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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Steuereinrichtung
eines elektrischen Antriebssystems, mit einer Zentraleinheit,
- – wobei
in einem Normalbetrieb die Zentraleinheit von einer übergeordneten
Steuereinrichtung eine Folge von Lage-, Drehzahl- oder Momentsollwerten
entgegen nimmt, anhand der entgegen genommenen Sollwerte und korrespondierender
Istwerte Stromsollwerte ermittelt und die Stromsollwerte an mindestens
eine Antriebseinheit übermittelt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine elektronische Antriebseinheit
eines elektrischen Antriebssystems, mit einer Zentraleinheit,
- – wobei
die Zentraleinheit in einem Normalbetrieb von einer Steuereinrichtung
eine Folge von Stromsollwerten entgegen nimmt, anhand der Stromsollwerte
Ansteuersignale für
eine Anzahl von Leistungsschaltern ermittelt, mittels derer ein Elektromotor
entsprechend dem Stromsollwert an eine Stromversorgung angeschaltet
wird, und an die Leistungsschalter ausgibt.
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Schließlich betrifft
die vorliegende Erfindung ein elektrisches Antriebssystem, bestehend
aus einer elektronischen Steuereinrichtung der oben beschriebenen
Art und mindestens einer elektronischen Antriebseinheit der obenstehend
beschriebenen Art, wobei die Steuereinrichtung mit der Antriebseinheit datentechnisch
verbunden ist.
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Ein
elektrisches Antriebssystem weist eine elektronische Steuereinrichtung,
eine Anzahl (mindestens einen) von Elektromotoren sowie pro Elektromotor
je eine elektronische Ansteuereinheit auf. Der elektronischen Steuereinrichtung
wird von einer übergeordneten
Steuereinrichtung (z. B. einer speicherprogrammierbaren Steuerung
oder einer numerischen Steuerung) getaktet eine Folge von Sollwerten vorgegeben.
Die Sollwerte sind in der Regel Lage-, Drehzahl- oder Momentsollwerte.
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Die
Sollwerte werden innerhalb der Steuereinrichtung von einer Zentraleinheit
der Steuereinrichtung entgegen genommen. Die Zentraleinheit ermittelt
anhand der Sollwerte Stromsollwerte und übermittelt die Stromsollwerte über eine
Ausgangsschnittstelle der Steuereinrichtung und eine Eingangsschnittstelle
der Antriebseinheit an die Antriebseinheit.
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In
der Antriebseinheit nimmt eine Zentraleinheit die Stromsollwerte
entgegen und ermittelt anhand der Stromsollwerte Ansteuersignale
für eine Anzahl
(mindestens einen) von Leistungsschaltern und gibt die Ansteuersignale
an die Leistungsschalter aus. Die Leistungsschalter sind in der
Regel Bestandteile der Antriebseinheit. In diesem Fall werden die
Leistungsschalter von der Zentraleinheit direkt angesteuert. Es
ist denkbar, dass die Leistungsschalter nicht Bestandteile der Antriebseinheit
sind. In diesem Fall gibt die Zentraleinheit über eine Ausgangsschnittstelle
die Ansteuersignale für
die Leistungsschalter aus.
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Eine Überwachung
des Elektromotors durch die Steuereinrichtung des Antriebssystems
ist prinzipiell möglich.
Mittels der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise ist ein Abschalten
des Elektromotors jedoch nur dann gewährleistet, wenn alle relevanten
Komponenten (Steuereinrichtung, Antriebseinheit, Leistungsschalter)
ordnungsgemäß funktionieren.
Fällt hingegen
eine der genannten Komponenten aus, ist das Abschalten des Elektromotors nicht
mehr gewährleistet.
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Um
ein sicheres Abschalten gewährleisten zu
können,
wird in Sicherheitsvorschriften (beispielhaft sei die IEC 61508
genannt) gefordert, dass jeder Einzelfehler sicher erkannt wird
und die Stromversorgung des Elektromotors bei Erkennen eines Einzelfehlers
sicher unterbrochen wird. Hierzu sind zwei voneinander unabhängige Abschalteinrichtungen
erforderlich, die von zwei voneinander unabhängigen Einheiten angesteuert
werden.
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Das
sichere Erkennen von Einzelfehlern kann beispielsweise dadurch gewährleistet
werden, dass alle Signalwege und alle signalverarbeitenden Komponenten
redundant (also mindestens zweikanalig) ausgelegt sind. Derartige
Antriebssysteme sind allgemein bekannt. Bei diesen Antriebssystemen
wird die Überwachung
durch Zentraleinheiten realisiert, die als relativ leistungsfähige Prozessoren ausgebildet
sein müssen.
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Es
ist möglich,
dass die Zentraleinheit der elektronischen Steuereinrichtung eine
der Zentraleinheiten ist, welche die Überwachung realisieren.
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Es
ist auch schon bekannt, dass in Signalflussrichtung gesehen aufeinander
folgende Komponenten sich gegenseitig überwachen können. Beispielsweise können sich
eine übergeordnete
und eine untergeordnete Steuerung gegenseitig überwachen. In diesem Fall werden
für die
gegenseitige Überwachung
Zentraleinheiten benötigt,
die als relativ leistungsfähige
Prozessoren ausgebildet sind.
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Die
Zentraleinheit der Antriebseinheit ist relativ leistungsschwach.
Im Normalbetrieb muss sie lediglich anhand der Stromsollwerte die
Ansteuersignale für
die Leistungsschalter ermitteln und ausgeben können. Die Zentraleinheit der
Antriebseinheit ist in der Regel nicht in der Lage, die erforderliche Überwachung
der ihr übergeordneten
elektronischen Steuereinrichtung zu übernehmen.
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Es
ist natürlich
denkbar, die Antriebseinheit mit einer hinreichend leistungsstarken
Zentraleinheit zu versehen. Dies würde jedoch die Kosten der Antriebseinheit
erhöhen.
Dieser Weg wird daher im Stand der Technik nicht ergriffen.
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Auf
dem Gebiet der speicherprogrammierbaren Steuerungen ist bereits
die sichere Programmverarbeitung mit einem einzigen Prozessor bekannt. Bei
diesem Verfahren wird in der Regel mit der sogenannten codierten
Programmierung gearbeitet. Die codierte Programmierung als solche
ist bekannt.
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Bei
der codierten Programmierung wird in üblicher Weise ein Anwenderprogramm
in Klartext erstellt. Anhand des Anwenderprogramms erzeugt ein Übersetzungsprogramm
ein Steuerprogramm, das einen Nutzteil und einen Zusatzteil aufweist.
Der Nutzteil weist die Funktionalität auf, die ihm durch das Anwenderprogramm
vorgegeben wird. Der Zusatzteil ist derart ausgebildet, dass er
dieselben Eingangsgrößen erhält wie der
Nutzteil, seine Ausgaben (bzw. mindestens eine der Ausgaben) jedoch
das n-fache der korrespondierenden Ausgabe des Nutzteils sind bzw.
ist. n ist eine geeignet bestimmte Primzahl.
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Das
Ausgabesignal des Zusatzteils entspricht Prüfinformationen, die für sich oder
in Verbindung mit mindestens einem weiteren im Überwachungsbetrieb an die mindestens
eine Antriebseinheit übermittelten
Signal dafür
charakteristisch sind, ob die speicherprogrammierbare Steuerung
ordnungsgemäß funktioniert.
Denn das mittels des Zusatzteils generierte Ausgangssignal kann
nur ganz bestimmte Werte annehmen. Wenn diese Werte nicht angenommen
werden, ist dies ein Indiz für
eine Fehlfunktion der speicherprogrammierbaren Steuerung.
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Im
Stand der Technik überträgt die speicherprogrammierbare
Steuerung die Prüfinformationen an
eine andere Baugruppe. Diese andere Baugruppe überprüft, ob sie die Prüfinformationen
erhält
und ob die Prüfinformationen
ordnungsgemäß sind.
Erhält sie
die Prüfinformationen
nicht oder sind die Prüfinformationen
nicht ordnungsgemäß, wird
eine Fehlerreaktion ergriffen, insbesondere eine von der speicherprogrammierbaren
Steuerung gesteuerte Anlage in einen sicheren Zustand überführt.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Steuereinrichtung
eines elektrischen Antriebssystems, eine Antriebseinheit eines elektrischen
Antriebssystems sowie ein entsprechendes Antriebssystem zu schaffen,
mittels derer auf einfache und kostengünstige Weise im Fehlerfall
ein sicheres Unterbrechen der Stromversorgung des Elektromotors
möglich
ist.
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Die
Aufgabe wird durch eine elektronische Steuereinrichtung mit den
Merkmalen des Anspruchs 1, eine elektronische Antriebseinheit mit
den Merkmalen des Anspruchs 13 und ein elektrisches Antriebssystem
mit den Merkmalen des Anspruchs 27 gelöst.
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Erfindungsgemäß prüft die Zentraleinheit
in einem Überwachungsbetrieb,
ob ein von der mindestens einen Antriebseinheit angesteuerter Elektromotor
sich in einem sicheren Zustand befindet. In dem Fall, dass der Elektromotor
sich nicht im sicheren Zustand befindet, übermittelt die Zentraleinheit
an eine erste Abschalteinrichtung und an die Antriebseinheit je
ein Abschaltsignal. Eine Stromversorgung des Elektromotors ist sowohl
mittels der ersten Abschalteinrichtung als auch mittels der Antriebseinheit
unterbrechbar. Weiterhin generiert die Zentraleinheit der elektronischen
Steuereinrichtung zumindest im Überwachungsbetrieb
Prüfinformationen,
die für
sich oder in Verbindung mit mindestens einem weiteren im Überwachungsbetrieb
an die mindestens eine Antriebseinheit übermittelten Signal dafür charakteristisch
sind, ob die Steuereinrichtung ordnungsgemäß funktioniert, und übermittelt
die Prüfinformationen
an die mindestens eine Antriebseinheit.
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Die
Zentraleinheit der elektronischen Antriebseinheit prüft in einem Überwachungsbetrieb,
ob ihr von der Steuereinrichtung ein Abschaltsignal übermittelt
wird. Im Fall der Übermittlung
des Abschaltsignals unterbricht sie eine Stromversorgung des Elektromotors über eine
zweite Abschalteinrichtung. Die Zentraleinheit der elektronischen
Antriebseinheit prüft
im Überwachungsbetrieb
ferner, ob ihr von der Steuer einrichtung die Prüfinformationen übermittelt
werden und ob die Prüfinformationen
korrekt sind. Im Fall, dass die Prüfinformationen nicht übermittelt
werden oder nicht ordnungsgemäß sind, unterbricht
sie ebenfalls über
die zweite Abschalteinrichtung die Stromversorgung des Elektromotors.
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Auf
Grund der Ausgestaltung der Steuereinrichtung ist auf Seiten der
Antriebseinheit keine leistungsstarke Zentraleinheit erforderlich.
Denn die Zentraleinheit der Antriebseinheit der vorliegenden Erfindung
muss lediglich in der Lage sein, die Prüfinformationen zu überprüfen. Hingegen
ist – im
Gegensatz zum Stand der Technik – kein zweiter, leistungsstarker
Prozessor erforderlich, der parallel zur Zentraleinheit der Steuereinrichtung
die Überwachungsfunktionen
ausführt.
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Es
ist möglich,
dass die Zentraleinheit der Steuereinrichtung den Überwachungsbetrieb
stets parallel zum Normalbetrieb ausführt. Es ist weiterhin möglich, dass
die Zentraleinheit der Steuereinrichtung selbsttätig ermittelt, ob sie den Normalbetrieb oder
den Überwachungsbetrieb
ausführt.
Vorzugsweise nimmt die Zentraleinheit von der übergeordneten Steuereinrichtung
einen Betriebsmodusbefehl entgegen und entscheidet anhand des Betriebsmodusbefehls,
ob sie den Normalbetrieb oder den Überwachungsbetrieb annimmt.
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Der
sichere Zustand, auf dessen Einhalten der Elektromotor im Überwachungsbetrieb überwacht
wird, ist prinzipiell beliebig wählbar.
Typische sichere Zustände
sind Stillstand des Elektromotors, Drehen des Elektromotors mit
einer kleinen Drehzahl, die unterhalb einer Grenzdrehzahl liegt,
oder Einhalten eines maximalen Grenzmoments. Es ist möglich, dass
der sichere Zustand der Steuereinrichtung des Antriebssystems von
außen
vorgegeben wird. Vorzugsweise ist der sichere Zustand durch in der
Steuereinrichtung des elektrischen Antriebssystems hinterlegte Einstellungen
bestimmt.
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Es
ist möglich,
dass die Zentraleinheit der Steuereinrichtung einen Sollwertparameter
entgegen nimmt. Anhand des Sollwertparameters kann die Zentraleinheit
der Steuereinrichtung gegebenenfalls entscheiden, ob die von ihr
entgegen genommenen Sollwerte Lage-, Drehzahl- oder Momentsollwerte sind.
Diese Vorgehensweise ermöglicht
einen flexibleren Betrieb der Steuereinrichtung des Antriebssystems.
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Es
ist möglich,
dass das an die Antriebseinheit übermittelte
Abschaltsignal in den Prüfinformationen
enthalten ist. Alternativ kann das an die Antriebseinheit übermittelte
Abschaltsignal ein von den Prüfinformationen
verschiedenes Signal sein.
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Für die Ermittlung
der Prüfinformationen durch
die Zentraleinheit der Steuereinrichtung kommen verschiedene Möglichkeiten
in Frage. Bevorzugt ist, dass die Zentraleinheit der Steuereinrichtung
die Prüfinformationen
anhand der Sollwerte durch codierte Programmierung ermittelt.
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Die
Zentraleinheit der Antriebseinheit überprüft die Prüfinformationen stets auf eine
Weise, anhand derer sie erkennen kann, ob die Prüfinformationen ordnungsgemäß sind.
Wenn die Prüfinformationen
durch codierte Programmierung ermittelt worden sind, überprüft die Zentraleinheit
der Antriebseinheit die Prüfinformationen
dahingehend, ob sie im Sinne einer codierten Programmierung mit
einer vorbestimmten Zahl und/oder mit dem mindestens einen weiteren
im Überwachungsbetrieb
an die Antriebseinheit übermittelten
Signal korrespondieren.
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Es
ist möglich,
dass die Zentraleinheit der Steuereinrichtung die Prüfinformationen
auch im Normalbetrieb generiert und an die mindestens eine Antriebseinheit übermittelt.
Beispielsweise kann die Zentraleinheit der Steuereinrichtung stets
prüfen,
ob der Elektromotor sich im sicheren Zustand befindet, die Prüfinformationen
ermitteln und die Prüfinformationen übermitteln.
Lediglich das Übermitteln
der Abschaltsignale an die erste Abschalteinrichtung und die Antriebseinheit unterbleibt.
Der Unterschied zwischen Normalbetrieb und Überwachungsbetrieb besteht
in diesem Fall darin, dass im Normalbetrieb die Ausgabe der Abschaltsignale
deaktiviert ist, im Überwachungsbetrieb
aktiviert.
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Hiermit
korrespondierend ist es möglich, dass
auf Seiten der Antriebseinheit der Normalbetrieb und der Überwachungsbetrieb
identisch sind. Alternativ wäre
es jedoch auch möglich,
den Überwachungsbetrieb
aktivierbar und deaktivierbar zu gestalten.
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Es
ist möglich,
dass die Zentraleinheit der Steuereinrichtung die erste Abschalteinrichtung
direkt ansteuert. Vorzugsweise steuert die Zentraleinheit der Steuereinrichtung
die erste Abschalteinrichtung über
die Antriebseinheit an. In diesem Fall nimmt die Antriebseinheit
auch das Abschaltsignal für
die erste Abschalteinrichtung entgegen und leitet es an die erste
Abschalteinrichtung weiter. Vorzugsweise erfolgt das Weiterleiten
unter Umgehung der Zentraleinheit der Antriebseinheit.
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Die
Zentraleinheit der Steuereinheit ist in der Regel als Prozessor
ausgebildet, der ein Steuerprogramm abarbeitet. Vorzugsweise weist
somit die Steuereinrichtung eine Speichereinrichtung auf, in der
das Steuerprogramm hinterlegt ist. Die Zentraleinheit führt in diesem
Fall ihre Funktionen unter Abarbeitung des Steuerprogramms aus.
Das Steuerprogramm ist vorzugsweise als Systemprogramm ausgebildet,
das vom Anwender nicht änderbar
ist.
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Die
Zentraleinheit der Antriebseinheit ist vorzugsweise in einen ASIC
integriert. Sie kann schaltungstechnisch derart ausgebildet sein,
dass sie ohne Abarbeitung eines Steuerprogramms arbeitet. Es ist
alternativ möglich,
dass die Antriebseinheit eine Speichereinrichtung aufweist, in der
ein Steuerprogramm hinterlegt ist, und dass die Zentraleinheit der
Antriebseinheit ihre Funktionen unter Abarbeitung des Steuerprogramms
ausführt.
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Auch
das Steuerprogramm für
die Zentraleinheit der Antriebseinheit ist – so vorhanden – vorzugsweise
als Systemprogramm ausgebildet, das vom Anwender nicht änderbar
ist.
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Die
Speichereinrichtung kann gegebenenfalls in den ASIC integriert sein.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen in Prinzipdarstellung:
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1 ein
Blockschaltbild eines elektrischen Antriebssystems,
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2 und 3 Ablaufdiagramme
und
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4 eine
Abwandlung von 1.
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Gemäß 1 weist
ein elektrisches Antriebssystem eine übergeordnete Steuereinrichtung 1,
eine elektronische Steuereinrichtung 2, mindestens eine
elektronische Antriebseinheit 3 und mindestens einen Elektromotor 4 auf.
Die übergeordnete Steuereinrichtung 1 kann
beispielsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung oder eine
numerische Steuerung sein. Die Anzahl von Elektromotoren 4 korrespondiert
mit der Anzahl von Antriebseinheiten 3.
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Die
elektronische Steuereinrichtung 2 weist eine Ausgangsschnittstelle 5 auf.
Die Antriebseinheit 3 weist eine Eingangsschnittstelle 6 auf.
Die Ausgangsschnittstelle 5 der elektronischen Steuereinrichtung 2 und
die Eingangsschnittstelle 6 der Antriebseinheit 3 sind
datentechnisch miteinander verbunden.
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Wenn
mehr als eine Antriebseinheit 3 vorhanden ist, können diese
auf verschiedene Weise mit der elektronischen Steuereinrichtung 2 verbunden sein.
Beispielsweise ist eine Anbindung über ein Bussystem denkbar.
Es ist weiterhin denkbar, dass die elektronische Steuereinrichtung 2 eine
Anzahl von Ausgangsschnittstellen 5 aufweist und jede Ausgangsschnittstelle 5 mit
genau einer Antriebseinheit 3 verbunden ist.
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Die
elektronische Steuereinrichtung 2 weist eine Zentraleinheit 7 auf.
Die Zentraleinheit 7 ist in der Regel als Mikroprozessor 7 ausgebildet.
Wenn sie als Mikroprozessor 7 ausgebildet ist, arbeitet
sie im Betrieb ein Steuerprogramm 8 ab, das in einer Speichereinrichtung 9 der
elektronischen Steuereinrichtung 2 hinterlegt ist. Die
Zentraleinheit 7 führt
in diesem Fall ihre nachfolgend näher beschriebenen Funktionen
unter Abarbeitung des Steuerprogramms 8 aus.
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Das
Steuerprogramm 8 ist als Systemprogramm 8 ausgebildet.
Es ist also kein Anwenderprogramm, das von einem in 1 nicht
dargestellten Anwender nach Bedarf geändert werden kann. Vielmehr
wird das Steuerprogramm 8 vom Hersteller der elektronischen
Steuereinrichtung 2 in einen nicht flüchtigen Speicher 10 (z.
B. einen EEPROM-Speicher) eingeschrieben. Der Speicher 10 wird
als Speichereinrichtung 9 in die elektronische Steuereinrichtung 2 eingebracht.
Er entspricht einem Datenträger im
Sinne der vorliegenden Erfindung.
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Auf
Grund der Programmierung mit dem Steuerprogramm 8 arbeitet
die elektronische Steuereinrichtung 2 gemäß 2 vorzugsweise
wie folgt:
Die elektronische Steuereinrichtung 2 prüft in einem Schritt
S1, ob ihr von der übergeordneten
Steuereinrichtung 1 über
eine Eingangsschnittstelle 11 Parameter C, T vorgegeben
werden. Wenn dies der Fall ist, geht die elektronische Steuereinrichtung 2 zu Schritten
S2 bis S4 über.
Anderenfalls geht sie direkt zu einem Schritt S5 über.
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Im
Schritt S2 nimmt die elektronische Steuereinrichtung 2 die übermittelten
Parameter C, T entgegen. Im Schritt S3 bestimmt die Zentraleinheit 7 anhand
des Parameters C eine Reglercharakteristik für die Zentraleinheit 7.
Beispielsweise kann mittels des Parameters C eingestellt werden,
ob die Zentral einheit 7 als P-, PI-, als PID-, als PT1-Regler usw. arbeitet, welche Proportionalverstärkung der
Regler aufweist, welche Integrationszeitkonstante der Regler aufweist
usw.. Der Vollständigkeit
halber sei erwähnt, dass
der Parameter C nicht notwendigerweise ein skalarer Parameter ist.
Er kann vielmehr auch eine Vektorgröße sein.
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Anhand
des Parameters T bestimmt die Zentraleinheit 7 im Rahmen
des Schrittes S4, ob sie von ihr noch entgegen zu nehmende Sollwerte
W* als Lagesollwerte, als Drehzahlsollwerte oder als Momentsollwerte
behandelt.
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Mittels
der Parameter C, T wird die Funktionsweise der Zentraleinheit 7 beeinflusst.
Es wird aber nicht das Steuerprogramm 8 geändert. Es
wird lediglich eingestellt, auf welche Art und Weise das Steuerprogramm 8 abgearbeitet
wird.
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Die
Schritte S1 bis S4 sind nur optional. Sie können gegebenenfalls entfallen.
Sie sind aus diesem Grund in 2 nur gestrichelt
dargestellt.
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In
einem Schritt S5 nimmt die Zentraleinheit 7 von der übergeordneten
Steuereinrichtung einen Betriebsmodusbefehl M entgegen. Anhand des
Betriebsmodusbefehls M entscheidet die Zentraleinheit 7 in
einem Schritt S6, ob sie einen Normalbetrieb oder einen Überwachungsbetrieb
annimmt. Sie setzt zu diesem Zweck den entsprechenden Betriebsmodus.
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Im
Schritt S7 nimmt die Zentraleinheit 7 der elektronischen
Steuereinrichtung 2 über
die Eingangsschnittstelle 11 von der übergeordneten Steuereinrichtung 1 einen
Sollwert W* entgegen. Der Sollwert W* ist, wie bereits erwähnt, in
der Regel ein Lagesollwert, ein Drehzahlsollwert oder ein Momentsollwert.
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In
einem Schritt S8 nimmt die Zentraleinheit 7 der elektronischen
Steuereinrichtung 2 einen Istwert W des Elektromotors 4 entgegen.
Der Istwert W korrespondiert mit dem Sollwert W*.
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Wenn
der Sollwert W* ein Lagesollwert ist, ist also auch der Istwert
W ein Lageistwert usw.. Der Istwert W wird der Zentraleinheit 7 auf übliche Weise zugeführt.
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In
einem Schritt S9 ermittelt die Zentraleinheit 7 anhand
des Sollwertes W*, des Istwertes W und der Reglercharakteristik
der Zentraleinheit 7 einen Stromsollwert I*.
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In
einem Schritt S10 übermittelt
die Zentraleinheit 7 über
die Ausgangsschnittstelle 5 den Stromsollwert I* an die
Antriebseinheit 3.
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In
einem Schritt S11 generiert die Zentraleinheit 7 der elektronischen
Steuereinrichtung 2 Prüfinformationen
P. Die Prüfinformationen
P sind für
sich oder in Verbindung mit mindestens einem Stromsollwert I* dafür charakteristisch,
ob die elektronische Steuereinrichtung 2 ordnungsgemäß funktioniert.
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Die
ermittelten Prüfinformationen
P können prinzipiell
beliebig sein, solange anhand der Prüfinformationen P – gegebenenfalls
in Verbindung mit mindestens einem Stromsollwert I* – erkennbar
ist, ob die elektronische Steuereinrichtung 2 ordnungsgemäß funktioniert.
Beispielsweise kann das Steuerprogramm 8 einen Nutzteil 8' und einen Zusatzteil 8'' aufweisen. Beiden Teilen 8', 8'' führt die Zentraleinheit 7 den
Sollwert W* und den Istwert W zu. Der Nutzteil 8' ermittelt anhand
des Sollwerts W* und des Istwerts W den korrespondierenden Stromsollwert
I*.
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Der
Zusatzteil 8'' ist automatisch
anhand des Nutzteils 8' erzeugt
worden. Der Zusatzteil 8'' liefert bei
ordnungsgemäßem Funktionieren
der elektronischen Steuereinrichtung 2 als Prüfinformationen
P beispielsweise stets das n-fache des Stromsollwerts I*. n ist
eine geeignet bestimmte Primzahl. Diese Art der Erzeugung der Prüfinformationen
P ist Fachleuten als codierte Programmierung bekannt.
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In
einem Schritt S12 prüft
die Zentraleinheit 7 der Steuereinrichtung 2,
ob sie sich im Normalbetrieb befindet.
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Wenn
die Zentraleinheit 7 der Steuereinrichtung 2 sich
im Normalbetrieb befindet, führt
sie einen Schritt S13 aus. Im Schritt S13 prüft die Zentraleinheit 7 der
elektronischen Steuereinrichtung 2, ob sie einen internen
Fehler der elektronischen Steuereinrichtung 2 und/oder
einen externen Fehler in einer anderen Einheit (z. B. dem Elektromotor 4 oder
der Antriebseinheit 3) erkennt. Wenn ein derartiger Fehler
erkannt wird, geht die Zentraleinheit 7 zu einem Schritt
S14 über.
Im Schritt S14 übermittelt
die Zentraleinheit 7 ein erstes Abschaltsignal A1 an eine
erste Abschalteinrichtung 12. Mittels der ersten Abschalteinrichtung 12 ist
es möglich,
eine Stromversorgung U des Elektromotors 4 zu unterbrechen.
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Im
Rahmen des Schrittes S14 übermittelt
die Zentraleinheit 7 der elektronischen Steuereinrichtung 2 weiterhin
ein zweites Abschaltsignal A2 an die Antriebseinheit 3.
Auch die Antriebseinheit 3 ist daher in der Lage, die Stromversorgung
U des Elektromotors 4 zu unterbrechen.
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Zusätzlich kann
die Zentraleinheit 7 im Rahmen des Schrittes S14 die Prüfinformationen
P modifizieren, so dass die Prüfinformationen
P nicht mehr ordnungsgemäß sind.
Die nicht mehr ordnungsgemäßen Prüfinformationen
P übermittelt
sie im Rahmen des Schrittes S14 an die Antriebseinheit 3.
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Sodann
geht die Zentraleinheit 7 zu einem Schritt S15 über, in
dem sie eine Fehlerreaktion ausführt.
Beispielsweise kann die Zentraleinheit 7 ein Reset-Signal
abwarten.
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Wenn
im Schritt S13 kein Fehler erkannt wurde, geht die Zentraleinheit 7 zu
einem Schritt S16 über,
in dem sie die (unmodifizierten und daher ordnungsgemäßen) Prüfinformationen
P an die Antriebseinheit 3 übermittelt. Ausgehend vom Schritt S16
geht die Zentraleinheit 7 zum Schritt S1 (so vorhanden)
oder zum Schritt S5 zurück.
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Wenn
die Zentraleinheit 7 der Steuereinrichtung 2 sich
nicht im Normalbetrieb befindet, geht sie vom Schritt S12 zu einem
Schritt S17 über.
Im Schritt S17 prüft
die Zentraleinheit 7, ob der Elektromotor 4 sich
in einem sicheren Zustand befindet. Beispielsweise kann die Zentraleinheit 7 überprüfen, ob
der Istwert W oder eine zeitliche Änderung des Istwerts W dem
sicheren Zustand entspricht. Der sichere Zustand ist vorzugsweise
durch Einstellungen bestimmt, die in der Steuereinrichtung 2 in
einem entsprechenden Einstellungsspeicher 10' hinterlegt sind.
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Je
nach dem Ergebnis der Überprüfung des Schrittes
S17 geht die Zentraleinheit 7 entweder zum Schritt S13
oder zum Schritt S14 über.
Insbesondere geht die Zentraleinheit 7 zum Schritt S13 über, wenn der
Elektromotor 4 sich im sicheren Zustand befindet. Hiermit
korrespondierend geht die Zentraleinheit 7 zum Schritt
S14 über,
wenn der Elektromotor 4 sich nicht im sicheren Zustand
befindet.
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Das
an die Antriebseinheit 3 übermittelte zweite Abschaltsignal
A2 kann ein eigenes, von den Prüfinformationen
P verschiedenes Signal A2 sein. Alternativ kann es in den Prüfinformationen
P enthalten sein.
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Gemäß 1 ist
die erste Abschalteinrichtung 12 Bestandteil der Antriebseinheit 3.
Die Zentraleinheit 7 übermittelt
daher das für
die erste Abschalteinrichtung 12 bestimmte erste Abschaltsignal A1 über die
Antriebseinheit 3 an die erste Abschalteinrichtung 12.
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Aus
der Darstellung von 2 ist ersichtlich, dass die
Zentraleinheit 7 den Sollwert W* und den Istwert W getaktet
entgegen nimmt. Sie nimmt also eine Folge von Sollwerten W* und
Istwerten W entgegen.
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Aus 2 ist
weiterhin ersichtlich, dass die Zentraleinheit 7 die Stromsollwerte
I* getaktet an die Antriebseinheit 3 ausgibt. Gemäß 2 stimmen
die beiden Takte miteinander überein.
Dies ist jedoch nicht zwingend. Sie könnten auch voneinander verschieden
sein. Insbesondere könnten
die Schritte S9 und S10 in eine innere Schleife eingebunden sein, die
mehrfach durchlaufen wird, bevor erneut die Schritte S7 und S8 ausgeführt werden.
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Gemäß 2 werden
weiterhin die Prüfinformationen
P mit jedem Stromsollwert I* an die Antriebseinheit 3 übermittelt.
Auch dies ist nicht zwingend erforderlich. Vielmehr kann es ausreichend sein,
die Prüfinformationen
P nur in größeren Zeitabständen, beispielsweise
einmal pro Minute oder einmal pro Viertelstunde, an die Antriebseinheit 3 zu übermitteln.
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Die
Antriebeinheit 3 weist gemäß 1 ebenfalls
eine Zentraleinheit 13 auf. Die Zentraleinheit 13 kann
gemäß 1 beispielsweise
in einen ASIC 14 integriert sein. Sie kann, wie in 1 dargestellt,
derart schaltungstechnisch ausgebildet sein, dass sie ohne Abarbeitung
eines Steuerprogramms arbeitet.
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Es
ist möglich,
dass die Antriebseinheit 3 in verschiedenen Betriebsarten
arbeitet, insbesondere in einem Normalbetrieb und in einem Überwachungsbetrieb.
In diesem Fall ist ein entsprechendes Umschalten der Betriebsarten
erforderlich. Im vorliegenden Fall sind die beiden Betriebsarten
identisch. Sie werden also stets zusammen ausgeführt.
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Gemäß den 1 und 3 nimmt
die Zentraleinheit 13 der Antriebseinheit 3 im
Betrieb über die
Eingangsschnittstelle 6 von der elektronischen Steuereinrichtung 2 in
einem Schritt S21 einen Stromsollwert I* entgegen. Weiterhin nimmt
sie im Rahmen des Schrittes S21 auch die Prüfinformationen P entgegen.
Sofern von der Zentraleinheit 7 der Steuereinrichtung 2 ein
Abschaltsignal A2 für
die Zentraleinheit 13 der Antriebseinheit 3 übermittelt wird,
nimmt die Zentraleinheit 13 im Schritt S21 auch das Abschaltsignal
A2 entgegen.
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Der
Zentraleinheit 13 der Antriebseinheit 3 wird weiterhin
in üblicher
Weise ein Stromistwert I zugeführt,
den sie in einem Schritt S22 entgegen nimmt.
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In
einem Schritt S23 ermittelt die Zentraleinheit 13 der Antriebseinheit 3 anhand
des Stromsollwertes I* und des Stromistwerts I Ansteuersignale A* für eine Anzahl
von Leistungsschaltern 15. Die Leistungsschalter 15 sind
in der Regel elektronische Leistungsschalter 15, z. B.
Leistungstransistoren oder Thyristoren.
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Die
Leistungsschalter 15 sind in der Regel Bestandteil der
Antriebseinheit 3. Die Zentraleinheit 13 steuert
in diesem Fall die Leistungsschalter 15 unmittelbar entsprechend
an. Die Zentraleinheit 13 gibt also die Ansteuersignale
A* an die Leistungsschalter 15 aus. Mittels der Leistungsschalter 15 wird
der Elektromotor 4 an die Stromversorgung U angeschaltet.
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In
einem Schritt S24 überprüft die Zentraleinheit 13 der
Antriebseinheit 3, ob ihr von der Zentraleinheit 7 der
Steuereinrichtung 2 ein Abschaltsignal A2 übermittelt
wurde. Falls das Abschaltsignal A2 der Zentraleinheit 13 der
Antriebseinheit 3 als eigenes Signal A2 ermittelt wird,
kann selbstverständlich
direkt das Abschaltsignal A2 auf Vorhandensein überprüft werden. Falls das Abschaltsignal
A2 in den Prüfinformationen
P enthalten ist, wird es zuvor aus den Prüfinformationen P extrahiert.
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Falls
der Zentraleinheit 13 das Abschaltsignal A2 übermittelt
wurde, steuert die Zentraleinheit 13 in einem Schritt S25
eine zweite Abschalteinrichtung 16 an. Dadurch wird die
Stromversorgung U des Elektromotors 4 unterbrochen.
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Alternativ
oder zusätzlich
sperrt die Zentraleinheit 13 in einem Schritt S26 das Ausgeben
der Ansteuersignale A* an die Leistungsschalter 15. Auch auf
diese Weise kann die Stromversorgung U des Elektromotors 4 unterbrochen
werden.
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Optional
ist es weiterhin möglich,
dass die Zentraleinheit 13 in einem Schritt S27 die erste
Abschalteinrichtung 12 ansteuert, die von der Zentraleinheit 7 der
Steuereinrichtung 2 direkt angesteuert wird.
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In
einem Schritt S28 führt
die Zentraleinheit 13 eine Fehlerreaktion aus. Beispielsweise
kann sie ein Reset-Signal abwarten.
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Gemäß 1 sind
die erste Abschalteinrichtung 12, die zweite Abschalteinrichtung 16 und
die Leistungsschalter 15 in Reihe geschaltet. Bereits durch
entsprechendes Ansteuern eines dieser drei Elemente 12, 15, 16 wird
somit die Stromversorgung des Elektromotors 4 unterbrochen.
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Wenn
der Zentraleinheit 13 das Abschaltsignal A2 nicht übermittelt
wurde, überprüft die Zentraleinheit 13 der
Antriebseinheit 2, ob die Prüfinformationen P übermittelt
wurden und ordnungsgemäß sind. Im
vorliegenden Fall, in dem die Prüfinformationen
P durch codierte Programmierung erzeugt worden sind, prüft die Zentraleinheit 13 in
einem Schritt S29, ob die Prüfinformationen
P durch die vorbekannte Primzahl n teilbar sind. Alternativ oder
zusätzlich prüft die Zentraleinheit 13 in
einem Schritt S30, ob die Prüfinformationen
P das n-fache des Stromsollwerts I* sind.
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Wenn
die durchgeführten
Prüfungen
positiv verlaufen, sind die Prüfinformationen
P ordnungsgemäß. In diesem
Fall geht die Zentraleinheit 13 zum Schritt S21 zurück. Wenn
hingegen eine der Prüfungen
der Schritte S29 und S30 negativ verläuft, geht die Zentraleinheit 13 zum
Schritt S25 über.
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Die
Abschaltsicherheit im Fehlerfall kann noch weiter erhöht werden,
wenn auch die Zentraleinheit 7 der Steuereinrichtung 2 nicht
nur die erste Abschalteinrichtung 12 ansteuert, sondern
zusätzlich die
zweite Abschalteinrichtung 16 ansteuert und/oder das Ausgeben
der Ansteuersignale A* im Fehlerfall sperrt.
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Die
Abschalteinrichtungen 12, 16 sind vorzugsweise
elektromechanische Schalteinrichtungen. Es ist jedoch auch möglich, sie
als elektronische Schalteinrichtungen zu realisieren.
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Die
erste Abschalteinrichtung 12 und die zweite Abschalteinrichtung 16 sind
vorzugsweise Bestandteile der Antriebseinheit 3. Die Antriebseinheit 3 nimmt
daher unter anderem das in 1 gestrichelt eingezeichnete
Abschaltsignal A1 der elektronischen Steuereinrichtung 2 für die erste
Abschalteinrichtung 12 entgegen. Das Abschaltsignal A1
leitet die Antriebseinheit 3 unter Umgehung der Zentraleinheit 13 an
die erste Abschalteinrichtung 12 weiter.
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Bei
der Darstellung gemäß 1 ist
die Zentraleinheit 13 derart schaltungstechnisch ausgebildet,
dass sie ohne Abarbeiten eines Steuerprogramms arbeitet.
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Die
in 4 dargestellte Antriebseinheit 3 entspricht
von ihrer Funktion der in 1 dargestellten
Antriebseinheit 3. Im Unterschied zur Antriebseinheit 3 von 1 arbeitet
bei der Darstellung gemäß 4 die
Antriebseinheit 3 jedoch ein Steuerprogramm 17 ab,
das in einer Speichereinrichtung 18 hinterlegt ist und
die Funktionsweise der Zentraleinheit 13 festlegt. Bei
der Ausgestaltung gemäß 4 führt die
Zentraleinheit 13 ihre obenstehend beschriebenen Funktion
unter Abarbeitung des Steuerprogramms 17 aus.
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Auch
das Steuerprogramm 17 ist ein Systemprogramm 17.
Es ist von dem Anwender nicht änderbar,
sondern wird vielmehr vom Hersteller der Antriebseinheit 3 in
die Speichereinrichtung 18 eingeschrieben. Beispielsweise
kann das Steuerprogramm 17 mittels eines geeigneten Programmiergeräts von einem
Datenträger 19,
auf dem das Steuerprogramm 17 gespeichert ist, ausgelesen
und in die Speichereinrichtung 18 eingeschrieben werden.
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Die
Zentraleinheit 13 kann – wie bei der Ausführungsform
gemäß 1 – weiterhin
in einen ASIC 14 integriert sein. Die Speichereinrichtung 18 kann außerhalb
des ASICs 14 angeordnet sein. Sie kann aber auch in den
ASIC 14 integriert sein.
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Mittels
der obenstehend beschriebenen Ausgestaltungen der elektronischen
Steuereinrichtung 2 und der elektronischen Antriebseinheit 3 ist
somit auf einfache und kostengünstige
Weise eine Überwachung
der elektronischen Steuereinrichtung 2 realisierbar.
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Die
obige Beschreibung dient ausschließlich der Erläuterung
der vorliegenden Erfindung. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung
soll hingegen ausschließlich
durch die beigefügten
Ansprüche bestimmt
sein.