DE102009006938A1

DE102009006938A1 - Verfahren zur Steuerung eines Tores sowie Torsteuerung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102009006938A1
Application number: DE200910006938
Authority: DE
Inventors: Dirk Dipl.-Ing. Schäfer
Original assignee: Feig Electronic GmbH
Current assignee: Feig Electronic GmbH
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2010-08-05
Anticipated expiration: 2029-01-31
Also published as: DE102009006938B4

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines Tores, welches eine Torsteuerung mit integriertem Frequenzumrichter aufweist, wobei die Torsteuerung eine Mikroprozessoreinheit aufweist, bei dem - ein Signal, welches zur Vermeidung einer Gefahrensituation das Abschalten des Torantriebes bewirkt, auf eine Abschaltvorrichtung wirkt, die aufgrund einer anliegenden Sicherheitskettenmeldung und/oder einer Watchdogmeldung eine weitere Ansteuerung einer Endstufenschaltung unterbricht, - dass die Abschaltvorrichtung über ein Auslösesignal diese Unterbrechung an die Mikroprozessoreinheit signalisiert und - dass durch die Mikroprozessoreinheit durch Ansteuerung mindestens eines Testsignals die Funktionstüchtigkeit der Abschaltvorrichtung testbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Tores, welches einen Torantrieb und eine Torsteuerung mit integriertem Frequenzumrichter aufweist, sowie eine Torsteuerung zur Durchführung des Verfahrens.
Die Erfindung wird eingesetzt in einer elektronischen Torsteuerung für ein motorisch angetriebenes Tor. Unter dem Begriff Tor wird in diesem Zusammenhang jede Vorrichtung verstanden, mit der ein Gebäude oder ein Gelände verschlossen werden kann, darunter fallen beispielsweise Schiebe tore, Rolltore, Sektionaltore oder Schwingtore oder jede andere Bauform eines Tores und auch Schranken.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Torsteuerung mit integriertem Frequenzumrichter, der dazu dient, den elektrischen Torantrieb mit unterschiedlichen Drehzahlen zu bewegen, um beispielsweise ein sanftes Anfahren und Abbremsen des Tores zu ermöglichen oder das Tor mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten zu öffnen und zu schließen.
Eine elektronische Torsteuerung hat die Aufgabe, den elektrischen Torantrieb für die Auf- und Zubewegung des Tores anzusteuern, die Signale von Befehlsgebern zum Öffnen und Schließen des Tores zu verarbeiten, Geber zur Ermittlung der Torposition abzufragen und diese Informationen zu verarbeiten und die Signale sicherheitsrelevanter Sensoren auszuwerten und den Torantrieb entsprechend diesen Informationen anzusteuern.
Torsteuerungen mit Frequenzumrichter gehören zum Stand der Technik und sind beispielsweise in den Druckschriften DE 295 13 962 U1 und DE 101 42 431 B4 beschrieben. Dabei zeichnet sich die im Stand der Technik DE 295 13 962 U1 beschriebene Torsteuerung mit Frequenzumrichter dadurch aus, dass eine einzige Mikroprozessoreinheit neben der logischen Verarbeitung der Eingangsbefehle, Sicherheitsfunktionen, Erfassung der Torposition und Signalisierung von Zuständen auch die direkte Ansteuerung eines integrierten Frequenzumrichters ausführt.
Aus dem Stand der Technik sind auch solche Torsteuerungen mit Frequenzumrichter bekannt, bei denen eine von einer Mikroprozessoreinheit gesteuerte Steuerungseinheit die Verarbeitung der Eingangsbefehle, Sicherheitsfunktionen, Erfassung der Torposition und Signalisierung von Zuständen ausführt. Als Frequenzumrichter wird bei dieser Ausführungsform eine handelsübliche Frequenzumrichtereinheit mit eigener Mikroprozessoreinheit eingesetzt, der mit der Steuerungseinheit elektrisch verbunden ist und von dieser gesteuert wird.
Dieser Stand der Technik hat den Nachteil, dass kein direkter Eingriff in die Frequenzumrichtereinheit möglich ist, um beispielsweise sicherheitsrelevante Funktionen auszuführen. Ferner ist der Montage- und Verdrahtungsaufwand gegenüber einer integrierten Einheit hoch und kostenintensiv.
Bei Frequenzumrichtern nach dem Stand der Technik wird die eingespeiste Netz-Wechselspannung zunächst in eine Gleichspannung gleichgerichtet, die in einen so genannten Zwischenkreis zur Energiepufferung einspeist wird. Dem Zwischenkreis nachgeschaltet ist eine Endstufenschaltung, die, bei entsprechender Ansteuerung, aus der vom Zwischenkreis zur Verfügung gestellten Gleichspannung eine Wechselspannung mit variabler Frequenz zur Speisung eines elektrischen Motors erzeugt. Da Frequenzumrichter für Torsteuerungen in der Regel einen Torantrieb speisen, der als Drei-Phasen-Drehstrommotor ausgelegt ist, weist die Endstufenschaltung drei parallele Endstufen auf, die von einer Ansteuerschal tung angesteuert werden. Die Ansteuerschaltung ist zwischen der Endstufenschaltung und einem Mikrocontroller angeordnet und wird derart mit dynamischen Signalen angesteuert, dass eine dreiphasige Wechselspannung generiert wird, die einen Phasenwinkel von je 120° zwischen den einzelnen Phasen aufweist.
Durch die Ansteuerung der Endstufenschaltung mit statischen Signalen oder durch eine Unterbrechung der Ansteuerung der Endstufenschaltung wird eine Generierung der dreiphasigen Wechselspannung beendet und der angeschlossene Motor in seiner Drehbewegung gestoppt.
Die Hauptfunktion der Ansteuerschaltung ist dabei, die von einem Mikrocontroller generierten dynamischen digitalen Signale derart in elektrische Pegel umzusetzen, dass die Endstufentransistoren der Endstufenschaltung immer so angesteuert werden, dass diese in Abhängigkeit der dynamischen Ansteuersignale entweder einen gesperrten oder einen leitenden Zustand annehmen. Ferner hat die Ansteuerschaltung die Funktion, eine Trennung zwischen den hohen Spannungen der Endstufenschaltung und der niedrigen Spannung des ansteuernden Mikrocontrollers zu gewährleisten. Ferner können in die Ansteuerschaltung weitere Funktionen, wie beispielsweise eine Kurzschluss- oder Unterspannungsüberwachung integriert sein. Als Ansteuerschaltungen sind integrierte Schaltkreise bekannt, in der eine Vielzahl von Funktionen zur Ansteuerung und Funktionsüberwachung einer Endstufenschaltung eines Frequenzumrichters integriert ist. Für eine derartige Ansteuerschaltung sei hier beispielsweise ein IC des Herstellers Fairchild mit der Typenbezeichnung FSBF15CH60BT genannt.
Neben einem Frequenzumrichter weisen Torsteuerungen nach dem Stand der Technik einen Mikroprozessor oder Mikrocontroller (nachfolgend nur noch Mikroprozessoreinheit genannt) auf, der die Aufgabe hat, die Eingangssignale von Befehlsgebern, Sicherheitssensoren und Positionsgebern zu verarbeiten und die Ansteuerschaltung des Frequenzumrichters entsprechend der anliegenden Befehle so anzusteuern, dass der Torantrieb zum Öffnen, Schließen oder Stoppen des Tores angesteuert wird.
Damit von einem motorisch angetrieben Tor möglichst keine Gefahren für Personen und Gegenstände ausgehen, muss das System aus Tor, Torantrieb, Torsteuerung und Sicherheitssensoren geltende technische Standards erfüllen, die einen sicheren Betrieb des Torsystems gewährleisten. Hierfür relevante Standards sind beispielsweise DIN EN 12453 mit dem Titel ”Tore – Nutzungssicherheit kraftbetätigter Tore – Anforderungen” und DIN EN ISO 13849 mit dem Titel ”Sicherheit von Maschinen – Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen”, in der die generellen Anforderungen an das Torsystem beschrieben werden.
An eine elektronische Torsteuerung kann eine Vielzahl unterschiedlicher externer Sicherheitssensoren angeschlossen werden. Beispielhaft seien hier Sicherheitsleisten, die ein in der Schließebene des Tores befindliches Objekt erkennen, oder Vorrichtungen zur Erkennung einer thermischen oder elektrischen Überlastung des Antriebsmotors und Notausschalter genannt.
Die oben beispielhaft genannten Sicherheitssensoren und weitere mögliche Sicherheitssensoren müssen von der Torsteuerung ausgewertet werden und werden zur Prüfung ihrer Funktionsfähigkeit entweder periodisch von der Torsteuerung getestet, was beispielsweise einmal in einem Torzyklus erfolgen kann, oder müssen einen fehlersicheren Aufbau aufweisen.
Die Ausgangssignale einiger Sicherheitssensoren werden dabei in die so genannte Sicherheitskette der Torsteuerung eingeschleift, indem sie an dafür vorgesehenen Klemmstellen an der Torsteuerung angeschlossen werden. Die Sicherheitskette ist nach dem Stand der Technik so ausgelegt, dass das Auslösen eines Sicherheitssensors zum direkten Abschalten des Torantriebes führt, ohne dass hierfür eine logische Verarbeitung des Signales durch die Torsteuerung notwendig ist und ohne dass hierzu eine entsprechende Ansteuerung des Frequenzumrichters erforderlich ist. Eine Sicherheitskette ist dazu häufig so ausgelegt, dass sie aus einer Mehrzahl in Reihe geschalteter Kontakte aufgebaut ist, so dass das Öffnen eines Kontaktes die gesamte Sicherheitskette öffnet. Beispielsweise befinden sich die Kontakte von Not-Aus-Schaltern, Schlupftürkontakten, Schlaffseilschaltern, Sicherheitslichtschranken und anderen Sicherheitssensoren typischerweise in der Sicherheitskette.
Damit das Auslösen eines in der Sicherheitskette angeordneten Kontaktes zu einem sicheren Abschalten des Torantriebes führt, weisen Torsteuerungen nach dem Stand der Technik ein Relais oder Schütz auf, welches direkt von der Sicherheitskette angesteuert wird und beispielsweise zwischen der Netzeinspeisung und dem Gleichrichter des Frequenzumrichters oder zwischen der Endstufenschaltung des Frequenzumrichters und dem Torantrieb angeordnet ist und dazu dient, die Spannungsversorgung zum Torantrieb im Gefahrenfall abzuschalten und das Anlaufen des Torantriebes zu verhindern.
Das beschriebene Relais oder Schutz stellt dabei den so genannten zweiten Abschaltweg dar, wie er von geltenden technischen Standards für die Sicherheit von Torsteuerungen gefordert wird.
Um die Funktionstüchtigkeit des zweiten Abschaltweges zu gewährleisten, ist es üblich, eine zyklische Testung des zweiten Abschaltweges durchzuführen. Dazu wird die Sicherheitskette programmgesteuert ausgelöst und es wird überprüft, ob ein dafür vorgesehener Testkontakt des Relais oder Schützes nach einer definierten Zeit geöffnet hat.
Nachteilig an dieser zum Stand der Technik gehörenden Vorrichtung ist, dass ein zusätzliches Relais oder Schütz zur Realisierung des zweiten Abschaltweges notwendig ist, welches insbesondere die Nachteile hat, dass es relativ verschleißanfällig ist, einen nicht unerheblichen Platzbe darf auf der Torsteuerung benötigt und hohe Kosten verursacht.
Neben externen Sicherheitssensoren muss eine elektronische Torsteuerung auch interne Sicherheitsmechanismen aufweisen, die einen möglichst fehlersicheren Betrieb der Torsteuerung gewährleisten. So ist es beispielsweise üblich, sicherheitsrelevante Funktionen der Torsteuerung entweder redundant aufzubauen, oder diese so auszulegen, dass sie entweder selbstüberwachend arbeiten oder durch eine weitere interne Vorrichtung überwacht werden.
Neben den externen Sicherheitssensoren ist es auch üblich, die internen Sicherheitsmechanismen so auszulegen, dass diese in die Sicherheitskette der Torsteuerung integriert sind.
Zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit der Mikroprozessoreinheit einer elektronischen Torsteuerung wird häufig eine als externer Watchdog bezeichnete Vorrichtung eingesetzt. Ein externer Watchdog ist eine Überwachungsvorrichtung, die beispielsweise dann ein Alarmsignal auslöst, wenn an mindestens einem ihrer Eingänge für eine definierte Zeit kein Pegelwechsel stattgefunden hat. Im Normalbetrieb muss der Mikrocontroller beispielsweise an einen mit dem externen Watchdog verbundenen digitalen Ausgang einen zyklischen Pegelwechsel vornehmen, um den internen Timer des Watchdog zyklisch neu zu starten. Bleibt dieser zyklische Pegelwechsel aus, weil der Mikrocontroller beispielsweise aufgrund eines Programmfehlers oder eines Hardwarefehlers sein Pro gramm nicht mehr fehlerfrei ausführen kann, signalisiert der Watchdog diesen Fehlerfall über einen Ausgang, der auf die Sicherheitskette der Torsteuerung einwirkt, um ein Stoppen des Torantriebes zu bewirken.
Ein Watchdog kann aber auch als komplexe logische Einheit oder als weiterer Mikrocontroller ausgeführt sein und von dem zu überwachenden Mikrokontroller komplexe Signale oder digitale Daten als Triggerereignis erhalten.
Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, ein Verfahren zur Steuerung eines Tores sowie eine Torsteuerung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, mit denen eine kostengünstige und einfach realisierbare Lösung für einen zweiten Abschaltweg einer Torsteuerung mit integriertem Frequenzumrichter möglich ist.
Gelöst wird dieses technische Problem durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie eine Torsteuerung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen gemäß Anspruch 8.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung eines Tores, welches einen Torantrieb und eine Torsteuerung mit integriertem Frequenzumrichter aufweist, wobei die Torsteuerung eine Mikroprozessoreinheit zur Ausführung einer Verarbeitung von eingehenden Befehlen und Signalen zum Zwecke der Steuerung eines Tores, einer Überwachung und einer Testung sicherheitsrelevanter Komponenten und einer Ansteue rung des integrierten Frequenzumrichters aufweist, zeichnet sich dadurch aus,

– dass ein Signal, welches zur Vermeidung einer Gefahrensituation das Abschalten des Torantriebes bewirkt, mittels einer Sicherheitskettenmeldung und/oder einer Watchdogmeldung auf eine Abschaltvorrichtung wirkt, die aufgrund der anliegenden Sicherheitskettenmeldung und/oder der Watchdogmeldung eine weitere Ansteuerung einer Endstufenschaltung mit dynamischen Signalen unterbricht,
– dass die Abschaltvorrichtung über ein Auslösesignal diese Unterbrechung an die Mikroprozessoreinheit signalisiert, und
– dass durch die Mikroprozessoreinheit durch Ansteuerung mindestens eines Testsignales die Funktionstüchtigkeit der Abschaltvorrichtung testbar ist.

Dadurch, dass die auf die Abschaltvorrichtung wirkende Sicherheitskettenmeldung oder Watchdogmeldung eine Unterbrechung der dynamischen Signale zur Ansteuerung der Endstufenschaltung bewirkt, ohne dass hierzu eine logische Verarbeitung der Sicherheitskettenmeldung durch die Mikroprozessoreinheit erfolgen muss, erfolgt eine wirkungsvolle Abschaltung des Torantriebes, und es wird ein von den Sicherheitsstandards geforderter unabhängiger zweiter Abschaltweg realisiert.
Vorteilhaft wirkt wenigstens eine Sicherheitskettenmeldung unmittelbar auf eine Ansteuerschaltung des Frequenzumrichters. Hierbei wird vermieden, dass eine logische Verarbeitung der Sicherheitskettenmeldung durch die Mikro prozessoreinheit erfolgen muss, wodurch wiederum eine wirkungsvolle Abschaltung des Torantriebes erfolgt.
Erfindungsgemäß wirkt die Ansteuerschaltung unmittelbar auf den Frequenzumrichter. Auch hierdurch wird vermieden, dass die Sicherheitskettenmeldung logisch verarbeitet werden muss.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wirkt die wenigstens eine Sicherheitskettenmeldung über ein Zeitglied als verzögerte Sicherheitskettenmeldung auf die Ansteuerschaltung. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Mikroprozessoreinheit, die die unverzögerte Sicherheitskettenmeldung erhält, die Ansteuerschaltung noch derart ansteuern kann, dass der Torantrieb durch rampenförmiges Reduzieren der Frequenz definiert gestoppt werden kann, bevor die Sicherheitskettenmeldung eine weitere Ansteuerung der Endstufenschaltung unterbindet.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der von einer Endstufenschaltung in den Torantrieb eingespeiste Strom mit Hilfe einer Strommessvorrichtung durch die Mikroprozessoreinheit gemessen. Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass bei der Testung des Sicherheitskreises, der aus einem Watchdog, der Sicherheitskette und der Ansteuerschaltung besteht, auch geprüft werden kann, ob und dass nach einer Sicherheitskettenmeldung die Stromzufuhr zum Torantrieb tatsächlich unterbrochen wurde. Zu dem Sicherheitskreis kann optional auch ein zusätzliches Zeitglied gehören.
Vorteilhaft wirkt die Sicherheitskettenmeldung auf eine Abschaltvorrichtung, die die Spannungsversorgung der Ansteuervorrichtung unterbricht, so dass hierdurch eine weitere Ansteuerung der Endstufenschaltung unterbrochen wird und somit ein Stillstand des Torantriebes erfolgt, was wiederum zuverlässig einen Stillstand des Torantriebes zur Folge hat.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung bewirkt eine Watchdogmeldung, die unmittelbar von einem Watchdog abgeht und gemeinsam mit der Sicherheitskettenmeldung auf die Ansteuervorrichtung einwirkt, eine unmittelbare Abschaltung der Abschaltvorrichtung.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass ein Fehler der Hardware oder des Programmablaufs der Mikroprozessoreinheit zu einem unverzögerten und damit schnellen Abschalten des Torantriebes führt und eine Gefahrensituation frühzeitig unterbunden wird.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Torsteuerung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung eines Tores durchgeführt werden kann, wobei das Tor einen Torantrieb und eine Torsteuerung mit integriertem Frequenzumrichter aufweist, wobei die Torsteuerung eine Mikroprozessoreinheit zur Ausführung einer Verarbeitung von eingehenden Befehlen und Signalen zum Zwecke der Steuerung eines Tores, einer Überwachung und einer Testung sicherheitsrelevanter Komponenten und einer Ansteuerung des integrierten Frequenzumrichters aufweist, und wobei die Torsteuerung eine Sicherheitskette aufweist und sich dadurch auszeichnet, dass wenigstens eine Verbindungsleitung zwischen der Sicherheitskette und einer Ansteuerschaltung zur Übermittlung einer Sicherheitskettenmeldung vorgesehen ist.
Durch diesen Aufbau ist gewährleistet, dass eine Sicherheitskettenmeldung ohne logische Verarbeitung durch die Mikroprozessoreinheit eine Unterbrechung der dynamischen Signale zur Ansteuerung der Endstufenschaltung und damit eine wirkungsvolle Abschaltung des Torantriebes bewirkt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der Sicherheitskette und der Mikroprozessoreinheit zusätzlich eine Verbindungsleitung zur Übermittlung einer Sicherheitskettenmeldung vorgesehen. Dieser Aufbau hat den Vorteil, dass die Mikroprozessoreinheit den Watchdog und/oder die Sicherheitskette überprüfen kann und eine Rückmeldung über die beschriebene Verbindungsleitung erhält.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der Sicherheitskette und der Ansteuerschaltung wenigstens ein Zeitglied angeordnet. Auch hier besteht der Vorteil darin, dass die Sicherheitskettenmeldung zeitverzögert weitergeleitet wird mit dem schon oben beschriebenen Vorteil.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass in dem Frequenzumrichter eine von der Mikroprozessoreinheit abfragbare Strommessvorrichtung angeordnet ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Mikroprozessoreinheit prüfen kann, ob die Stromzufuhr zum Torantrieb tatsächlich unterbrochen ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine der Ansteuerschaltung vorgelagerte Abschaltvorrichtung vorgesehen, und zwischen der Sicherheitskette und der Abschaltvorrichtung ist eine Verbindungsleitung zur Übermittlung einer Sicherheitskettenmeldung vorgesehen. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass sie einsetzbar ist, wenn es schaltungstechnisch nicht möglich ist, eine Sicherheitskettenmeldung direkt auf die Ansteuerschaltung wirken zu lassen.
Vorteilhaft ist auch bei dieser Ausführungsform zwischen der Sicherheitskette und der Abschaltvorrichtung ein Zeitglied mit den oben schon beschriebenen Vorteilen angeordnet.
Vorzugsweise ist zwischen der Sicherheitskette und einer Abschaltvorrichtung eine Verbindungsleitung zur Übermittlung einer Sicherheitskettenmeldung vorgesehen. Hierdurch wird bei Vorliegen einer Sicherheitskettenmeldung die Spannungsversorgung der Abschaltvorrichtung unterbrochen. Es erfolgt in diesem Fall keine weitere Ansteuerung der Endstufenschaltung, wodurch ein Stillstand des Torantriebes bewirkt wird.
Auch bei dieser Ausführungsform kann vorteilhaft zwischen der Sicherheitskette und der Spannungsquelle ein Zeitglied angeordnet sein, was die schon oben beschriebenen Vorteile aufweist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Watchdog vorgesehen, und es ist zusätzlich für die Sicherheitskettenmeldung eine Verbindungsleitung für eine Watchdogmeldung zwischen dem Watchdog und der Ansteuerschaltung und/oder der Abschaltvorrichtung vorgesehen. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass ein Fehler der Hardware oder des Programmablaufes der Mikroprozessoreinheit zu einem unverzögerten und damit schnelleren Abschalten des Torantriebes führt und eine Gefahrensituation somit frühzeitig unterbunden wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Sicherheitskettenmeldung und die Watchdogmeldung über eine gemeinsame Verbindungsleitung der Ansteuerschaltung und/oder der Abschaltvorrichtung zugeführt. Hierdurch ist nur eine Vorrichtung zur Erfassung der Meldungen erforderlich.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der zugehörigen Zeichnungen, in denen mehrere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Torsteuerung nur beispielhaft dargestellt sind, und zwar zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Tores mit Torsteuerungssystem;
2 ein Blockschaltbild einer Torsteuerung mit einer Ansteuerschaltung mit integrierter Abschaltvorrichtung;
3 ein Blockschaltbild einer Torsteuerung mit einer Ansteuerschaltung und einem Zeitglied;
4 ein Blockschaltbild einer Torsteuerung mit einer Ansteuerschaltung und einer Strommessvorrichtung;
5 ein Blockschaltbild einer Torsteuerung mit einem Zeitglied und einer separaten Abschaltvorrichtung;
6 ein Blockschaltbild einer Torsteuerung mit einem Zeitglied und einer geänderten Anordnung einer Abschaltvorrichtung;
7 ein Blockschaltbild einer Torsteuerung mit einem Zeitglied und einem direkt auf die Abschaltvorrichtung wirkenden Watchdog.
1 zeigt ein Tor 1, welches als Sektionaltor mit einer zusätzlichen Schlupftür 2 ausgeführt ist. Das Tor 1 wird in seitlichen Führungsschienen 3 geführt und kann durch einen elektrischen Torantrieb 8 auf- und abbewegt werden. An einer Unterkante des Tores 1 befindet sich ein als Sicherheitsleiste 6 ausgeführter Sicherheitssensor. Über ein Spiralkabel 10 und eine Leitungsverbindung 5 werden die Signale der Sicherheitsleiste 6 und eines Kontaktes (nicht dargestellt) zur Überwachung der Schlupftür 2 an eine Torsteuerung 7 geleitet.
Der Torantrieb 8, ein Positionsgeber 4 sowie die am Torblatt befindlichen Sensoren werden in dieser beispielhaften Ausführungsform mittels einer mehradrigen Leitungsverbindung 5 mit der elektronischen Torsteuerung 7 elektrisch verbunden, über die die angeschlossenen Vorrichtungen mit elektrischer Energie versorgt werden und die zur Übertragung von Signalen und/oder Daten genutzt wird.
Die Torsteuerung 7 weist eine Eingabevorrichtung 9 auf, über die Befehle zum Öffnen, Schließen und Stoppen des Tores an die Torsteuerung 7 gegeben werden können.
2. zeigt Funktionsblöcke einer möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Torsteuerung 7, die zur Ansteuerung des elektrischen Torantriebes 8 dient. Zur Erfassung einer Torposition ist der Positionsgeber 4 mit dem Torantrieb 8 mechanisch verbunden, dessen Signale von einer Mikroprozessoreinheit 16 verarbeitet werden. Die Torsteuerung 7 weist einen integrierten Frequenzumrichter 21 auf, der aus folgenden Funktionsblöcken besteht: Gleichrichter 12, Zwischenkreis 13 und Endstufenschaltung 14. Die speisende Wechselspannung wird dabei über eine Netzeinspeisung 11 in den Frequenzumrichter 21 eingespeist.
Eine Ansteuerung der Endstufenschaltung 14 erfolgt über eine Ansteuerschaltung 15, die die Hauptaufgabe hat, die von der Mikroprozessoreinheit 16 generierten dynamischen elektrischen Signale so umzusetzen, dass Endstufentransistoren der Endstufenschaltung 14 mit den korrekten elektrischen Pegeln angesteuert werden. Hierzu weist die Ansteuerschaltung 15 einen Pegelumsetzer 29 auf.
Ferner weist die Ansteuerschaltung 15 eine Abschaltvorrichtung 28 auf, über die die eingehenden dynamischen Ansteuersignale 26 unterbrochen werden können, wenn eine Sicherheitskettenmeldung 23 an einem Eingang der Ansteuerschaltung 15 anliegt.
Zentrales Element der Torsteuerung 7 ist eine Mikroprozessoreinheit 16. Sie hat die Funktionen, die Signale einer Eingabeeinheit 19 entgegenzunehmen und zu verarbeiten und Signale an eine Ausgabeeinheit 20 auszugeben und die Signale einer Sicherheitskette 17 entgegenzunehmen und zu verarbeiten und die Sicherheitskette 17 zyklisch zu testen, sowie einen Watchdog 18 zu triggern und dessen Funktionstüchtigkeit zyklisch zu testen und die Positionsdaten des Positionsgebers 4 zu verarbeiten und die Ansteuerschaltung 15 derart mit dynamischen Signalen anzusteuern, dass der Frequenzumrichter 21 den Torantrieb 8 für die gewünschte Geschwindigkeit und Drehrichtung mit einer, in der Frequenz variablen, dreiphasigen Wechselspannung versorgt.
Dabei ist der Programmablauf der Mikroprozessoreinheit 16 derart gestaltet, dass solche externen und internen Vorrichtungen, die zur Überprüfung ihrer Funktionstüchtigkeit getestet werden müssen, auf Initiative der Mikroprozessoreinheit 16 einem zyklischen Funktionstest unterzogen werden können.
Zum Testen der Sicherheitskette unterbricht der Programmablauf ein zyklisches Testsignal 24 zum Watchdog 18 und erwartet, dass nach einer definierten Zeitspanne ein Auslösen der Sicherheitskette über die Sicherheitskettenmeldung 23' von der Sicherheitskette 17 erfolgt, da der Watchdog 18 in die Sicherheitskette 17 eingreift, wenn er nicht mehr zyklisch getriggert wird. Parallel dazu ist im Programmablauf eine Prüfung eines Auslösesignales 25 vorgesehen, das dazu dient, der Mikroprozessoreinheit 16 zu signalisieren, dass die Ansteuerschaltung 15 eine Sicherheitskettenmeldung 23 erkannt hat und die Abschaltvorrichtung 28 die Weiterleitung der Ansteuersignale 26 unterbrochen hat.
An die Eingabeeinheit 19 können beispielsweise Taster (nicht dargestellt) zur manuellen Befehlseingabe zum öffnen, Schließen oder Stoppen des Tores angeschlossen sein. Es können aber beispielsweise auch die Signale von Funkfernsteuerungen, Schleifendetektoren, Bewegungsmeldern oder anderen Vorrichtungen (nicht dargestellt) angeschlossen sein, über die der Torsteuerung 7 ein Befehl gegeben werden kann.
Die Ausgabeeinheit 20 dient beispielsweise dazu, eine Signallampe anzusteuern, wenn sich das Tor 1 bewegt, eine Bremse anzusteuern, die verhindern soll, dass sich das Tor 1 unbeabsichtigt bewegen kann, eine Signallampe anzusteuern, wenn eine Funktionsstörung der Torsteuerung 7 vorliegt oder weitere externe Einheiten anzusteuern.
Neben den internen Funktionen der Sicherheitskette 17 können externe Einheiten an die Sicherheitskette 17 angeschlossen werden. Diese Einheiten können beispielsweise ein Not-Aus-Schalter, ein Schlupftürkontakt, eine Sicherheitsleiste, eine Lichtschranke, eine Temperaturüberwachung des Torantriebes oder irgendwelche weiteren Sicherheitssensoren sein, die bei Auftreten einer gefährlichen Situation eine weitere Torbewegung unterbinden sollen.
Die erfindungsrelevanten Hauptmerkmale der Torsteuerung 7 stellen die Art der Verarbeitung der Sicherheitskettenmeldung 23 dar, die von der Sicherheitskette 17 an die Ansteuerschaltung 15 gemeldet wird und von der Ansteuerschaltung 15 derart verarbeitet wird, dass diese unabhängig von der Ansteuerung durch die Mikroprozessoreinheit 16 keine dynamischen Signale mehr an die Endstufenschaltung 14 des Frequenzumrichters 21 weitergibt, und als weiteres Merkmal, dass das Anliegen der Sicherheitskettenmeldung 23 von der Ansteuerschaltung 15 an die Mikroprozessoreinheit 16 als Auslösemeldung 25 signalisiert wird. Die Unterbrechung der Weitergabe der Ansteuersignale 26 erfolgt dabei durch die Abschaltvorrichtung 28, die in die Ansteuervorrichtung 15 integriert ist.
Durch diese erfindungsgemäße Verbindung der Sicherheitskette 17 mit der Ansteuerschaltung 15, der Abschaltvorrichtung 28 und der Mikroprozessoreinheit 16 wird ein von den Sicherheitsstandards geforderter zweiter unabhängiger Abschaltweg realisiert, der darüber hinaus von der Mikroprozessoreinheit 16 getestet werden kann.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Torsteuerung 7. Bei dieser Ausführungsform wird die Sicherheitskettenmeldung 23 zunächst auf ein Zeitglied 22 gegeben, welches dazu dient, die Sicherheitskettenmeldung 23 erst mit einer kurzen zeitlichen Verzögerung von kleiner zwei Sekunden als verzögerte Sicherheitsmeldung 23'' an die Ansteuerschaltung 15 weiterzuleiten.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Mikroprozessoreinheit 16, die die unverzögerte Sicherheitskettenmeldung 23' erhält, die Ansteuerschaltung 15 noch derart ansteuern kann, dass der Torantrieb 8 durch rampenförmiges Reduzieren der Frequenz definiert gestoppt werden kann, bevor die Sicherheitskettenmeldung 23'' eine weitere Ansteuerung der Endstufenschaltung 14 unterbindet.
In 4 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Torsteuerung 7 dargestellt, bei der der von der Endstufenschaltung 14 in den Torantrieb 8 eingespeiste Strom mit Hilfe einer Strommessvorrichtung 27 durch die Mikroprozessoreinheit 16 gemessen werden kann.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass bei der Testung des Sicherheitskreises, der aus dem Watchdog 18, der Sicherheitskette 17, dem Zeitglied 22 und der Ansteuerschaltung 15 besteht, auch geprüft werden kann, ob und dass nach einer Sicherheitskettenmeldung 23 die Stromzufuhr zum Torantrieb 8 unterbrochen wurde.
In 5 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Torsteuerung 7 dargestellt, bei der die Sicherheitskettenmeldung 23 beziehungsweise die verzögerte Sicherheitskettenmeldung 23'' nicht auf die Ansteuerschaltung 15, sondern auf eine Abschaltvorrichtung 28 wirkt, die zwischen der Mikroprozessoreinheit 16 und der Ansteuerschaltung 15 angeordnet ist. Bei der Abschaltvorrichtung 28 kann es sich beispielsweise um ein logisches Und-Gatter oder um andere logische Gatterbausteine handeln, die dazu genutzt werden können, den Signalfluss zwischen Mikroprozessoreinheit 16 und Ansteuerschaltung 15 zu unterbrechen.
Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, wenn es schaltungstechnisch nicht möglich ist, eine Sicherheitskettenmeldung 23 direkt auf die Ansteuerschaltung 15 wirken zu lassen.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Torsteuerung 7, bei der die Abschaltvorrichtung 28 zwischen einer Spannungsquelle 30 und der Ansteuerschaltung 15 angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform führt das Vorliegen einer Sicherheitskettenmeldung 23'' dazu, dass die Spannungsversorgung der Ansteuerschaltung 15 durch die Abschaltvorrichtung 28 unterbrochen wird und somit keine weitere Ansteuerung der Endstufenschaltung 14 mehr erfolgt, was wiederum einen Stillstand des Torantriebes 8 zur Folge hat.
Die Abschaltvorrichtung 28 kann dabei in die Ansteuerschaltung 15 integriert sein (nicht dargestellt), oder, so wie dargestellt, außerhalb der Ansteuerschaltung 15 angeordnet sein.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass sie nur einen geringen Schaltungsaufwand benötigt und beispielsweise mit einem einzigen Transistor realisierbar ist.
Bei der in 7 dargestellten Ausführungsform bewirkt eine Watchdogmeldung 31, die direkt von einem Watchdog abgeht und gemeinsam mit der Sicherheitskettenmeldung 23'' auf die Ansteuervorrichtung 15 einwirkt, eine unmittelbare Abschaltung der Abschaltvorrichtung 28.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass ein Fehler der Hardware oder des Programmablaufs der Prozessoreinheit 16 zu einem unverzögerten und damit schnellen Abschalten des Torantriebes 8 führt und eine Gefahrensituation frühzeitig unterbunden wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass die in den 4, 5 und 6 dargestellten und mögliche weitere Ausführungsformen auch jeweils ohne das Zeitglied 22 ausgeführt sein können. Ebenso kann die in 2 dargestellte Ausführungsform auch mit einer Strommessvorrichtung 27 ausgeführt sein, genauso wie die in den 5, 6 und 7 dargestellten und mögliche weitere Ausführungsformen ohne Strommessvorrichtung 27 ausgeführt sein können.

1: Tor
2: Schlupftür
3: Führungsschienen
4: Positionsgeber
5: Leitungsverbindung
6: Sicherheitsleiste
7: Torsteuerung
8: Torantrieb
9: Eingabevorrichtung
10: Spiralkabel
11: Netzeinspeisung
12: Gleichrichter
13: Zwischenkreis
14: Endstufenschaltung
15: Ansteuerschaltung
16: Mikroprozessoreinheit
17: Sicherheitskette
18: Watchdog
19: Eingabeeinheit
20: Ausgabeeinheit
21: Frequenzumrichter
22: Zeitglied
23: Sicherheitskettenmeldung
23': Sicherheitskettenmeldung
23'': Sicherheitskettenmeldung
24: Testsignal
25: Auslösesignal
26: Ansteuersignal
27: Strommessvorrichtung
28: Abschaltvorrichtung
29: Pegelumsetzer
30: Spannungsquelle
31: Watchdogmeldung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 29513962 U1 [0005, 0005]
- DE 10142431 B4 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- DIN EN 12453 [0012]
- DIN EN ISO 13849 [0012]

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Tores, welches einen Torantrieb und eine Torsteuerung mit integriertem Frequenzumrichter aufweist, wobei die Torsteuerung eine Mikroprozessoreinheit zur Verarbeitung von eingehenden Befehlen und Signalen zum Zwecke der Steuerung eines Tores, zur Überwachung und Testung sicherheitsrelevanter Komponenten und zur Ansteuerung des integrierten Frequenzumrichters aufweist, dadurch gekennzeichnet, – dass ein Signal, welches zur Vermeidung einer Gefahrensituation das Abschalten des Torantriebes (8) bewirkt, mittels einer Sicherheitskettenmeldung (23) und/oder einer Watchdogmeldung (31) auf eine Abschaltvorrichtung (28) wirkt, die aufgrund der anliegenden Sicherheitskettenmeldung (23) und/oder der Watchdogmeldung (31) eine weitere Ansteuerung einer Endstufenschaltung (14) des Frequenzumrichters (21) mit dynamischen Signalen unterbricht, – dass die Abschaltvorrichtung (28) über ein Auslösesignal (25) diese Unterbrechung an die Mikroprozessoreinheit (16) signalisiert, und – dass durch die Mikroprozessoreinheit (16) durch Ansteuerung mindestens eines Testsignals (24) die Funktionstüchtigkeit der Abschaltvorrichtung (28) testbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Sicherheitskettenmeldung (23) und/oder eine Watchdogmeldung (31) auf eine Abschaltvorrichtung (28) wirkt, die in die Ansteuerschaltung (15) integriert ist, und, dass aufgrund der Sicherheitskettenmeldung (23, 23'') und/oder der Watchdogmeldung (31) die weitere Ansteuerung eines Pegelumsetzers (29) mit dynamischen Signalen unterbrochen wird, und dass dadurch eine weitere Ansteuerung der Endstufenschaltung (14) unterbrochen wird, so dass ein Stillstand des Torantriebes (8) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Sicherheitskettenmeldung (23, 23'') und/oder eine Watchdogmeldung (31) auf eine Abschaltvorrichtung (28) wirkt, die zwischen einer Spannungsversorgung (30) und einer Ansteuerschaltung (15) angeordnet ist, und dass aufgrund der Sicherheitskettenmeldung (23, 23'') und/oder der Watchdogmeldung (31) die Spannungsversorgung zur Ansteuerschaltung (15) unterbrochen wird, und dass dadurch eine weitere Ansteuerung der Endstufenschaltung (14) unterbrochen wird, so dass ein Stillstand des Torantriebes (8) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Sicherheitskettenmeldung (23, 23'') und/oder eine Watchdogmeldung (31) auf eine Abschaltvorrichtung (28) wirkt, die zwischen einer Mikroprozessoreinheit (16) und der Ansteuerschaltung (15) angeordnet ist, und dass aufgrund der Sicherheitskettenmeldung (23, 23'') und/oder der Watchdogmeldung (31) die weitere Ansteuerung der Ansteuerschaltung (15) mit dynamischen Signalen unterbrochen wird, und dass dadurch eine weitere Ansteuerung der Endstufenschaltung (14) unterbrochen wird, so dass ein Stillstand des Torantriebes (8) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Sicherheitskettenmeldung (23) über ein Zeitglied (22) als verzögerte Sicherheitskettenmeldung (23'') auf die Abschaltvorrichtung (28) wirkt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der von einer Endstufenschaltung (14) in den Torantrieb (8) eingespeiste Strom mit Hilfe einer Strommessvorrichtung (27) durch die Mikroprozessoreinheit (16) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Watchdogmeldung (31), die unmittelbar von einem Watchdog (18) abgeht und gemeinsam mit der Sicherheitskettenmeldung (23'') auf die Abschaltvorrichtung (28) einwirkt, eine unmittelbare Abschaltung der Ansteuervorrichtung (15) bewirkt.
Torsteuerung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Steuerung eines Tores, welches einen Torantrieb und eine Torsteuerung mit integriertem Frequenzumrichter aufweist, wobei die Torsteuerung eine Mikroprozessoreinheit zur Verarbeitung von eingehenden Befehlen und Signalen zum Zwecke der Steuerung eines Tores, zur Überwachung und zur Testung sicherheitsrelevanter Komponenten und zur Ansteuerung des integrierten Frequenzumrichters aufweist, und die eine Sicherheitskette aufweist, dadurch gekennzeichnet, – dass wenigstens eine Verbindungsleitung zwischen der Sicherheitskette (17) und einer Abschaltvorrichtung (28) zur Übermittlung einer Sicherheitskettenmeldung (23) vorgesehen ist und – zusätzlich eine Verbindungsleitung zwischen Abschaltvorrichtung (28) und Mikroprozessoreinheit (16) zur Übermittlung eines Auslösesignals (25) vorgesehen ist und – zusätzlich eine Verbindungsleitung zwischen Mikroprozessoreinheit (16) und Watchdog (18) oder zwischen Mikroprozessoreinheit (16) und Sicherheitskette (17) zur Übermittlung eines Testsignals (24) vorgesehen ist.
Torsteuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Ansteuerschaltung (15) und der Spannungsversorgung (30) eine Abschaltvorrichtung (28) angeordnet ist.
Torsteuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Ansteuerschaltung (15) und der Mikroprozessoreinheit (16) eine Abschaltvorrichtung (28) angeordnet ist.
Torsteuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine in die Ansteuerschaltung (15) integrierte Abschaltvorrichtung (28) vorgesehen ist.
Torsteuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Sicherheitskette (17) und der Mikroprozessoreinheit (16) zusätzlich eine Verbindungsleitung zur Übermittlung einer Sicherheitskettenmeldung (23') vorgesehen ist.
Torsteuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Sicherheitskette (17) und der Abschaltvorrichtung (28) wenigstens ein Zeitglied (22) angeordnet ist.
Torsteuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Frequenzumrichter (21) eine von der Mikroprozessoreinheit (16) abfragbare Strommessvorrichtung (27) angeordnet ist.
Torsteuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Watchdog (18) vorgesehen ist, und dass zusätzlich zu der Verbindungsleitung für die Sicherheitskettenmeldung (23, 23'') eine Verbindungsleitung für eine Watchdogmeldung (31) zwischen dem Watchdog (18) und der Ansteuerschaltung (15) und/oder der Abschaltvorrichtung (28) vorgesehen ist.
Torsteuerung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitskettenmeldung (23, 23'') und die Watchdogmeldung (31) über eine gemeinsame Verbindungsleitung der Ansteuerschaltung (15) und/oder der Abschaltvorrichtung (28) zuführbar sind.