device ( 4 ) an analog-to-digital converter ( 10 ) is switched. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrokontroller (11) der Messeinrichtung (4) und der Mikrokontroller (14) der Kontrolleinrichtung (5) jeweils mit einer Grenzwerteinstellvorrichtung (12, 12a) verbunden sind.Device according to one of claims 13 or 14, characterized in that the microcontroller ( 11 ) of the measuring device ( 4 ) and the microcontroller ( 14 ) of the control facility ( 5 ) each with a Grenzwerteinstellvorrichtung ( 12 . 12a ) are connected. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweikanalige Sicherheits-Abschalteinrichtung (6) eine Steuerverbindung zu dem Mikrokontroller (11) der Messeinrichtung (4) und eine Steuerverbindung zu dem Mikrokontroller (14) der Kontrolleinrichtung (5) aufweist. Device according to one of claims 12 to 15, characterized in that the two-channel safety shutdown device ( 6 ) a control connection to the microcontroller ( 11 ) of the measuring device ( 4 ) and a control connection to the microcontroller ( 14 ) of the control facility ( 5 ) having. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zweikanalige Sicherheits-Abschalteinrichtung (6) als Schaltglieder Relais (21, 22) oder Halbleiterschalter aufweist und dass abfragbare, jeweils mit einem der beiden Mikrokontroller (11, 14) verbundene Rückführkreise zur Überprüfung der Abschaltfähigkeit der Sicherheits-Abschalteinrichtung (6) vorgesehen sind.Device according to one of claims 12 to 16, characterized in that the two-channel safety shutdown device ( 6 ) as switching elements relay ( 21 . 22 ) or semiconductor switch and that interrogatable, each with one of the two microcontroller ( 11 . 14 ) feedback circuits for checking the shutdown capability of the safety shutdown device ( 6 ) are provided. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Eingängen (17, 18, 19) des Multiplexers (8) und den Anschlüssen an den Motorzuleitungen Messverstärker (20) geschaltet sind.Device according to one of claims 12 to 17, characterized in that between the inputs ( 17 . 18 . 19 ) of the multiplexer ( 8th ) and the connections to the motor supply lines 20 ) are switched. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ausgang des Multiplexers (8) und dem Analog-Digital-Wandler (10) eine Zwischenstufe (9) zur analogen Signalvorbereitung geschaltet ist.Device according to one of claims 12 to 18, characterized in that between the output of the multiplexer ( 8th ) and the analog-to-digital converter ( 10 ) an intermediate stage ( 9 ) is connected for analog signal preparation. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (3) ein Mehrphasen-Wechselstrommotor ist und dass zum Messen mehrerer die Drehzahl des Elektromotors (3) kennzeichnender Messsignale Anschlüsse an wenigstens zwei Motoranschlussleitungen (7) vorgesehen sind.Device according to one of claims 12 to 19, characterized in that the electric motor ( 3 ) is a multi-phase AC motor and that for measuring several the speed of the electric motor ( 3 ) characteristic measuring signals connections to at least two motor connection lines ( 7 ) are provided.
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