CN101207349B - 用于印刷机的安全的电制动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于对处理承印物的机器(1)中的电驱动装置(13)电制动的装置和方法，其中，所述电制动装置(13)通过电功率部分(3)连接到直流电压中间电路上。本发明的特征在于，在驱动装置(13)和功率部分(3)之间可接入一个另外的电制动装置(15)，在电网故障时通过计算机(4、5)控制通过功率部分(3)开始发电机式制动过程，在电功率部分(3)故障时该另外的电制动装置(15)接通。

Description

用于印刷机的安全的电制动装置

技术领域

本发明涉及处理承印物的机器用的电制动装置，该机器具有待制动的电驱动装置，所述电驱动装置在电机式运行时通过变流器馈给并且在制动时将电能反馈给变流器。

背景技术

印刷机装备有一个或多个电动机用于驱动可旋转运动的部件如印刷滚筒和传输滚筒。由于滚筒的质量大，当电驱动装置失灵或关闭时，转动部件具有高的惯性运行时间。因为这些可旋转运动的部件可对印刷机操作者造成危害，所以当危险区可被接近时必须将滚筒的惯性运行时间减至最小。在印刷机运行过程中，滚筒大多借助具有传感器的盖板防护，该传感器识别盖板的打开并触发印刷机紧急停机，从而把操作者的受伤危险降至最低。在这样停机时，印刷机必须在短的预定时间内进入静止状态，其中，该时间段只允许几秒钟。此外要确保，即使在电源故障时印刷机也不出现失控运行状态，并且印刷机被正常地制动至静止状态。

EP0726643B1公开了用于单张纸印刷机的此种紧急制动装置。当借助紧急关断或传感器触发印刷机制动时，首先进行纯电气制动，在此，经过短暂的预定时间间隔后，主驱动装置力矩被关断并同时进行机械制动。其中，机械制动这样设计：即使主电驱动装置失灵时电气主驱动装置也能使印刷机及时进入静止状态。在无干扰运行时，印刷机的制动在极大程度上是电制动。由于在紧急情况下要实施机械制动直至静止，EP0726643B1中的机械式制动器必须有庞大的尺寸，才能确保机械制动在短的最大允许时间内达到静止。近几年来开发出了由于规格较大而相应地具有较大旋转运动质量的单张纸印刷机，从而除了必须相应地增大驱动电机的尺寸外，还必须相应地增大机械式制动器的尺寸。

发明内容

因而，本发明的目的是，提供一种特别是用于单张纸印刷机的电制动装置，它具有相对较小的机械式制动器。

根据本发明，提出一种用于处理承印物的机器的电制动装置，该机器具有待制动的电驱动装置，该驱动装置在电动机运行方式中通过变流器馈电并且在制动时将电能反馈给变流器，其中，在逆变器和电机之间可接入至少一个另外的吸收电能的制动装置。

根据本发明，提出一种用于对处理承印物的机器中的电驱动装置电制动的方法，其中，所述电驱动装置通过电功率部分连接到直流电压中间电路上，其中，在驱动装置和功率部分之间可接入一个另外的电制动装置，在电网故障时通过计算机控制通过该功率部分开始发电机式制动过程，在电功率部分故障时将该另外的电制动装置接通。

本发明的优选设计方式能由具体实施方式的部分中获得。

本发明特别适合用在大型单张纸印刷机上。单张纸印刷机具有至少一个主电驱动装置用于驱动印刷滚筒和传输滚筒，该主电驱动装置大多通过机械的齿轮系驱动滚筒。该主电驱动装置通常通过逆变器被供给电能，以便能够调节驱动装置的转速和转矩。该电力逆变器通常连接在一个直流电压中间电路上，该耦合电路通过变流器或逆变器与公共三相电网连接。如果此时印刷机上出现出于安全原因而要求马上制动印刷机的运行状态，则借助逆变器使能量流反向，使得驱动电机不再以电动机方式而是以发电机方式工作，从而使印刷机在短时间内制动至静止。在此所产生的电能通过逆变器反馈至直流电压中间电路，从那里或者继续导入公共电网，或者在所谓的斩波电阻中转化为热能。该断路电阻也被称为主制动电阻。如果逆变器由于故障而失灵，则印刷机不再能通过电制动装置安全地制动至静止。因此现有技术公开了使用相应大尺寸的机械式制动器，它在电制动装置失灵时承担制动过程。但按照本发明通过设置另一吸收电能的制动装置可放弃这种大尺寸的机械制动装置。该吸收电能的制动装置的电路上可连接在逆变器和驱动电机之间。此外该另一制动装置具有监视常规电制动装置的制动过程的传感器。如果探测到常规电制动装置失灵，则该另一制动装置自动接通并负责使印刷机以此方式可靠地制动至静止。由于该另外的电制动装置，可以放弃费事的、尺寸庞大的机械式制动器。

在本发明的第一设计方案中规定，设置用于监视电驱动装置的电机电流的监视装置。借助该监视装置能够探测到逆变器的失灵，因为在这种情况下在驱动器和逆变器之间不再有正常的电机电流流过。如果在发电机式制动时得知一个这样的电机电流，则该另外的电制动装置自动接通并确保电驱动装置制动至静止。

在本发明的另一种设计方案中规定，该另外的电制动装置具有制动电阻。当探测到常规电制动装置失灵时，该另一吸收电能的制动装置自动接通并在电制动装置中借助制动电阻制动印刷机。在此制动电阻这样确定大小，使得能够及时制动。此外该另外的电制动装置有利地具有变流器，该变流器将电机电压转换为适合于制动电阻的直流电压。除制动电阻外在该另外的电制动装置中也可设置一个向电网反馈的反馈装置，其中可首先向直流电压层或直接向公共电网反馈。但如果公共电网中存在电流故障，无法实现此种反馈。出于安全原因针对这种情况设置一个制动电阻。也可以在该另一制动装置中设置多个制动电阻，它们允许电驱动装置逐级制动。

在本发明的另一设计方案中规定，当电网发生故障时，通过计算机控制，通过功率部分开始发电机式制动过程，当电功率部分故障时，该另一制动装置被接通。在这种分级做法中，当电网故障时，首先总是开始发电机式制动过程，其中，通过驱动装置的逆变器或者附加逆变器将发电机式产生的电能馈送给电源级，用于为机器控制装置供电。多余的能量在主制动电阻中转化为热。但如果在发电机式制动过程开始时检测到电功率部分故障，也就是两个变流器之一、唯一的变流器或者所述变流器的电控制装置故障，则该另一冗余制动装置自动接通并且承担安全制动的任务。

有利地规定，在获知功率部分故障时计算机检查：是否可以借助功率部分进行发电机式制动。在这种情况下，首先将功率部分中出现的故障与存储的检验表比较并将其归入关键的或非关键的类别。如果存在非关键类别，则开始常规的发电机式制动过程，因为所出现的故障显然不会影响发电机式制动。但如果获知功率部分中的关键故障，则不再确保能够通过功率部分发电机式制动，取而代之，将另一冗余制动装置接通。

本发明的特殊优点在于，在制动过程中，在预给定的最大转速以上，驱动电机的机械式制动器是打开的。在此情况下该机械式制动器仅用于防止被制动的电机扭转。当电机仅还以预给定的最大转速工作时，将机械式制动器闭合。该最大转速这样低，使得以小的机械制动装置就可安全止动驱动电机。此外，在低于预给定的最大转速时机械式制动器才能接通，由此确保，该较小的机械式制动器不会过载或损坏。

在本发明的另一种设计方案中规定，在通过另一制动装置制动时，功率部分与直流电压中间电路断开。当在功率部分中出现故障时，发电机式制动通过另一冗余制动装置进行。为了排除通过有故障的功率部分从驱动电机或另外的电制动装置向直流电压中间电路中的反馈作用，在故障情况下进行功率部分从直流电压中间电路的断开。

为了满足现今的安全性要求，必须将驱动电机在不大于10秒的时间内制动到静止。因此，另外的电制动装置或者说正常情况下的发电机式制动运行被这样设计，使得不超出预给定的时间段。

附图说明

下面借助多幅附图对本发明进行说明和阐述。附图示出：

图1  印刷机中的根据本发明的电制动电路；

图2a  带有制动电阻的冗余制动装置；

图2b  带有可两级转换的制动电阻的冗余制动装置；

图2c  带有可三级转换的制动电阻的冗余制动装置。

具体实施方式

从图1看到印刷机1，它具有至少一个驱动电机13。该驱动电机13可构造为主驱动装置并通过齿轮系驱动印刷机1中的所有滚筒。在大型印刷机中驱动电机13可具有大于100KW的功率，因为在这里由于滚筒大而决定了必须能使巨大的旋转质量转动。驱动电机13U、V、W三相式连接在电机功率部分3上。该电机功率部分3具有驱动计算机4和安全性计算机5，在此，两个计算机4、5原则上可相同地构成。在正常运行时，驱动计算机4控制电机功率部分3及包含在其中的逆变器，以便按照印刷机1的当时运行状态来调节驱动电机13。电机功率部分3通过馈给单元10被馈给540伏的直流电压。馈给单元10具有变流器，该变流器将400伏的电网电压转换为直流电压供电级中的540伏直流电压。此外，馈给单元10还包含制动电阻控制装置12，借助该制动电阻控制装置能够控制主制动电阻11。此外，还设有一机器计算机8，它通过两条分开的CAN总线6、7例如控制电机功率部分3。其中，一条CAN总线设计为安全线路6，而另一条CAN总线7为运行线路。因而，不仅驱动计算机4、5被冗余设计，而且至机器计算机8的传输线路6、7也冗余设计，因为两者始终并行处理相同的数据。机器计算机8为印刷机1的中央控制装置并且计算当时运行状态所需的用于各个驱动部件的额定值给定值。此外，为了交换对于安全性重要的信号，设有安全输入输出接口9，通过该接口例如可以交换信号，这些信号告知部件例如馈给单元10的修正运行状态。通过这种方式例如将由主馈给单元10告知的电网故障传送给计算机4、5。为此在主馈给单元10中持久监视输入电压。如果该输入电压下降到低于临界值，则认为存在电网故障并通过安全输入输出接口9将相应的信号发送到计算机4、5中。由此当电网电压故障t>5ms时，自动将印刷机制动。在这种情况下，计算机4、5将驱动电机13从电动机式运行转换至发电机式运行，从而对印刷机1的旋转滚筒制动。此处所产生的电能通过驱动装置的逆变器或者附加的逆变器馈送给用于为机器控制装置供电的电源级。多余能量在主制动电阻中转换成热量。当驱动电机13几乎被制动到静止状态时，机械式锁止制动器14才插入，从而防止驱动电机13扭转。

但由于功率部分3中的技术故障会出现：功率部分3中的逆变器无法正常起作用，从而不能通过主制动电阻11实现正常的发电机式制动过程。在这种情况下，印刷机1不再能借助主制动电阻11制动。如果计算机4、5确定了功率部分3中的这种故障，那么首先检查：所确定的故障是否影响通过主制动电阻11的发电机式制动。如果不能，则进行常规的发电机式制动过程。但如果所获知的故障能导致借助主制动电阻11发电机式制动时出现问题，则激活冗余制动控制装置17，该冗余制动控制装置包括另外的电制动装置。冗余制动控制装置17具有制动器保护电路15和制动整流器18。制动器保护电路15首先负责使机械式制动器14保持打开，从而保护该机械式制动器不会过载。冗余制动控制装置17又将来自发电机式工作的驱动电机13的电能通过制动整流器18输送给冗余制动电阻19。出于安全原因，该冗余制动电阻19应至少与主制动电阻11尺寸近似。在通过该另外的电制动装置进行紧急制动之前，首先由计算机4、5将功率部分3与电源断开并阻断其输出晶体管。然后借助制动整流器18和冗余制动电阻19实施紧急制动。一旦制动器保护电路15确定了驱动电机13的非临界转速，则机械式制动器14闭合，以便可靠止动驱动电机13。机械式锁止制动器闭合时的转速在此确定得这样小，以致还要消除的剩余制动能量不会过分要求机械式制动器14的功率能力。

图2a、2b、2c中示出了冗余电制动装置17的各种不同实施例。此外，在每个电路旁边示出了与驱动电机13转速相关的制动力矩。可以看出，在所有三种情况下，驱动电机13被制动至静止状态。在图2a中所述另外的电制动装置17仅具有一个也用R_brems标记的制动电阻19。该冗余制动控制装置17能够借助晶闸管或IGBT接通制动电阻19。在接通制动电阻19后，电制动一直进行到静止状态。

在如图2b所示的实施方式中，设有两个标记为R_brems1和R_brems2的冗余制动电阻19。在这种情况下能实现两级的级联制动。为此两个制动电阻R_brems1和R_brems2可借助冗余制动控制装置17的两个晶闸管或IGBTs来控制。首先利用制动电阻R_brems1来达到期望的制动作用。当低于预给定的转速后，与第二制动电阻R_brems2并联的晶闸管或IGBT接合并从而接通第二制动电阻R_brems2。由此在该转速以下通过两个制动电阻19发电机式制动，制动力矩再次提高并且驱动电机13被制动至静止状态。

按照如图2c所示的实施方式，通过两个可并联的标记为R_brems1和R_brems2的制动电阻19进行对驱动电机13的三级制动。两个制动电阻R_brems1和R_brems2可通过冗余制动控制装置17的两个IGBT或晶闸管接通或关断。在两个制动电阻19情况下首先接通从属的IGBTs或晶闸管，从而实现驱动电机13的制动。在低于第一预给定转速后，将较大的制动电阻R_brems1切断而较小的第二制动电阻R_brems2保持接通。因而在第二阶段对驱动电机13进行更强烈的制动。在达到第二预给定转速后，将两者中较大的制动电阻19R_brems2接通，R_brems1通过冗余制动器控制器17的从属的晶闸管或IGBT断开，从而通过增加制动力矩进行更强烈制动直到静止。

附图标记

1      印刷机

2      直流电压供电级

3      电机功率部分

4      驱动计算机

5      安全计算机

6      CAN总线安全线路

7      CAN总线运行线路

8      机器计算机

9      安全输入输出接口

10     馈给单元

11     主制动电阻

12     制动电阻控制装置

13     驱动电机

14     机械式制动器

15     制动器保护电路

16     电动机电流监视装置

17     冗余制动控制装置

18     制动整流器

19     冗余制动电阻

U，V，W   三相电机电压

Claims (7)

1.用于对处理承印物的机器（1）中的电驱动装置（13）电制动的方法，所述方法包括以下步骤：

将所述电驱动装置（13）通过电功率部分（3）连接到直流电压中间电路上，所述电功率部分具有主制动电阻(11)；

在驱动装置（13）和电功率部分（3）之间可接入一个另外的电制动装置（15），所述一个另外的电制动装置具有制动整流器和冗余制动电阻；

当出于安全原因而要求马上制动所述机器时通过计算机（4、5）控制通过该电功率部分（3）开始发电机式制动过程，以便通过主制动电阻对电驱动装置进行制动；

在电功率部分（3）故障时将该另外的电制动装置（15）接通，以便通过冗余制动电阻对电驱动装置进行制动。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在得知电功率部分（3）中故障时计算机（4、5）检查是否可借助电功率部分（3）进行发电机式制动。

3.如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在制动过程期间，在预给定的最大转速以上，驱动电机（13）的机械式制动器（14）是打开的。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在通过该另外的电制动装置（15）制动时，将电功率部分（3）与直流电压中间电路（2）断开。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将驱动电机（13）在小于10秒的时间制动至静止状态。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在借助电功率部分（3）发电机式制动时，将制动能量在斩波电阻（11）中转化为热量。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在借助电功率部分（3）发电机式制动时，将电制动能量反馈给直流电压级（2）。

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