DE102010007349A1

DE102010007349A1 - Anomalienüberwachungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102010007349A1
Application number: DE102010007349A
Authority: DE
Inventors: Ikuya Sato; Hiroshi Takahashi
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2009-02-09
Filing date: 2010-02-09
Publication date: 2010-08-19
Anticipated expiration: 2030-02-10
Also published as: US20100201373A1; CN101833049A; DE102010007349B4; US8207745B2; CN101833049B

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine kostengünstige Anomalienüberwachungsvorrichtung zur Verfügung, die eine Detektion verschiedener Arten von Anomalien, die auf dem Stand der Technik nicht detektiert werden können, ermöglicht, die Zuverlässigkeit verbessert und Funktionen eines Mikrocomputers nutzt. Bei der Anomalienüberwachungsvorrichtung von Fig. 1 werden Positionsdetektionssignale mit zwei Phasen von einem Codierer 10 als analoge Signale über ein Kabel 20 oder ein anderes Verdrahtungssystem in eine Steuervorrichtung 30 eingegeben. Ein Mikrocomputer 33 in der Steuervorrichtung 30 weist Pegelanomaliendetektionsmittel 333A und 333B, Impulszahlenvergleichs-Anomaliendetektionsmittel 336 und Impulsbreitenvergleichs-Anomaliendetektionsmittel 339 auf. Die Pegelanomalien-Detektionsmittel 333A und 333B detektieren Anomalien bei dem Codierer od eines analogen Eingangssignals innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt. Die Impulszahlenvergleichs-Anomaliendetektionsmittel 336 detektieren Anomalien bei dem Codierer oder dergleichen, wenn die Differenz in den Impulszahlen von digitalen Signalen, die den analogen Eingangssignalen mit zwei Phasen entsprechen, gleich einem vorgegebenen Schwellenwert oder größer als dieser ist. Die Impulsbreitenvergleichs-Anomaliendetektionsmittel 339 detektieren Anomalien bei dem Codierer oder dergleichen, wenn die Impulsbreite eines kombinierten Signals aus digitalen Signalen mit zwei Phasen von ...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft eine Anomalienüberwachungsvorrichtung, die Anomalien von Impulscodierern (nachstehend einfach als „Codierer” bezeichnet) und Anomalien von Verdrahtungssystemen detektiert, um Sicherheitsfunktionen bei zum Beispiel einem Leistungswandler, wie etwa einem Wechselrichter, und einem Servosystem zum Antreiben eines Motors zu implementieren.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Wechselrichter und Servosysteme, die die Motor-Drehzahl und die Läuferposition aus Ausgangssignalen eines Impulscodierers, der an der Abtriebswelle eines Motors angebracht ist, errechnen und die diese errechneten Werte beim Antreiben des Motors mit veränderlicher Drehzahl rückkoppeln, finden breite Anwendung. Bei solchen Vorrichtungen ist ein normaler Gerätebetrieb schwierig, wenn es Anomalien in den Ausgangssignalen des Codierers gibt, und daher sind in der Vergangenheit verschiedene Vorschläge für Verfahren zum Detektieren von Anomalien bei Codierern und von Anomalien in Verdrahtungssystemen zur Unterbrechung des Betriebs gemacht worden.
Zum Beispiel wird in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2008-232978 eine Vorrichtung zur Detektion von Verdrahtungsanomalien beschrieben, bei der durch Nutzung von internen Funktionen eines Mikroprozessors zur Anomalienüberwachung die Anzahl von Komponenten verringert werden kann, Schaltkreise auf das bloße Minimum reduziert werden können und Kosten gesenkt werden können.
Bei dieser Technologie des Standes der Technik (der Einfachheit halber als „die erste herkömmliche Technologie” bezeichnet) wird zunächst das Ausgangssignal des Codierers in die Verdrahtungsanomalien-Detektionsvorrichtung als ein analoges Signal eingegeben. Dann wird das analoge Signal einer Analog-Digital-Wandlung unterzogen, und wenn der umgewandelte Spannungspegel ein vorgegebener Zwischenspannungspegel ohne transiente Zustände ist, wird davon ausgegangen, dass ein offener Kontakt oder ein Kurzschluss in dem Signalsystem vorliegt, und es wird eine Anomalie detektiert.
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf 23 die Konfiguration und Betriebsweise einer Schaltung dieser herkömmlichen Technologie erläutert.
In 23 weist die Verdrahtungsanomalien-Detektionsvorrichtung 100 Folgendes auf: einen Mikroprozessor 120, einen Programmspeicher 121, einen Analog-Digital-Wandler 123, eine Konstantspannungs-Stromversorgungsschaltung 130, einen Pufferverstärker 135, Serienwiderstände 131a und 131b, Filterkondensatoren 132a und 132b und Pull-down-Widerstände 134a und 134b. Außerdem bezeichnet 122 einen Speicher in dem Mikroprozessor 120.
Darüber hinaus bezeichnet 110 einen Drehcodierer, der zum Detektieren des Drehwinkels des Motors (nicht dargestellt) dient. Dieser Codierer 110 weist Folgendes auf: eine Drehwinkel-Detektionsschaltung 115, die Ausgangssignale mit zwei Phasen (Phase A und Phase B) als Drehwinkel-Detektionssignale ausgibt; Sensorschalter 111a und 111b als Transistoren für das Phase-A- und das Phase-B-Ausgangssignal; Dropper-Dioden 112a, 112b, 113a und 113b und Ableitwiderstände 114a und 114b.
Darüber hinaus bezeichnet 101 eine Gleichspannungs-Stromversorgung, 102 bezeichnet einen Stromversorgungsschalter, 103 bezeichnet eine Erdleitung, 104 bezeichnet eine Stromversorgungsleitung, und 105 und 106 bezeichnen Signalleitungen.
A und B bei dem Codierer 110 sind Ausgangsanschlüsse für Phase-A-Signale und Phase-B-Signale. A1 und A2 bei der Verdrahtungsanomalien-Detektionsvorrichtung 100 sind analoge Eingangssignale, D1 und D2 bei dem Mikroprozessor 120 sind logische Auf-Zu-Signale für die Sensorschalter 111a und 111b, und V_m ist eine überwachte Spannung.
Kommen wir nun zur Funktionsweise des Drehcodierers 110. Wenn die Sensorschalter 111a 111b von Ausgangssignalen der Drehwinkel-Detektionsschaltung 115 durch die Wirkung der Dropper-Dioden 112a, 112b, 113a und 113b und der Ableitwiderstände 114a und 114b ein- oder ausgeschaltet werden, kommt es zu einem Spannungsabfall. Die Spannung dieses Spannungsabfalls wird von den Ausgangsanschlüssen A und B als das Phase-A-Signal und das Phase-B-Signal ausgegeben, und durch Eingeben der Spannung in die Verdrahtungsanomalien-Detektionsvorrichtung 100 über die Signalleitungen 105 und 106 wird eine Anomaliendetektion durchgeführt, wie nachstehend beschrieben wird.
24 zeigt Kennlinien der analogen Eingangssignale A1 und A2 mit der Phase A und der Phase B, die in die Verdrahtungsanomalien-Detektionsvorrichtung 100 eingegeben werden. Nachstehend werden die Kennlinien des analogen Eingangssignals A1 mit der Phase A erläutert, und die Funktionsweise ist für das analoge Eingangssignal A2 mit der Phase B völlig ähnlich.
Wenn sich der Sensorschalter 111a einschaltet, bewirkt der Einschaltspannungsabfall über der Dropper-Diode 112a, dass die Spannung V_L von 24 detektiert wird. Wenn sich jedoch der Sensorschalter 111a ausschaltet, bewirkt der Spannungsabfall über dem Ableitwiderstand 114a und der Dropper-Diode 113a, dass der Spannungspegel V_H detektiert wird. Tatsächlich werden unter Berücksichtigung der Streuung bei den Kennlinien der Dropper-Dioden 112a und 113a konstante Bereiche um die Spannungspegel V_L und V_H als der normale L-Pegel bzw. der normale H-Pegel angesehen.
Dadurch, dass auf diese Weise entschieden wird, ob der Spannungspegel eines analogen Eingangssignals der L-Pegel oder der H-Pegel ist, wird das Vorhandensein oder Fehlen eines Drehwinkel-Detektionsimpulses detektiert.
Wenn zu diesem Zeitpunkt zum Beispiel ein Leitungsbruch oder ein Erdschluss in der Signalleitung 105 auftritt, wird die vorstehend beschriebene Spannungsabfall-Komponente nicht detektiert und das analoge Eingangssignal ist auf dem Erdpegel, sodass das Auftreten von Anomalien detektiert werden kann.
Wenn der Ausgangsanschluss A des Codierers 110 mit der Stromversorgung V_cc auf der positiven Seite kurzgeschlossen wird, ist das analoge Eingangssignal auf einem Spannungspegel, der größer als V_H ist, sodass das Auftreten einer Anomalie ebenso detektiert werden kann. Und wenn es einen offenen Kontakt mit der Stromversorgung V_cc auf der positiven Seite und mit Erde gibt oder wenn ein Kontakt mit einer anderen Signalleitung auftritt, wird das analoge Eingangssignal als der Zwischenspannungspegel (logischer Beurteilungspegel) V_s1 oder V_s2 in 24 detektiert, und es wird auch dann auf eine Anomalie geschlossen, wenn dieser Zwischenspannungspegel V_s1 oder V_s2 eine feste Zeit lang fortbesteht.
Während des Ein- und Ausschaltens des Sensorschalters 111a wird die Spannungswellenform des analogen Phase-A-Eingangssignals A1 mit einem Tiefpassfilter gefiltert, das den Serienwiderstand 131a und den Filterkondensator 132a aufweist. Da die Zwischenspannungspegel V_s1 und V_s2 von dem Abtastzeitpunkt abhängen, können sie auch während des normalen Betriebs transient detektiert werden, sodass die Gefahr besteht, dass eine Anomalie fälschlich detektiert wird.
Um eine solche fälschliche Detektion zu vermeiden, wenn bei dieser herkömmlichen Technologie ein Zwischenspannungspegel V_s1 oder V_s2 detektiert wird, wird eine detaillierte Einschätzung durchgeführt. Die Einschätzung wird dahingehend vorgenommen, ob der Zwischenspannungspegel V_s1 oder V_s2 transient aufgetreten ist oder eine feste Zeit lang fortbestanden hat. Wenn der Pegel eine feste Zeit lang fortbestanden hat, wird angenommen, dass die vorgenannte Anomalie auf Grund eines offenen Kontakts mit der Stromversorgung V_cc auf der positiven Seite oder mit Erde oder auf Grund eines Kontakts mit einer anderen Signalleitung aufgetreten ist.
Bei einer anderen herkömmlichen Technologie (der Einfachheit halber als „die zweite herkömmliche Technologie” bezeichnet) ist ein Verfahren bekannt, bei dem nach der Analog-Digital-Wandlung von Zweiphasensignalen, die von einem Codierer ausgegeben werden (ein Phase-A-Signal und ein Phase-B-Signal mit unterschiedlichen Phasen), die Signale in einen gesonderten Zähler eingegeben werden und die Anzahl von Impulsen für jedes Signal über einen festen Zeitraum gezählt wird und Anomalien auf Grund dieser Anzahl von Impulsen detektiert werden.
Zum Beispiel wenn sich der Motor dreht, werden Impulszahlen, die der Drehzahl entsprechen, als Phase-A-Signale und Phase-B-Signale gemessen, aber wenn die Signalleitung für eine der Phasen bricht oder in Kontakt mit der Stromversorgungsleitung oder der Erdleitung kommt, treten Fehler in der Impulszahl für jede Phase auf. Somit können durch Vergleichen der Impulszahl für jede Phase Anomalien detektiert werden. Außerdem können durch Vergleichen der Drehzahl-Detektionswerte, die den Impulszahlen für jede Phase entsprechen, mit dem aktuellen Drehzahl-Sollwert oder einem anderen Wert nicht nur Anomalien in einer der Phasen allein, sondern auch simultane Anomalien in den beiden Phasen detektiert werden.
Nun werden Probleme bei diesen herkömmlichen Technologien erörtert.
Mit Hilfe der ersten herkömmlichen Technologie kann auch dann, wenn der Motor angehalten worden ist, eine Verdrahtungsanomalie entsprechend dem Spannungspegel des analogen Signals detektiert werden, das in die Verdrahtungsanomalien-Detektionsvorrichtung 100 eingegeben wird. Während des Betriebs des Motors ist es jedoch schwierig, auf Verdrahtungsanomalien zu schließen, und selbst wenn die Verdrahtung normal ist, besteht die Gefahr, dass eine Anomalie fälschlich angenommen wird. Das lässt sich wie folgt begründen.
Bei Codierer wird im Allgemeinen die Anzahl von Ausgangssignalen pro einzelne mechanische Periode (bei einem umlaufenden Motor pro einzelne Drehung) eines Motors oder eines anderen umlaufenden Teils bestimmt, und mit steigender Drehzahl wird der Abstand zwischen den Ausgangssignalen kürzer. Hingegen führt ein Mikroprozessor oder eine andere Verarbeitungseinheit die Verarbeitung normalerweise in einem festen Zeitraum durch, sodass es nicht selten dazu kommt, dass der Abstand der Ausgangssignale von dem Codierer viel kürzer als der Verarbeitungszeitraum der Verarbeitungseinheit wird.
Wenn dabei der Abtastzeitpunkt des A/D-Wandlers auf der Seite der Verarbeitungseinheit zufällig mit dem Zeitpunkt übereinstimmt, zu dem sich das Ausgangssignal von dem Codierer ändert, wird kontinuierlich ein Zwischenspannungspegel detektiert, wie vorstehend dargelegt worden ist, und daher kommt es vor, dass fälschlich angenommen wird, dass eine Anomalie aufgetreten ist, obwohl das Verdrahtungssystem normal ist.
25 ist ein Zeitdiagramm, das das Ausgangssignal des Codierers, den A/D-Wandlungs-Abtastzeitpunkt, die Versorgungsspannung V_c, den detektierten Wert des Spannungspegels des analogen Eingangssignals und den Erdpegel bei der vorstehend beschriebenen fälschlichen Einschätzung zeigt.
Wie in der Figur gezeigt ist, sind in dem Fall, dass die Periode des A/D-Wandlungs-Abtastzeitpunkts ein bestimmtes Vielfaches der Periode der Ausgangssignale des Codierers ist, die detektierten Werte zu jedem der Abtastzeitpunkte gleichgroß, und daher besteht die Möglichkeit, dass der Spannungswert des analogen Eingangssignals fälschlich als ein Wert angesehen wird, der auf einem Zwischenspannungspegel ist (das heißt, anormal ist).
Um eine solche fälschliche Einschätzung zu vermeiden und die Zuverlässigkeit der Vorrichtung zu verbessern, ist der Einsatz eines schnellen A/D-Wandlers mit einem kurzen Abtastzeitraum effektiv, aber schnelle A/D-Wandler sind im Allgemeinen teuer, und daher besteht das Problem, dass die Kosten für die Vorrichtung steigen.
Bei der zweiten herkömmlichen Technologie beruht das Prinzip der Anomaliendetektion auf den Impulszahlen für zwei Phasen, und daher ist eine Anomaliendetektion in einem Zustand, in dem der Motor abgeschaltet ist, nicht möglich. Daher müssen Mittel zur Anomaliendetektion bei abgeschaltetem Motor gesondert bereitgestellt werden, und das führt zu höheren Kosten.
Wenn die erste herkömmliche Technologie und die zweite herkömmliche Technologie kombiniert werden, kann zwar eine Anomaliendetektionsvorrichtung konfiguriert werden, die sowohl dann verwendet werden kann, wenn der Motor arbeitet, als auch dann, wenn der Motor abgeschaltet worden ist, aber dennoch ist eine Anomaliendetektion in solchen Fällen wie den nachstehenden nicht möglich:

(1) Der Fall, dass die Phase der Zweiphasen-Ausgangssignale des Codierers anormal ist.

Das ist ein Fall, bei dem sich zum Beispiel durch teilweises Kurzschließen einer Signalleitung der Abstand zwischen den Ausgangssignalen der beiden Phasen vorübergehend ändert.
In diesem Fall kann die Anomalie nur dann detektiert werden, wenn Ausgangssignale von dem Codierer durch den Betrieb des Motors entstehen, und im Gegensatz zu der zweiten herkömmlichen Technologie ist eine Detektion nur durch Vergleichen von Impulszahlen nicht möglich.

(2) In diesem Fall müsste es normalerweise zu einem Unterschied zwischen den Impulszahlen für die beiden Phasen auf Grund der Anomalie kommen, aber wegen Rauschens oder anderer Ursachen oszillieren die Ausgangssignale und daher stimmen die Impulszahlen für die beiden Phasen überein.

Darüber hinaus gibt es auch andere Fälle, in denen es aus anderen Gründen nicht zu einem Unterschied in den Impulszahlen beim Auftreten einer Anomalie kommt, sodass die Anomalie nicht detektiert werden kann.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Daher ist es ein Ziel der Erfindung, eine hochzuverlässige Anomalienüberwachungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, verschiedene Anomalien zu detektieren, die nicht mit herkömmlichen Technologien detektiert werden können.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine kostengünstige Anomalienüberwachungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die die Funktionen eines Mikroprozessors oder einer anderen Verarbeitungseinheit nutzt.
Um die vorgenannten Ziele zu erreichen, wird bei dieser Erfindung ein Ausgangssignal eines Codierers, der die Position eines umlaufenden Teils detektiert, in eine Steuervorrichtung als ein analoges Signal eingegeben und Anomalien, die auftreten, wenn das umlaufende Teil angehalten worden ist, werden auf Grund des Spannungspegels der analogen Eingangssignale detektiert. Wenn sich das umlaufende Teil dreht, werden digitale Signale verwendet, die durch Umwandeln von analogen Eingangssignalen in mindestens zwei Phasen erhalten werden, und die Differenzen in den Impulszahlen für jede der Phasen in einem feststehenden Zeitraum werden mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen. Außerdem wird die Impulsbreite eines kombinierten Signals, das durch Kombinieren von zwei oder mehr digitalen Signalen mit unterschiedlichen Phasen erhalten wird, oder werden die Impulsbreiten von digitalen Signalen verschiedener Phasen jeweils überwacht, um Anomalien zu detektieren.
Das heißt, bei einer Anomalienüberwachungsvorrichtung dieser Erfindung werden von einem Codierer ausgegebene Positionsdetektionssignale mit zum Beispiel zwei Phasen als analoge Signale über ein Kabel oder ein anderes Verdrahtungssystem in eine Steuervorrichtung eingegeben.
Diese Steuervorrichtung weist erste, zweite und dritte Anomaliendetektionsmittel oder erste, zweite und vierte Anomaliendetektionsmittel zum Detektieren von Anomalien des Codierers oder des Verdrahtungssystems auf, und diese Anomaliendetektionsmittel werden zum Beispiel durch einen Mikroprozessor als eine Verarbeitungseinheit realisiert.
Die ersten Anomaliendetektionsmittel detektieren den Spannungspegel eines analogen Eingangssignals von dem digitalen Signal, das durch Durchführen einer A/D-Wandlung des analogen Eingangssignals erhalten wird, und wenn dieser Spannungspegel innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, schätzen sie ein, dass eine Anomalie bei dem Codierer oder dem Verdrahtungssystem vorliegt.
Die zweiten Anomaliendetektionsmittel ermitteln den Unterschied in den Impulszahlen von digitalen Signalen, die analogen Eingangssignalen mit zwei Phasen entsprechen, und wenn dieser Unterschied gleich einem vorgegebenen Schwellenwert oder größer als dieser ist, schätzen sie ein, dass eine Anomalie bei dem Codierer oder dem Verdrahtungssystem vorliegt.
Die dritten Anomaliendetektionsmittel kombinieren digitale Signale mit zwei Phasen, die von den zweiten Anomaliendetektionsmitteln verwendet werden, und wenn die Impulsbreite dieses kombinierten Signals von früheren Impulsbreiten verschieden ist, schätzen sie ein, dass eine Anomalie bei dem Codierer oder dem Verdrahtungssystem vorliegt.
Die vierten Anomaliendetektionsmittel schätzen ein, dass eine Anomalie bei dem Codierer oder dem Verdrahtungssystem vorliegt, wenn die Impulsbreiten der digitalen Signale mit zwei Phasen von den entsprechenden früheren Impulsbreiten verschieden sind oder von den Impulsbreiten für andere Phasen verschieden sind.
Mit Hilfe der ersten Anomaliendetektionsmittel können Anomalien detektiert werden, solange das umlaufende Teil angehalten bleibt, und mit Hilfe der zweiten, dritten oder vierten Anomaliendetektionsmittel können Anomalien detektiert werden, solange sich das umlaufende Teil dreht.
Die Steuervorrichtung weist Vorspannungserzeugungsmittel auf, sodass wenn das Ausgangssignal des Codierers auf dem H-Pegel ist, der Spannungspegel des analogen Eingangssignals ein analoger H-Pegel ist, der durch Subtrahieren eines Vorspannungsteils von einer Versorgungsspannung entsteht, aber wenn das Ausgangssignal des Codierers auf dem L-Pegel ist, der Spannungspegel des analogen Eingangssignals ein analoger L-Pegel ist, der durch Addieren eines Vorspannungsteils zu dem Erdpegel entsteht. Diese Vorspannungserzeugungsmittel können zum Beispiel mittels einer Vielzahl von Spannungsteilungswiderständen implementiert werden, die zwischen die Stromversorgungsleitung, die Signalleitungen und die Erdleitung geschaltet sind.
Wenn der Spannungspegel des analogen Eingangssignals zwischen dem analogen H-Pegel und dem analogen L-Pegel liegt, schätzen die ersten Anomaliendetektionsmittel ein, dass ein Bruch in der Signalleitung oder der Stromversorgungsleitung aufgetreten ist. Und wenn der Spannungspegel des analogen Eingangssignals näher an der Versorgungsspannung als an dem analogen H-Pegel liegt, wird eingeschätzt, dass die Signalleitung mit der Stromversorgungsleitung kurzgeschlossen worden ist, und wenn der Spannungspegel des analogen Eingangssignals näher an dem Erdpegel als an dem analogen L-Pegel liegt, wird eingeschätzt, dass die Signalleitung geerdet worden ist.
Die zweiten Anomaliendetektionsmittel detektieren die Flanken der Impulse von digitalen Signalen mit zwei Phasen und ermitteln die entsprechende Impulszahl, und wenn der Unterschied in den Impulszahlen gleich einem vorgegebenen Schwellenwert oder größer als dieser ist, detektieren sie Anomalien.
Die dritten Anomaliendetektionsmittel vergleichen die Impulsbreite des kombinierten Signals aus digitalen Signalen mit zwei Phasen in dem aktuellen Steuerzeitraum mit der Impulsbreite in beispielsweise dem vorhergehenden Steuerzeitraum, und wenn diese Impulsbreiten verschieden sind, detektieren sie Anomalien.
Die vierten Anomaliendetektionsmittel detektieren Anomalien, wenn sie die Impulsbreiten von digitalen Signalen mit zwei Phasen mit entsprechenden früheren Impulsbreiten verglichen haben und wenn sie eingeschätzt haben, dass diese Impulsbreiten unterschiedlich sind, oder wenn sie die Impulsbreite eines digitalen Signals mit einer bestimmten Phase mit der Impulsbreite für eine andere Phase verglichen haben und wenn sie eingeschätzt haben, dass diese Impulsbreiten unterschiedlich sind.
In dieser Erfindung sollten die Hauptfunktionen der ersten bis vierten Anomaliendetektionsmittel unter Verwendung der A/D-Wandlungs- und Zählerfunktionen des Mikrocomputers und von Zeitgeberfunktionen implementiert werden.
Durch Integrieren einer Vielzahl von Mikrocomputern in die Steuervorrichtung zu Redundanzzwecken, wobei jeder Mikrocomputer jeweils alle Anomaliendetektionsmittel aufweist, können Detektionsdaten zwischen den Mikrocomputern gesendet und empfangen werden und jeder Mikrocomputer kann andere Detektionsdaten mit seinen eigenen vergleichen, sodass auch Anomalien bei den Mikrocomputer-internen und ähnlichen Kommunikationsfunktionen detektiert werden können.
In der vorliegenden Erfindung kann eine Anomalienüberwachungsvorrichtung so konfiguriert sein, dass eine Vielzahl von Signalen mit verschiedenen Phasen, die Ausgangssignale eines Codierers sind, der die Position eines umlaufenden Teils detektiert, über ein Verdrahtungssystem mit einer Stromversorgungsleitung und Signalleitungen als Differenzsignale von Gruppen von Signalen in eine Steuervorrichtung eingegeben werden kann und die Steuervorrichtung die Differenzsignale verarbeiten kann und Anomalien bei dem Codierer oder dem Verdrahtungssystem detektieren kann.
In diesem Fall weist die Steuervorrichtung die folgenden ersten Anomaliendetektionsmittel, zweiten Anomaliendetektionsmittel und dritten Anomaliendetektionsmittel auf.
Und zwar wandeln die ersten Anomaliendetektionsmittel jedes der Differenzsignale der Vielzahl von Gruppen unter Bezugnahme auf das Erdpotential der Steuervorrichtung in digitale Signale um und detektieren Anomalien bei dem Codierer oder dem Verdrahtungssystem auf Grund der Impulszahlen dieser digitalen Signale. Die zweiten Anomaliendetektionsmittel detektieren Anomalien bei dem Codierer oder dem Verdrahtungssystem auf Grund der Impulsbreiten einer Vielzahl von digitalen Signalen. Die dritten Anomaliendetektionsmittel wandeln das Differenzsignal mindestens einer Gruppe unter Verwendung von Pegelmessmitteln in ein analoges Signal mit einem vorgegebenen Pegel um, detektieren den Spannungspegel des analogen Signals von dem digitalen Signal, das durch Umwandeln dieses analogen Signals erhalten wird, und detektieren Anomalien bei dem Codierer oder dem Verdrahtungssystem.
Die dritten Anomaliendetektionsmittel können so konfiguriert sein, dass sie als Pegelmessmittel entweder analoge Doppelstromversorgungs-Berechnungsmittel, in die die Differenzsignale eingegeben werden, oder analoge Berechnungsmittel aufweisen, die Einzelstromversorgungs-Berechnungsmittel mit einer überlagerten Offset-Spannung sind und in die die Differenzsignale eingegeben werden. Wenn der Spannungspegel von analogen Signalen, die von diesen analogen Berechnungsmitteln ausgegeben werden, außerhalb eines normalen Bereichs auf der positiven Seite oder außerhalb eines normalen Bereichs auf der negativen Seite liegt, werden Anomalien bei dem Codierer oder dem Verdrahtungssystem detektiert. Darüber hinaus kann eine Konfiguration verwendet werden, bei der während der Drehung des umlaufenden Teils Anomalien mit den ersten oder den zweiten Anomaliendetektionsmitteln detektiert werden, und wenn das umlaufende Teil angehalten worden ist, Anomalien mit den dritten Anomaliendetektionsmitteln detektiert werden.
Mit diesen Mitteln kann auch dann, wenn ein Leitungstreiber-Codierer verwendet wird, eine Gruppe von Differenzsignalen mit Pegelmessmitteln in den dritten Anomaliendetektionsmitteln in ein analoges Signal mit einem vorgegebenen Pegel umgewandelt werden und Anomalien bei dem Codierer selbst oder bei dem Verdrahtungssystem können auf Grund des Spannungspegels detektiert werden, wenn das umlaufende Teil angehalten worden ist. Und während der Drehung des umlaufenden Teils ist die Anomaliendetektion mit den ersten oder den zweiten Anomaliendetektionsmitteln auf Grund von digitalen Signalen möglich, die durch Umwandeln von analogen Signalen erhalten werden.
Insbesondere ist keine zusätzliche Bereitstellung einer A/D-Wandlungseinheit notwendig, sodass nicht die Gefahr eines größeren Geräteplatzbedarfs oder höherer Gerätekosten besteht, und außerdem ist die Detektion von Brüchen in einer einzelnen Leitung von zwei Differenzsignal-Signalleitungen möglich, sodass die Genauigkeit der Anomaliendetektion verbessert werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Schaltplan, der eine erste Ausführungsform der Erfindung zeigt.
2 zeigt den Spannungspegel von analogen Signalen während des normalen Betriebs in 1.
3 ist ein Zeitdiagramm, das Ausgangssignale jeder Einheit während des normalen Betriebs in 1 zeigt.
4A erläutert die Spannungspegel von analogen Signalen bei Anomalien.
4B erläutert die Spannungspegel von analogen Signalen bei Anomalien.
4C erläutert die Spannungspegel von analogen Signalen bei Anomalien.
5 ist ein Zeitdiagramm, das Ausgangssignale jeder Einheit bei Anomalien in 1 zeigt.
6 ist ein Zeitdiagramm, das Ausgangssignale jeder Einheit bei Anomalien in 1 zeigt.
7 ist ein Zeitdiagramm, das Ausgangssignale jeder Einheit bei Anomalien in 1 zeigt.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das die Anomaliendetektionsverarbeitung bei der ersten Ausführungsform zeigt.
9 ist ein Schaltplan, der eine zweite Ausführungsform der Erfindung zeigt.
10 ist ein Schaltplan, der eine dritte Ausführungsform der Erfindung zeigt.
11 ist ein Zeitdiagramm, das Ausgangssignale jeder Einheit bei normalem Betrieb in 10 zeigt.
12 ist ein Zeitdiagramm, das Ausgangssignale jeder Einheit bei Anomalien in 10 zeigt.
13 ist ein Zeitdiagramm, das Ausgangssignale jeder Einheit bei Anomalien in 10 zeigt.
14 ist ein Zeitdiagramm, das Ausgangssignale jeder Einheit bei Anomalien in 10 zeigt.
15 ist ein Schaltplan, der eine vierte Ausführungsform der Erfindung zeigt.
16 ist ein Schaltplan, der eine fünfte Ausführungsform der Erfindung zeigt.
17 zeigt einen Schaltplan und Diagramme, die die Funktionsweise eines modifizierten Beispiels der Pegelmessmittel in 16 erläutern.
18 erläutert die Funktionsweise während des normalen Betriebs bei der fünften Ausführungsform.
19 erläutert die Funktionsweise bei Anomalien bei der fünften Ausführungsform.
20 erläutert die Funktionsweise bei Anomalien bei der fünften Ausführungsform.
21 erläutert die Funktionsweise bei Anomalien bei der fünften Ausführungsform.
22 ist ein Ablaufdiagramm, das die Anomaliendetektion bei der fünften Ausführungsform zeigt.
23 ist ein Schaltplan einer Verdrahtungsanomalien-Detektionsvorrichtung bei der ersten herkömmlichen Technologie.
24 zeigt Kennlinien von analogen Eingangssignalen der Verdrahtungsanomalien-Detektionsvorrichtung in 23.
25 ist ein Zeitdiagramm, das zum Erläutern von Problemen bei der ersten herkömmlichen Technologie dient.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
1 ist ein Schaltplan, der eine erste Ausführungsform der Erfindung zeigt. In 1 bezeichnet 10 einen Codierer, der analoge Signale mit zwei Phasen mit einer Differenz von 90° ausgibt; 20 bezeichnet ein Kabel, das Stromversorgungsleitungen, Signalleitungen und Erdleitungen aufweist; und 30 bezeichnet eine Steuervorrichtung, die die Ausgangssignale des Codierers 10 verarbeitet und Anomalien des Codierers 10 und Anomalien des Verdrahtungssystems detektiert, das das Kabel 20 aufweist.
Der Codierer 10 weist einen optischen Sensor auf, der zwei Relative-Positions-Detektionssignale (Phase-A-Signale und Phase-B-Signale) mit einer Phasendifferenz von 90° erzeugt. Das umlaufende Teil und der optische Sensor sind nicht in der Zeichnung dargestellt.
Die Phase-A-Signale und die Phase-B-Signale werden jeweils in die Basis von Transistoren Tr₁ und Tr₂ mit einer komplementären Konfiguration eingegeben. Hier haben die Verarbeitungsschaltungen für Phase-A-Signale und für Phase-B-Signale die gleiche Konfiguration, und außer der komplementären Konfiguration dieser Ausführungsform kann auch eine komplementäre Konfiguration wie die der herkömmlichen Technologie von 23 verwendet werden.
Der Kollektor einer der Transistoren Tr₁ ist mit dem Stromversorgungsanschluss V_c (die Versorgungsspannung wird ebenfalls mit V_c bezeichnet) verbunden, und der Kollektor des anderen Transistors Tr₂ ist mit dem Erdanschluss M verbunden. Die Anschlusspunkte der beiden Transistoren Tr₁ und Tr₂ sind jeweils über einen Begrenzungswiderstand R₁ mit dem Phase-A-Signal-Anschluss A bzw. dem Phase-B-Signal-Anschluss B verbunden.
Die Versorgungsspannung V_c wird von der Steuervorrichtung 30 über das Kabel 20 an den Codierer 10 angelegt, und elektrische Signale verschiedener Teile des Codierers 10 nehmen als Referenz ein Potential, das für die Steuervorrichtung 30 normal ist. Die Stromversorgungsschaltung in der Steuervorrichtung 30 ist nicht in der Zeichnung dargestellt.
Um Einflüsse durch Rauschen zu vermeiden, werden normalerweise der Phase-A-Signal-Anschluss A, der Phase-B-Signal-Anschluss B und andere Teile in 1 gegen den Codierer 10 und die Steuervorrichtung 30 mit einem Lichtkoppler und einem Trennverstärker elektrisch isoliert, aber bei dieser Ausführungsform ist zur Vereinfachung der Beschreibung das Potential genauso groß wie bei dem Codierer 10 und der Steuervorrichtung 30.
Dann werden in der Steuervorrichtung 30 Spannungsteilungswiderstände R_x und R_y als Vorspannungserzeugungsmittel zwischen den Stromversorgungsanschluss V_c, den Phase-A-Signal-Anschluss A und den Erdanschluss M bzw. zwischen den Stromversorgungsanschluss V_c, den Phase-B-Signal-Anschluss B und den Erdanschluss M geschaltet. Diese Spannungsteilungswiderstände R_x und R_y können auf Werte eingestellt werden, die für den Begrenzungswiderstand R₁ in dem Codierer 10 geeignet sind, und es kann der Einschaltwiderstand einer Diode oder eine Zener-Diode verwendet werden.
Wenn das Phase-A-Signal, das von dem Codierer 10 ausgegeben wird, auf dem H-Pegel ist (der Zustand, in dem der Transistor Tr₁ eingeschaltet ist und der Transistor Tr₂ ausgeschaltet ist), wird unter Vernachlässigung des Einschaltspannungsabfalls des Transistors Tr₁ die analoge Spannung V_adet des Phase-A-Signal-Anschlusses A, die von der Steuervorrichtung 30 detektiert wird (entspricht der Spannung des analogen Signals SigAana in 1), durch die nachstehende Gleichung (1) dargestellt:
Wenn jedoch das Phase-A-Signal, das von dem Codierer 10 ausgegeben wird, auf dem L-Pegel ist (der Zustand, in dem der Transistor Tr₁ ausgeschaltet ist und der Transistor Tr₂ eingeschaltet ist), wird unter Vernachlässigung des Einschaltspannungsabfalls des Transistors Tr₂ die analoge Spannung V_adet des Phase-A-Signal-Anschlusses A durch die nachstehende Gleichung (2) dargestellt:
Das heißt, bei dem in 2 gezeigten normalen Betrieb, bei dem der Codierer 10 nicht fehlerhaft arbeitet und es keine Brüche, Kurzschlüsse, Erdungen oder Ähnliches in dem Kabel 20 gibt, wird der analoge H-Pegel [R_y·V_c/(R₁ + R_y)], der durch Subtrahieren des Vorspannungsteils von der Versorgungsspannung V_c entsteht, als die analoge Spannung V_adet detektiert, wenn das Phase-A-Signal auf dem H-Pegel ist. Und wenn das Phase-A-Signal auf dem L-Pegel ist, wird der analoge L-Pegel [R_y·V_c/(R₁ + R_x)] detektiert, der durch Addieren des Versorgungsspannungsteils zu der Erdspannung entsteht.
Die Gleichungen (1) und (2) gelten in ähnlicher Weise für die analoge Spannung an dem Phase-B-Signal-Anschluss B.
Zurück zu 1. Hier werden das analoge Signal SigAana des Phase-A-Signal-Anschlusses A und das analoge Signal SigBana des Phase-B-Signal-Anschlusses B entsprechend in Analogeingangseinheiten 331A und 331B in dem Mikroprozessor 33 eingegeben, der die Verarbeitungseinheit in der Steuervorrichtung 30 ist. Die Ausgangssignale der Analogeingangseinheiten 331A und 331B werden von A/D-Wandlungseinheiten 332A und 332B in digitale Signale umgewandelt. In nachfolgenden Pegelanomalien-Detektionseinheiten 333A und 333B, in die diese digitalen Signale eingegeben werden, werden Anomalien dadurch detektiert, dass eingeschätzt wird, ob als die analoge Spannung der vorgenannte analoge H-Pegel oder der vorgenannte analoge L-Pegel detektiert wird. Die Einzelheiten des Anomaliendetektionsverfahrens werden später beschrieben.
In der vorstehenden Konfiguration bilden die Analogeingangseinheiten 331A und 331B, die A/D-Wandlungseinheiten 332A und 332B und die Pegelanomalien-Detektionseinheiten 333A und 333B die ersten Anomaliendetektionsmittel.
Digitalsignal-Verarbeitungsmittel 31A und 31B in 1 sind eine Art von A/D-Wandlungsmitteln, die einen Komparator oder Ähnliches verwenden, um das analoge Signal mit einem Schwellenwert zu vergleichen, um die digitalen Signale SigA und SigB für die Phase A und die Phase B zu erzeugen, die dann in den Mikrocomputer 33 eingegeben werden. Signalkombinationsmittel 32 ermitteln die exklusive logische Summe der digitalen Signale SigA und SigB und geben das resultierende kombinierte Signal SigAB in den Mikrocomputer 33 ein.
Die digitalen Signale SigA und SigB und das kombinierte Signal SigAB werden entsprechend in Digitaleingangseinheiten 334A, 334B und 337 in dem Mikrocomputer 33 eingegeben.
Die Ausgangssignale der Digitaleingangseinheiten 334A und 334B werden über Zähler 335A und 335B in eine Impulszahlenvergleichs-Anomaliendetektionseinheit 336 eingegeben, und Anomalien werden durch Vergleichen der Impulszahlen der digitalen Signale SigA und SigB detektiert.
Das Ausgangssignal der Digitaleingangseinheit 337 wird über einen Zeitgeber 338 in eine Impulsbreitenvergleichs-Anomaliendetektionseinheit 339 eingegeben, und Anomalien werden auf Grund der Impulsbreite (oder Periode) des kombinierten H-Pegel-Signals SigAB detektiert.
Bei der vorstehenden Konfiguration bilden die Digitaleingangseinheiten 334A und 334B, die Zähler 335A und 335B und die Impulszahlenvergleichs-Anomaliendetektionseinheit 336 die zweiten Anomaliendetektionsmittel, und die Signalkombinationsmittel 32, die Digitaleingangseinheit 337, der Zeitgeber 338 und die Impulsbreitenvergleichs-Anomaliendetektionseinheit 339 bilden die dritten Anomaliendetektionsmittel.
3 ist Zeitdiagramm, das für den normalen Betrieb Ausgangssignale der Digitalsignal-Verarbeitungsmittel 31A und 31B (digitale Signale SigA und SigB), Ausgangssignale der Signalkombinationsmittel 32 (kombiniertes Signal SigAB) und Ausgangssignale der Zähler 335A und 335B und des Zeitgebers 338 zeigt. Der Steuerzeitraum T_s bezeichnet einen konstanten Verarbeitungszeitraum des Mikroprozessors 33.
Der Phase-A-Zähler 335A zählt die Anzahl von ansteigenden Flanken des digitalen Signals SigA, die in dem Steuerzeitraum T_s detektiert werden, und speichert den Zählwert für jeden Steuerzeitraum T_s in einem internen Speicher. In 3 sind ein vorhergehender Zählwert CountA₀ und ein Zählwert CountA₁ gezeigt, der während des aktuellen Steuerzeitraums T_s gemessen wird. In diesem Beispiel wird die ansteigende Flanke des digitalen Signals SigA 4-mal in dem Steuerzeitraum T_s detektiert, sodass der Zählwert 4 ist.
Der Phase-B-Zähler 335B zählt die Anzahl von ansteigenden Flanken des digitalen Signals SigB, die in dem Steuerzeitraum T_s detektiert werden, und speichert den Zählwert für jeden Steuerzeitraum T_s in dem internen Speicher. In 3 sind ein vorhergehender Zählwert CountB₀ und ein Zählwert CountB₁ gezeigt, der während des aktuellen Steuerzeitraums T_s gemessen wird. In diesem Beispiel wird die ansteigende Flanke des digitalen Signals SigB 5-mal in dem Steuerzeitraum T_s detektiert, sodass der Zählwert 5 ist.
Der Zeitgeber 338 misst die Breite des H-Pegels des kombinierten Signals SigAB. In dem Zeitgeber 338 sind zwei Kanäle vorgesehen, und die Breite des H-Pegels und die Breite des L-Pegels des kombinierten Signals SigAB können jeweils gemessen und miteinander verglichen werden. In dem Beispiel von 3 wird immer dann, wenn das kombinierte Signal SigAB von dem H-Pegel zu dem L-Pegel wechselt, die gemessene Breite des H-Pegels in dem internen Speicher als ein Zählwert CountT_high gespeichert.
Nun werden die Anomaliendetektionsverfahren dieser Ausführungsform beschrieben.
Zunächst wird ein Anomaliendetektionsverfahren näher beschrieben, bei dem durch Überwachen des Spannungspegels von analogen Signalen, die in den Mikrocomputer 33 eingegeben werden, eine Anomaliendetektion auch dann möglich ist, wenn die Abtriebswelle des Motors oder ein anderes umlaufendes Teil angehalten wird.
Die 4A bis 4C sind Figuren, die zum Erläutern der Spannungspegel des analogen Phase-A-Signals SigAana bei einer Anomalie dienen. Die nachstehende Erläuterung gilt analog für den Spannungspegel des analogen Phase-B-Signals SigBana.
4A zeigt den Fall, dass es einen Bruch in dem Kabel 20 (Stromversorgungsleitung, Signalleitung oder Erdleitung) gibt. 4B zeigt den Fall, dass die Phase-A-Signalleitung mit der Stromversorgungsleitung (Versorgungsspannung V_c) kurzgeschlossen ist, und 4C zeigt den Fall, dass die Phase-A-Signalleitung mit der Erdleitung kurzgeschlossen ist (das heißt, sie ist geerdet).
Wenn bei dem Kabelbruch von 4A die Transistoren Tr₁ und Tr₂ nicht eingeschaltet sind, da das umlaufende Teil angehalten worden ist, oder wenn sie aus einem anderen Grund nicht eingeschaltet sind, fließt Strom nur in den Spannungsteilungswiderständen R_x und R_y, unabhängig davon, ob sich der Bruch in einer Stromversorgungsleitung, einer Signalleitung oder einer Erdleitung befindet. Aus diesem Grund ist die Spannung V_adet des analogen Signals SigAana die Spannung, die durch Gleichung (3) angegeben wird. Wenn der Transistor Tr₁ oder der Transistor Tr₂ eingeschaltet ist, wird die Spannung durch die vorstehende Gleichung (1) oder die vorstehende Gleichung (2) angegeben.
Das heißt, durch den Kabelbruch ist die analoge Spannung V_adet auf einem Pegel zwischen denen der Gleichungen (1) und (2). Somit kann durch Festlegen eines unteren Grenzwerts für die Spannung auf der rechten Seite von Gleichung (1) sowie durch Festlegen eines oberen Grenzwerts für die Spannung auf der rechten Seite von Gleichung (2) und dadurch, dass man die Pegelanomalien-Detektionseinheiten 333A und 333B in 1 den Wert der analogen Spannung V_adet zwischen dem unteren Grenzwert und dem oberen Grenzwert detektieren lässt, eingeschätzt werden, dass ein Bruch in dem Kabel 20 aufgetreten ist.
Wenn in dem Fall, dass die Phase-A-Signalleitung und die Stromversorgungsleitung kurzgeschlossen sind, wie es in 4B gezeigt ist, der Transistor Tr₁ eingeschaltet wird, fließt kein Strom in dem Spannungsteilungswiderstand R_x, sondern der Strom fließt über den Kurzschlussweg, sodass die Versorgungsspannung V_c nicht geteilt wird. Und wenn der Transistor Tr₂ eingeschaltet wird, fließt ebenfalls kein Strom in dem Spannungsteilungswiderstand R_x, sodass die Versorgungsspannung V_c ebenfalls nicht geteilt wird. Somit wird unabhängig davon, ob sich das umlaufende Teil dreht oder ob es angehalten worden ist, die analoge Spannung V_adet durch Gleichung (4) dargestellt: Vadet = Vc (4).
Das heißt, wenn es einen Kurzschluss gibt, wird eine Spannung, die höher als die Spannung auf der rechten Seite von Gleichung (1) ist, als die analoge Spannung V_adet detektiert, sodass in dem Fall, dass vorher ein oberer Grenzwert für die Spannung auf der rechten Seite von Gleichung (1) festgelegt worden ist, eingeschätzt werden kann, dass es einen Kurzschluss zwischen einer Signalleitung und der Stromversorgung gibt, wenn die Pegelanomalien-Detektionseinheiten 333A und 333B eine analoge Spannung V_adet detektieren, die größer als dieser obere Grenzwert ist.
Wenn es zu einer Erdung kommt, die in 4C gezeigt ist, fließt in dem Fall, dass der Transistor Tr₁ eingeschaltet wird, kein Strom in dem Spannungsteilungswiderstand R_y, sondern der Strom fließt über den Kurzschlussweg, sodass die Versorgungsspannung V_c nicht geteilt wird. Und wenn der Transistor Tr₂ ebenfalls eingeschaltet wird, fließt ebenfalls kein Strom in dem Spannungsteilungswiderstand R_y, sodass die Versorgungsspannung V_c ebenfalls nicht geteilt wird. Somit wird unabhängig davon, ob sich das umlaufende Teil dreht oder ob es angehalten worden ist, die analoge Spannung V_adet durch Gleichung (5) dargestellt: Vadet = 0 (5).
Das heißt, bei einer Erdung wird eine Spannung, die niedriger als die Spannung auf der rechten Seite von Gleichung (2) ist, als die analoge Spannung V_adet detektiert, sodass durch vorheriges Festlegen eines unteren Grenzwerts für die Spannung auf der rechten Seite von Gleichung (2) in dem Fall, dass die Pegelanomalien-Detektionseinheiten 333A und 333B eine analoge Spannung V_adet detektieren, die niedriger als dieser untere Grenzwert ist, eingeschätzt werden kann, dass eine Signalleitung geerdet worden ist.
Wie vorstehend dargelegt worden ist, können bei dieser Ausführungsform die Pegelanomalien-Detektionseinheiten 333A und 333B durch Detektieren des Spannungspegels der analogen Eingangssignale Anomalien (Brüche in dem Kabel 20, Kurzschlüsse von Signalleitungen mit Stromversorgungsleitungen, Erdung und dergleichen) detektieren, wenn das umlaufende Teil angehalten worden ist. Und auch wenn sich das umlaufende Teil dreht, können Kurzschlüsse von Signalleitungen mit Stromversorgungsleitungen und Erdung detektiert werden.
Wenn solche Erscheinungen wie Brüche in dem Kabel 20, Kurzschlüsse, Erdung und dergleichen in dem Codierer 10 oder an der Eingangsseite des Mikrocomputers 33 in der Steuervorrichtung 30 auftreten, ist eine Anomaliendetektion ebenso möglich.
5 ist ein Zeitdiagramm, das Ausgangssignale jeder Einheit für den Fall zeigt, dass eine Anomalie in dem digitalen Phase-A-Signal SigA (dem Ausgangssignal der Digitalsignal-Verarbeitungsmittel 31A) aufgetreten ist. Die nachstehende Erläuterung gilt in der gleichen Weise für Anomalien in dem digitalen Phase-B-Signal SigB.
Wenn durch Kurzschließen der Phase-A-Signalleitung mit der Stromversorgungsleitung oder aus einem anderen Grund das digitale Phase-A-Signal SigA auf dem H-Pegel ist, nimmt zunächst die Anzahl der Impulse ab, die von dem Phase-A-Zähler 335A in 1 ausgegeben werden, und es kommt zu einem Fehler bei der Impulszahl, die von dem Phase-B-Zähler 335B ausgegeben wird. Daher vergleicht die Impulszahlenvergleichs-Anomaliendetektionseinheit 336 in 1 die Zählwerte CountA₁ und CountB₁ der beiden Zähler 335A und 335B in jedem Steuerzeitraum T_s und schätzt ein, dass eine Anomalie aufgetreten ist, wenn die Differenz größer als ein vorgegebener Schwellenwert wird.
Ein Fehler von etwa ±1 tritt zwischen den beiden Zählwerten in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt in dem Steuerzeitraum T_s auch bei normalem Betrieb auf, und daher sollte der Schwellenwert ein Wert sein, der größer als 2 ist. In dem Beispiel von 5 ist der Zählwert CountA₁ gleich 2 und der Zählwert CountB₁ ist gleich 5, sodass durch Festlegen eines Schwellenwerts von zum Beispiel 2 eine Anomalie detektiert werden kann.
Eine Anomaliendetektion ist nach dem gleichen Prinzip möglich, wenn ein digitales Signal nicht nur infolge von Kurzschlüssen zwischen einer Signalleitung und einer Stromversorgungsleitung, sondern auch infolge eines Kabelbruchs, einer Erdung oder aus einem anderen Grund auf dem L-Pegel ist.
6 zeigt die Funktionsweise in dem Fall, dass eine Anomalie sowohl in dem digitalen Phase-A-Signal SigA als auch in dem digitalen Phase-B-Signal SigB aufgetreten ist.
In dem Beispiel von 6 sind die Zählwerte CountA₁ und CountB₁ beide gleich 2, sodass weder mit der Impulszahlenvergleichs-Anomaliendetektionseinheit 336 noch mit der zweiten herkömmlichen Technologie eine Anomalie detektiert werden kann.
In diesem Fall ist bei dieser Ausführungsform, wie in 6 gezeigt ist, das kombinierte Signal SigAB (Ausgangssignal der Signalkombinationsmittel 32), das die exklusive logische Summe aus den digitalen Signalen SigA und SigB ist, unverändert auf dem H-Pegel, sodass der Zeitgeber 338, der die Breite des H-Pegels misst, nicht mehr aktualisiert wird. Daher kann, wenn die Impulsbreitenvergleichs-Anomaliendetektionseinheit 339 von 1 den aktuellen Zeitgeberwert (Impulsbreite) mit dem Zeitgeberwert in dem vorhergehenden Steuerzeitraum T_s vergleicht oder einen Überlauf des Zeitraummessungs-Zeitgebers detektiert oder eine ähnliche Verarbeitung durchgeführt, der Umstand, dass Anomalien in beiden digitalen Signalen SigA und SigB aufgetreten sind, problemlos detektiert werden.
7 zeigt den Fall, dass eine Anomalie in der Phase des digitalen Phase-A-Signals SigA aufgetreten ist. Eine solche Phasenanomalie in dem digitalen Phase-A-Signal SigA könnte mutmaßlich zum Beispiel bei einem partiellen Kurzschluss zwischen der Seite der Phase A und der Seite der Phase B oder dann auftreten, wenn die Transistoren Tr₁ und Tr₂ in dem Codierer 10 fehlerhaft arbeiten.
Wenn in diesem Fall zum Beispiel die zweite herkömmliche Technologie verwendet wird, gibt es keine Änderung in der Impulszahl für jede Phase, und es hat den Anschein, dass es bereits einen Übergang von einer partiellen Anomalie zu dem normalen Zustand gegeben hat, sodass eine Anomaliendetektion nicht möglich ist.
Hingegen misst bei dieser Ausführungsform der Zeitgeber 338 die Breite des H-Pegels des kombinierten Signals SigAB, sodass durch Vergleichen des aktuellen Zeitgeberwerts mit dem Zeitgeberwert in dem vorhergehenden Steuerzeitraum T_s und durch Ermitteln der Zeitdifferenz eine Anomaliendetektion mit einfachen Mitteln durchgeführt werden kann.
8 ist ein Ablaufdiagramm für die vorstehend beschriebene Einschätzung von Anomalien.
Zunächst wird ermittelt, ob sich das umlaufende Teil dreht oder ob es angehalten worden ist (Schritt S1). Wenn das umlaufende Teil zum Beispiel die Abtriebswelle eines Motors ist, kann bei Verwendung eines Codierers zum Detektieren der Motor-Drehzahl und der Läuferposition durch Ermitteln, ob ein oder mehrere Ausgangs-Impulse des Codierers in einem festen Zeitintervall detektiert worden sind oder nicht, oder durch Referenzieren eines Sollwerts für die Motor-Drehzahl, eines Betriebsbefehlsflags, eines Spannungs-Sollwerts, eines Stromdetektionswerts oder anderer Informationen problemlos ermittelt werden, ob sich das umlaufende Teil dreht oder ob es angehalten worden ist.
Wenn das umlaufende Teil angehalten worden ist, kann der Spannungspegel des analogen Signals von den Pegelanomalien-Detektionseinheiten 333A und 333B zum Einschätzen von Anomalien verwendet werden, wie vorstehend dargelegt worden ist, und ob eine Anomalie vorliegt, wird anhand von Gleichung (1) und Gleichung (2) auf Grund dessen eingeschätzt, ob die detektierte analoge Spannung V_adet in einem Bereich von Schwellenwerten liegt (Ja im Schritt S1; Schritte S2 und S3).
Wenn sich das umlaufende Teil dreht, schätzt die Impulszahlenvergleichs-Anomaliendetektionseinheit 336 auf Grund dessen, ob die Differenz in den Impulszahlen den Schwellenwert überschritten hat, ein, ob eine Anomalie vorliegt oder nicht (Nein im Schritt S1, Schritte S6 und S7). Wenn die Differenz in den Impulszahlen nicht den Schwellenwert überschritten hat, vergleicht die Impulsbreitenvergleichs-Anomaliendetektionseinheit 339 den Zeitgeberwert (Impulsbreite) mit dem vorhergehenden Wert oder dergleichen und schätzt ein, ob eine Anomalie vorliegt (Nein im Schritt S7; Schritte S9 und S10).
Wenn bei einem der vorstehenden Einschätzungsschritte eingeschätzt wird, dass eine Anomalie vorliegt (Ja im Schritt S3 oder Ja in S7 oder Ja in S10), wird der Betrieb des umlaufenden Teils, also des Motors, unterbrochen, ein Anomaliendetektionssignal wird als Alarmsignal nach außen ausgegeben oder es wird eine andere Verarbeitung beim Auftreten einer Anomalie durchgeführt (Schritte S4, S8 und S11). Wenn eingeschätzt wird, dass keine Anomalie aufgetreten ist (Nein im Schritt S3 oder Nein im Schritt S10), wird die normale Steuerung als Verarbeitung im normalen Modus durchgeführt, um den Betrieb fortzusetzen (Schritte S5 und S12).
Wie aus 3 hervorgeht, werden die von dem Zeitgeber 338 ermittelten Messwerte für die Impulsbreite an jeder Flanke des Impulses aktualisiert (kombiniertes Signal SigAB), sodass eine redundante Interrupt-Verarbeitung in dem Mikrocomputer 33 genutzt werden kann, wobei Messungen auf einem Interrupt-Pegel durchgeführt werden, die von denen bei Impulszahl-Messungen verschieden sind. Dadurch wird eine Phasenanomalie auch dann nicht übersehen und kann auch dann detektiert werden, wenn sie nur in einem Teil des Steuerzeitraums T_s auftritt.
9 ist ein Schaltplan, der eine zweite Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass zwei Mikrocomputer zur gegenseitigen Überwachung in der Steuervorrichtung vorgesehen sind, sodass die Zuverlässigkeit der Anomalienüberwachungsvorrichtung verbessert wird. Bestandteilen, die die Gleichen wie bei der ersten Ausführungsform sind, sind die gleichen Bezugssymbole zugewiesen, und die Beschreibungen werden weggelassen. Die nachstehende Beschreibung konzentriert sich hauptsächlich auf andere Einheiten.
In 9 verwendet eine Steuervorrichtung 300 zwei Mikrocomputer 301X und 301Y. Ähnlich wie bei 1 weisen diese Mikrocomputer 301X und 301Y jeweils Folgendes auf: erste Anomaliendetektionsmittel, die Analogeingangseinheiten 331A und 331B, die analoge Signale SigAana und SigBana verarbeiten, A/D-Wandlungseinheiten 332A und 332B und Pegelanomalien-Detektionseinheiten 333A und 333B umfassen; zweite Anomaliendetektionsmittel, die Digitaleingangseinheiten 334A und 334B, die digitale Eingangssignale SigA und SigB verarbeiten, Zähler 335A und 335B und eine Impulszahlenvergleichs-Anomaliendetektionseinheit 336 umfassen; und dritte Anomaliendetektionsmittel, die eine Digitaleingangseinheit 337, die ein kombiniertes Signal SigAB verarbeitet, das von Signalkombinationsmitteln 32 erzeugt wird, einen Zeitgeber 338 und eine Impulsbreitenvergleichs-Anomaliendetektionseinheit 339 umfassen. In 9 sind Bezugssymbole nur den Bestandteilen des einen Mikrocomputers 301X zugewiesen.
Darüber hinaus sind Kommunikationsmittel 302X und Datenvergleichsmittel 303X in dem einen Mikrocomputer 301X vorgesehen, und Kommunikationsmittel 302Y und Datenvergleichsmittel 303Y sind ebenso in dem anderen Mikrocomputer 301Y vorgesehen.
Hier sind die Kommunikationsmittel 302X und 302Y für das gegenseitige Senden und Empfangen von Anomaliendetektionsergebnissen, Analogsignal-Spannungspegeln, Impulszahlen von digitalen Signalen, Impulsbreiten des H-Pegels von kombinierten Signalen und anderen Detektionsdaten jedes der Mikrocomputer 301X und 301Y an den und von dem anderen Mikrocomputer vorgesehen. Die Datenvergleichsmittel 303X und 303Y sind zum Vergleichen der Detektionsdaten des anderen Mikrocomputers, die mit dem Mikrocomputer empfangen worden sind, mit den eigenen Detektionsdaten des Mikrocomputers und zum Ausgeben eines Anomaliendetektionssignals 1 und eines Anomaliendetektionssignals 2 entsprechend dem Ergebnis vorgesehen.
In dem Beispiel von 9 sind die beiden Mikrocomputer 301X und 301Y auf der Ausgangsseite der Digitalsignal-Verarbeitungsmittel 31A und 31B und der Signalkombinationsmittel 32 vorgesehen. Auch wenn es hier nicht dargestellt ist, kann eine Doppelkonfiguration für die Digitalsignal-Verarbeitungsmittel 31A und 31B und die Signalkombinationsmittel 32 auch auf der Eingangsseite jedes der Mikrocomputer 301X und 301Y vorgesehen werden.
Der Modus der Kommunikation zwischen den Mikrocomputern 301X und 301Y kann entweder synchron oder asynchron sein, und er ist nicht besonders beschränkt.
Da die Anomaliendetektion mit jedem der Mikrocomputer 301X und 301Y ähnlich der bei der ersten Ausführungsform ist, erfolgt hier keine detaillierte Beschreibung.
Bei dieser Ausführungsform werden jedoch die Daten, die von dem anderen Mikrocomputer empfangen werden, mittels der Datenvergleichsmittel 303X und 303Y mit den eigenen Anomaliendetektionsergebnissen, Analogsignal-Spannungspegeln, Impulszahlen von digitalen Signalen und Impulsbreiten des Mikrocomputers verglichen, und wenn es Unterschiede zwischen ihnen gibt und die Unterschiede in den Spannungspegeln, Impulszahlen und Impulsbreiten größer als der vorgegebene Schwellenwert sind, wird ein Anomaliendetektionssignal 1 oder ein Anomaliendetektionssignal 2 ausgegeben. Mittels dieser Anomaliendetektionssignale kann auf Verdrahtungsanomalien über die Doppelkonfiguration hinaus, Anomalien bei internen Funktionen von Mikrocomputern (A/D-Wandlungseinheit, Zähler, Zeitgeber und dergleichen) oder eine Anomalie des Kommunikationssystems geschlossen werden, sodass mit Hilfe des Anomaliendetektionssignals 1 oder des Anomaliendetektionssignals 2 Funktionen der Mikrocomputer 301X und 301Y beurteilt werden können.
Die Schwellenwerte, die mit Spannungspegel-, Impulszahlen- und Impulsbreiten-Unterschieden verglichen werden, können frei festgelegt werden, aber da Anomalien, die durch Mikrocomputer-Funktionen bedingt sind, dominieren, sollten die Werte mit ausreichenden Bereichen festgelegt werden, sodass es keine fälschliche Detektion gibt.
Hier können natürlich das Anomaliendetektionssignal 1 und das Anomaliendetektionssignal 2 die Anomaliendetektionsergebnisse der Pegelanomaliendetektion selbst, der Impulszahlenvergleichs-Anomaliendetektion und der Impulsbreitenvergleichs-Anomaliendetektion enthalten.
Auf diese Weise ist es mit Hilfe dieser Ausführungsform möglich, Anomalien zwischen dem Codierer und dem Mikrocomputer sowie Anomalien bei den internen Funktionen eines Mikrocomputers zu detektieren, sodass die Zuverlässigkeit der Anomalienüberwachungsvorrichtung gegenüber der ersten Ausführungsform weiter verbessert werden kann.
10 ist ein Schaltplan, der eine dritte Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Wenn bei der ersten und zweiten Ausführungsform, die vorstehend beschrieben worden sind, die Impulsbreitenvergleichs-Anomaliendetektionseinheit 339 Anomalien auf Grund eines Zeitgeberwerts (Impulsbreite) detektiert, müssen die Signalkombinationsmittel 32 die digitalen Phase-A- und Phase-B-Signale SigA und SigB, die verschiedene Phasen haben, kombinieren, um das kombinierte Signal SigAB zu erzeugen. Wie jedoch in 3 und an anderen Stellen ersichtlich wird, beträgt die Impulsbreite des H-Pegels des kombinierten Signals SigAB die Hälfte der Impulsbreiten der H-Pegel der ursprünglichen digitalen Signale SigA und SigB. Daher wird, wenn sich das umlaufende Teil schnell dreht, die Impulsbreite des H-Pegels des kombinierten Signals SigAB zu klein, und infolge von Beschränkungen bei der Takt-Auflösung des Mikrocomputers wird die Messung unmöglich, wenn die Impulsbreite kleiner als die Zeitintervalle wird, die von dem Zeitgeber gemessen werden. Darüber hinaus ist es bei der ersten und der zweiten Ausführungsform nicht möglich, das kombinierte Signal innerhalb des Mikrocomputers zu erzeugen, und es muss zusätzlich eine externe Logikschaltung verwendet werden, um die Signalkombinationsmittel 32 zu realisieren, was zu steigenden Kosten führt.
Daher wurde die dritte Ausführungsform entwickelt, um den Bereich von Drehzahlen bei der Anomaliendetektion zu erweitern und um die Kosten weiter zu senken.
Nachstehend wird die Schaltungskonfiguration dieser dritten Ausführungsform erläutert. Bestandteilen, die die Gleichen wie bei der ersten und der zweiten Ausführungsform sind, sind die gleichen Bezugssymbole zugewiesen worden und die Beschreibungen werden weggelassen.
In 10 bezeichnet 310 eine Steuervorrichtung. Bei dieser Ausführungsform werden die vorgenannten Signalkombinationsmittel 32 nicht benötigt, und die interne Konfiguration des Mikrocomputers 311 ist von der bei der vorstehenden ersten und zweiten Ausführungsform verschieden. Das heißt, die digitalen Phase-A- und Phase-B-Signale SigA und SigB, die von den Digitalsignal-Verarbeitungsmitteln 31A und 31B ausgegeben werden, werden jeweils in Digitaleingangseinheiten 337A und 337B in dem Mikrocomputer 311 eingegeben, ohne kombiniert zu werden. An der Ausgangsseite der Digitaleingangseinheiten 337A und 337B sind Zeitgeber 338A und 338B, die die Breite der H-Pegel des digitalen Phase-A-Signals SigA und des digitalen Phase-B-Signals SigB messen, entsprechend angeschlossen, und an der Ausgangsseite der Zeitgeber 338A und 338B ist eine Impulsbreitenvergleichs-Anomaliendetektionseinheit 340 angeschlossen. Hier vergleicht die Impulsbreitenvergleichs-Anomaliendetektionseinheit 340 die vorhergehenden Werte mit den aktuellen Zeitgeberwerten (Breite der H-Pegel der digitalen Signale SigA und SigB) oder sie vergleicht den Zeitgeberwert für die Phase A mit dem Zeitgeberwert für die Phase B und detektiert eine Anomalie, wenn diese einen vorgegebenen Schwellenwert überschreiten.
Bei der vorstehenden Konfiguration bilden die Digitaleingangseinheiten 337A und 337B, die Zeitgeber 338A und 338B und die Impulsbreitenvergleichs-Anomaliendetektionseinheit 340 die vierten Anomaliendetektionsmittel.
Nun wird die Funktionsweise der dritten Ausführungsform erläutert. Da bei angehaltenem umlaufenden Teil die Anomaliendetektion auf analogen Signalen beruht, wird nachstehend die Anomaliendetektion auf Grund des digitalen Phase-A-Signals SigA und des digitalen Phase-B-Signals SigB bei der Drehung des umlaufenden Teils erläutert.
11 ist ein Zeitdiagramm, das die Ausgangssignale während des normalen Betriebs der Digitalsignal-Verarbeitungsmittel 31A und 31B, der Zähler 335A und 335B und der Zeitgeber 338A und 338B zeigt. Zum Vergleich ist auch das Ausgangssignal der Signalkombinationsmittel 32 (das kombinierte Signal SigAB) bei der ersten Ausführungsform dargestellt.
Die Funktionsweise der Zähler 335A und 335B in 11 ist die Gleiche wie in 3, und daher wird nur die Funktionsweise der Zeitgeber 338A und 338B erläutert.
Der Zeitgeber 338A beginnt den Betrieb an der ansteigenden Flanke des digitalen Phase-A-Signals SigA und misst durch Speichern des Zeitgeberwerts an der abfallenden Flanke die Breite des H-Pegels des digitalen Phase-A-Signals SigA mittels dieses Zeitgeberwerts. Gleichermaßen beginnt der Zeitgeber 338B den Betrieb an der ansteigenden Flanke des digitalen Phase-B-Signals SigB und misst durch Speichern des Zeitgeberwerts an der abfallenden Flanke die Breite des H-Pegels des digitalen Phase-B-Signals SigB mittels dieses Zeitgeberwerts. In 11 bezeichnen T_A0, T_A1, ..., T_B0, TB1, ... Zeitgeberwerte (die Breite der H-Pegel der digitalen Signale SigA und SigB).
Die Impulsbreitenvergleichs-Anomaliendetektionseinheit 340 vergleicht die einzelnen vorhergehenden mit den aktuellen Zeitgeberwerten für die Phase A und die Phase B und schätzt in dem Beispiel von 11 auf Grund des Umstands, dass die vorhergehenden Werte und die aktuellen Werte gleichgroß sind, ein, dass der Betrieb normal ist.
12 ist ein Zeitdiagramm für den Fall, dass eine Anomalie in dem digitalen Phase-A-Signal SigA aufgetreten ist. Wenn durch Kurzschließen der Phase-A-Signalleitung mit der Stromversorgungsleitung oder aus einem anderen Grund das digitale Phase-A-Signal SigA auf dem H-Pegel ist, wird in dem Fall, dass die Differenz zwischen den Zählwerten CountA₁ und CountB₁ der Zähler 335A und 335B größer als ein vorgegebener Schwellenwert (zum Beispiel 2) wird, wie vorstehend bei 5 eingeschätzt, dass eine Anomalie aufgetreten ist. In den Fällen, in denen das digitale Phase-A-Signal SigA infolge eines Kabelbruchs, einer Erdung oder dergleichen auf dem L-Pegel ist, sowie in den Fällen, in denen eine Anomalie bei dem digitalen Phase-B-Signal SigB auftritt, ist eine Anomaliendetektion nach dem gleichen Prinzip möglich.
13 ist ein Zeitdiagramm für den Fall, dass Anomalien sowohl bei dem Phase-A-Signal SigA als auch bei dem Phase-B-Signal SigB aufgetreten sind.
In diesem Fall sind in dem Beispiel von 13 die Zählwerte CountA₁ und CountB₁ beide gleich 2, sodass die Impulszahlenvergleichs-Anomaliendetektionseinheit 336 keine Anomalie detektieren kann. Bei dieser Ausführungsform werden also die vorhergehenden Werte mit den aktuellen Werten des Phase-A-Zeitgebers bzw. des Phase-B-Zeitgebers verglichen.
Das heißt, in 13 wird die Breite des H-Pegels für die digitalen Signale SigA und SigB (das heißt, die Zeitgeberwerte TA₁ und TB₁) unmittelbar vor dem Auftreten einer Anomalie für die Phase A und die Phase B gemessen, aber wegen des Auftretens der Anomalie haben die digitalen Signale SigA und SigB keine abfallenden Flanken, die zum Speichern der Zeitgeberwerte erforderlich sind, sodass nach dem Auftreten der Anomalie die Zeitgeberwerte für die Phase A und die Phase B addiert werden. Daher treten, wenn die Zeitgeberwerte TA₁ und TB₁, die gerade für die Phase A und die Phase B addiert werden, mit den vorhergehenden Zeitgeberwerten TA₀ und TB₀ zu vorgegebenen Zeitpunkten verglichen werden, große Differenzen zwischen TA₁ und TA₀ und zwischen TB₁ und TB₀ auf, sodass in dem Fall, dass diese Differenzen den vorgegebenen Schwellenwert überschreiten, das Auftreten einer Anomalie für das digitale Phase-A-Signal SigA und das digitale Phase-B-Signal SigB detektiert wird.
14 ist ein Zeitdiagramm für den Fall, dass eine Anomalie in der Phase des digitalen Phase-A-Signals SigA aufgetreten ist. Wie bei 7 dargelegt worden ist, entsteht eine solche Phasenanomalie durch partielle Kurzschlüsse zwischen der Seite der Phase A und der Seite der Phase B, Störungen bei den Transistoren Tr₁ und Tr₂ in dem Codierer 10 oder aus anderen Gründen.
In diesem Fall sind die Differenzen in der Impulszahl des digitalen Phase-A-Signals SigA und des digitalen Phase-B-Signals SigB zwar nicht gleich dem, oder größer als der, Schwellenwert (zum Beispiel 2), aber es besteht eine Differenz zwischen dem Zeitgeberwert für die Phase A, die eine Anomalie hat, und dem Zeitgeberwert für die Phase B, die normal ist. Das heißt, es treten Differenzen zwischen T_Aerr1 und T_B1 und zwischen T_Aerr2 und T_B2 auf. Darüber hinaus tritt auch eine Differenz zum Beispiel zwischen dem aktuellen Zeitgeberwert T_Aerr1 und dem vorhergehenden Zeitgeberwert T_A1 des digitalen Phase-A-Signals SigA auf.
Somit detektiert bei dieser Ausführungsform die Impulsbreitenvergleichs-Anomaliendetektionseinheit 340 eine Anomalie des digitalen Phase-A-Signals SigA auf Grund der Differenz zwischen den Zeitgeberwerten T_Aerr1 und T_B1 oder der Differenz zwischen den Zeitgeberwerten T_Aerr2 und T_B2 oder der Differenz zwischen den Zeitgeberwerten T_Aerr1 und T_A1.
Die Anomalien, die in 13 und 14 auftreten, können auch zum Beispiel mit der ersten Ausführungsform detektiert werden, während bei der dritten Ausführungsform die Breite des H-Pegels des digitalen Phase-A-Signals SigA und des digitalen Phase-B-Signals SigB gemessen wird, und diese Breite beträgt das Doppelte der Breite des H-Pegels des kombinierten Signals SigAB, das der Gegenstand der Messung bei der ersten Ausführungsform ist. Daher können in dem Fall, dass ein Mikrocomputer mit der gleichen Taktfrequenz verwendet wird, Drehzahlen gemessen werden, die bis zu zweimal so hoch wie bei der ersten Ausführungsform sind, sodass der Bereich der Drehzahlen erweitert werden kann.
Darüber hinaus besteht bei der dritten Ausführungsform keine Notwendigkeit für die Logikschaltung, die als Signalkombinationsmittel 32 bei der ersten und zweiten Ausführungsform verwendet wird, und die vereinfachte Schaltungskonfiguration ermöglicht einer geringere Größe und niedrigere Kosten.
Das Ablaufdiagramm für die Einschätzung von Anomalien bei der dritten Ausführungsform gleicht grundsätzlich dem von 8, das vorstehend beschrieben worden ist, mit der Ausnahme, dass bei der dritten Ausführungsform kein kombiniertes Signal SigAB in dem Impulsbreiten-Messschritt (S9) und dem Anomalieneinschätzungsschritt (S10) von 8 gemessen wird, sondern die Breite des H-Pegels des digitalen Phase-A-Signals SigA und des digitalen Phase-B-Signals SigB jeweils einzeln gemessen wird, um eine Einschätzung von Anomalien vorzunehmen.
15 ist ein Schaltplan einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Bei der vierten Ausführungsform sind zwei Mikrocomputer in der Steuervorrichtung der dritten Ausführungsform vorgesehen, die eine gegenseitige Überwachung ermöglichen.
Das heißt, in 15 weist eine Steuervorrichtung 320 zwei Mikrocomputer 311X und 311Y auf. Diese Mikrocomputer 311X und 311Y weisen den gleichen Detektionsblock wie der in 10 gezeigte Mikrocomputer 311 auf, der Folgendes aufweist: Analogeingangseinheiten 331A und 331B, A/D-Wandlungseinheiten 332A und 332B, Pegelanomalien-Detektionseinheiten 333A und 333B, Digitaleingangseinheiten 334A und 334B, Zähler 335A und 335B, eine Impulszahlenvergleichs-Anomaliendetektionseinheit 336, Digitaleingangseinheiten 337A und 337B, Zeitgeber 338A und 338B und eine Impulsbreitenvergleichs-Anomaliendetektionseinheit 340. Darüber hinaus weist einer der Mikrocomputer, und zwar 311X, Kommunikationsmittel 312X und Datenvergleichsmittel 313X auf, und der andere Mikrocomputer 311Y weist ebenfalls Kommunikationsmittel 312Y und Datenvergleichsmittel 313Y auf.
Die Kommunikationsmittel 312X und 312Y sind für das gegenseitige Senden und Empfangen von Anomaliendetektionsergebnissen, Analogsignal-Spannungspegeln, Impulszahlen von digitalen Signalen, Impulsbreiten des H-Pegels von kombinierten Signalen und anderen Detektionsdaten jedes der Mikrocomputer 311X und 311Y an den und von dem anderen Mikrocomputer vorgesehen. Die Datenvergleichsmittel 313X und 313Y sind zum Vergleichen der Detektionsdaten des anderen Mikrocomputers, die mit dem Mikrocomputer empfangen worden sind, mit den eigenen Detektionsdaten des Mikrocomputers und zum Ausgeben eines Anomaliendetektionssignals 1 und eines Anomaliendetektionssignals 2 entsprechend dem Ergebnis vorgesehen.
Die Position für die Doppelkonfiguration der beiden Mikrocomputer 311X und 311Y und der Modus der Kommunikation zwischen den Mikrocomputern 311X und 311Y können wie bei der zweiten Ausführungsform von 9 beliebig gewählt werden.
Auch bei dieser Ausführungsform vergleichen die Datenvergleichsmittel 313X und 313Y Daten, die mit den Kommunikationsmitteln 312X und 312Y von dem anderen Mikrocomputer empfangen werden, mit ihren eigenen Anomaliendetektionsergebnissen, mit den Spannungspegeln von analogen Signalen, mit den Impulszahlen von digitalen Signalen und mit Impulsbreiten. Und wenn es Differenzen zwischen diesen Daten gibt und die Differenzen zwischen den Spannungspegeln, Impulszahlen und Impulsbreiten größer als die vorgegebenen Schwellenwerte sind, wird ein Anomaliendetektionssignal 1 oder ein Anomaliendetektionssignal 2 ausgegeben. Mit diesen Mitteln können die Funktionen der Mikrocomputer 311X und 311Y diagnostiziert werden.
Hier können das Anomaliendetektionssignal 1 und das Anomaliendetektionssignal 2 die Anomaliendetektionsergebnisse der Pegelanomaliendetektion selbst, der Impulszahlenvergleichs-Anomaliendetektion und der Impulsbreitenvergleichs-Anomaliendetektion enthalten.
Mit Hilfe dieser Ausführungsform ist es möglich, Anomalien zwischen dem Codierer und dem Mikrocomputer sowie Anomalien bei den internen Funktionen eines Mikrocomputers zu detektieren, sodass die Zuverlässigkeit der Anomalienüberwachungsvorrichtung gegenüber der dritten Ausführungsform weiter verbessert werden kann.
Nachstehend wird eine fünfte Ausführungsform der Erfindung erläutert. Diese Ausführungsform ist eine Verbesserung der dritten Ausführungsform, die anhand von 10 erläutert worden ist.
Bei der dritten Ausführungsform, die in 10 gezeigt ist, wird unterstellt, dass der Codierer 10 eine komplementäre Vorrichtung mit Transistoren Tr₁ und Tr₂ ist und kein Differentialausgangscodierer (Leitungstreiber-Codierer) adressiert wird. Hier ist ein Leitungstreiber-Codierer eine Vorrichtung, die für jede Phase eine Gruppe von Differenzsignalen mit einem Signal A und dem umgekehrten Signal A^– ausgibt. Auf der Seite des Empfängers, der diese Differenzsignale empfängt, besteht durch Umwandeln dieser Differenzsignale A und A^– in logische Pegel, die einem Referenzpotential entsprechen, der Vorteil, dass ein System geschaffen werden kann, das sich nicht ohne weiteres von Schwankungen des Gleichtaktpotentials und anderen Faktoren beeinflussen lässt und das rauschunempfindlich ist.
Wenn ein Leitungstreiber-Codierer ohne Modifikation für die Steuervorrichtung 310 der dritten Ausführungsform verwendet wird, treten die folgenden Probleme auf:

(1) Da die Ausgangssignale des Codierers Differenzsignale sind, werden doppelt so viel A/D-Wandlungseinheiten pro Phase wie bei komplementären Vorrichtungen benötigt. Wenn in diesem Fall die Anzahl von Kanälen in dem Mikrocomputer oder einer anderen Vorrichtung unzureichend ist, müssen weitere A/D-Wandlungseinheiten zum Einsatz kommen, wodurch der Platzbedarf und die Kosten für die Vorrichtung zunehmen.
(2) Wenn als Mittel zum Angehen des vorgenannten Problems (1) die Anzahl von A/D-Wandlungseinheiten dadurch verringert wird, dass eine A/D-Wandlung von Ausgangssignalen des Leitungsempfängers nach dem Umwandeln in einen logischen Pegel durchgeführt wird, der dem Referenzpotential entspricht, ist es nicht mehr möglich, eine Anomalie zu detektieren, wenn nur eine der beiden Differenzsignal-Signalleitungen je Phase bricht. Das ist darauzurückzuführen, dass, wie vorstehend dargelegt worden ist, bei einem Leitungsbruch zwar ein Zwischenspannungspegel detektiert wird, aber dieser Spannungspegel infolge des Schwellenpegels des Differenzsignals des Leitungsempfängers entweder auf dem H-Pegel oder dem L-Pegel ist, sodass auch bei einem Leitungsbruch der Betrieb fälschlich als normal angesehen wird.

Somit wird bei der fünften Ausführungsform der Erfindung eine Anomalienüberwachungsvorrichtung zur Verfügung gestellt, die auch bei Verwendung eines Leitungsempfänger-Codierers in der Lage ist, Anomalien mit hoher Genauigkeit zu detektieren, ohne dass es zu einer Zunahme des Platzbedarfs oder der Kosten kommt.
Nachstehend wird die fünfte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
16 ist ein Schaltplan, der die fünfte Ausführungsform zeigt. Bei dieser fünften Ausführungsform ist die Konfiguration des Mikrocomputers 311 in einer Steuervorrichtung 350 die Gleiche wie die des Mikrocomputers 311 der dritten Ausführungsform von 10, mit der Ausnahme, dass Mittel zum Erzeugen der digitalen Phase-A- und Phase-B-Signale SigA und SigB und der analogen Phase-A- und Phase-B-Signale SigAana und SigBana vorgesehen sind, die in den Mikrocomputer 311 eingegeben werden, und dies wird nachstehend erläutert.
In 16 bezeichnet 11 einen Leitungstreiber-Codierer, und ein Phase-A-Eingangssignal und ein Phase-B-Eingangssignal mit einer Phasendifferenz von 90° werden von einem optischen Codierer 12 ausgegeben, der an der Abtriebswelle des Motors oder dergleichen vorgesehen ist. Diese Signale werden in einen Phase-A-Leitungstreiber 13A und einen Phase-B-Leitungstreiber 13B eingegeben, und für jeden wird eine Gruppe von Differenzsignalen A, A^– und B, B^– erzeugt. In 16 wird der hochgesetzte Index „^–” an die Symbole A und B angehängt, um die umgekehrten Signale A^– und B^– zu bezeichnen.
Die Differenzsignale A, A^– und B, B^– werden über ein Kabel 21 in die Steuervorrichtung 350 eingegeben.
In der Steuervorrichtung 350 werden die Differenzsignale A, A^– und B, B^– über den Anschlusspunkt von Spannungsteilungswiderständen R_x und R_y, die zwischen den Stromversorgungsanschluss V_c (die Versorgungsspannung ist ebenfalls mit V_c bezeichnet) und den Erdanschluss M geschaltet sind, in einen Phase-A-Leitungsempfänger 351A und einen Phase-B-Leitungsempfänger 351B eingegeben.
Die Leitungsempfänger 351A und 351B wandeln das Phase-A- und das Phase-B-Eingangssignal in ein digitales Phase-A-Signal SigA und ein digitales Phase-B-Signal SigB um, und diese Signale werden in die Digitaleingangseinheiten 334A, 337A, 334B und 337B in dem Mikrocomputer 311 eingegeben. Die Verarbeitung nach diesen Digitaleingangseinheiten 334A, 337A, 334B und 337B ist der bei der dritten Ausführungsform von 10 ähnlich, und Anomalien werden während der Drehung des umlaufenden Teils von der Impulszahlenvergleichs-Anomaliendetektionseinheit 336 und der Impulsbreitenvergleichs-Anomaliendetektionseinheit 340 detektiert.
Die Differenzsignale A, A^– und B, B^– werden entsprechend in positive und negative Eingangsanschlüsse eines Phase-A-Operationsverstärkers 352A und eines Phase-B-Operationsverstärkers 352B als analoge Operationsmittel mit positiver/negativer Stromversorgung (mit Versorgungsspannungen V_c und –V_c) eingegeben. Die Operationsverstärker 352A und 352B weisen Verstärkungswiderstände und Rückkopplungswiderstände auf, mit deren Hilfe die Verstärkung ermittelt wird. Zur Vereinfachung der Beschreibung sind diese Widerstände hier jedoch nicht dargestellt, und in der Beschreibung wird unterstellt, dass die Operationsverstärker 352A und 352B Differenzverstärkungsschaltungen mit einer Verstärkung von eins sind.
Die analogen Ausgangssignale der Operationsverstärker 352A und 352B werden jeweils in Spannungspegel-Wandlungsmittel 353A und 353B eingegeben. Die Spannungspegel-Wandlungsmittel 353A und 353B haben Funktionen zum Addieren einer Spannung, die ungefähr gleich der Hälfte der Versorgungsspannung V_c ist, zu den analogen Ausgangssignalen der Operationsverstärker 352A und 352B und zum Ändern der Verstärkung und zum Einstellen der Eingangsspannungspegel für die A/D-Wandlungseinheiten 332A und 332B in dem Mikrocomputer 311 in einer Weise, dass die Versorgungsspannung V_c nicht überschritten wird. Das geschieht deshalb, weil die A/D-Wandlungseinheiten 332A und 332B in dem Mikrocomputer 311 keine Spannungen mit positiven und negativen Polaritäten verarbeiten können.
Hier bestehen Phase-A-Pegel-Messmittel 341A aus dem Operationsverstärker 352A und den Spannungspegel-Wandlungsmitteln 353A, und Phase-B-Pegel-Messmittel 341B bestehen aus dem Operationsverstärker 352B und den Spannungspegel-Wandlungsmitteln 353B.
In 16 bilden die Leitungsempfänger 351A und 351B, die Digitaleingangseinheiten 334A und 334B, die Zähler 335A und 335B und die Impulszahlenvergleichs-Anomaliendetektionseinheit 336 die ersten Anomaliendetektionsmittel.
Die Leitungsempfänger 351A und 351B, die Digitaleingangseinheiten 337A und 337B, die Zeitgeber 338A und 338B und die Impulsbreitenvergleichs-Anomaliendetektionseinheit 340 bilden die zweiten Anomaliendetektionsmittel.
Die Pegelmessmittel 341A und 341B, die Analogeingangseinheiten 331A und 331B, die A/D-Wandlungseinheiten 332A und 332B und die Pegelanomalien-Detektionseinheiten 333A und 333B bilden die dritten Anomaliendetektionsmittel.
Die Pegel-Messmittel 341A und 341B, die die Operationsverstärker 352A und 352B und die Spannungspegel-Wandlungsmittel 353A und 353B aufweisen, können auch mittels der Schaltung von 17A konfiguriert werden.
Das heißt, dass zum Beispiel bei der Phase A ein Einzelstromversorgungs-Operationsverstärker 352A1 (mit einer Versorgungsspannung V_d) und eine Offsetspannung V_off kombiniert verwendet werden können. In diesem Fall kann durch Verwenden von zwei Spannungspegeln, und zwar der positiven Versorgungsspannung V_d, die größer als V_c ist, und der Offsetspannung V_off, die kleiner als V_d ist (zum Beispiel ungefähr die Hälfte von V_d beträgt), eine negative Stromversorgung entfallen, und es kann eine Wirkung erzielt werden, die der der Pegelmessmittel 341A von 16 ähnlich ist.
Die 17B bis 17E zeigen analoge Phase-A-Signale SigAana entsprechend der Logik der Differenzsignale A und A^–, und ein vorgegebener Spannungspegel kann ähnlich dem Fall detektiert werden, bei dem ein Operationsverstärker mit einer Doppelstromversorgung verwendet wird.
Obwohl es hier nicht dargestellt ist, können ähnlich wie in 17A ein Operationsverstärker mit einer Einzelstromversorgung und eine Offsetspannung für die Phase B verwendet werden, um ein analoges Signal SigBana zu erhalten.
Nun wird die Anomaliendetektion für den Fall, dass das umlaufende Teil angehalten worden ist, unter Verwendung der analogen Phase-A- und Phase-B-Signale SigAana und SigBana erläutert. Nachstehend wird zwar die Detektion für die Phase A erläutert, aber die Funktionsweise für die Phase B ist die Gleiche.
Zunächst erläutern 18A und 18B die Funktionsweise für den Fall, dass keine Anomalien vorliegen, und zwar zeigt 18A die Schaltung von dem Leitungstreiber 13A zu dem Operationsverstärker 352A, und 18B zeigt den Pegel eines Ausgangssignals Y_A des Operationsverstärkers 352A. Wie in 18A gezeigt ist, ist das Phase-A-Eingangssignal, das von dem optischen Codierer 12 von 16 in den Leitungstreiber 13A eingegeben wird, mit X_A bezeichnet.
Der Leitungstreiber 13A wird durch Kombinieren von FETs oder anderen Halbleiterelementen konfiguriert. Wenn das Phase-A-Eingangssignal X_A auf dem H-Pegel ist, ist das Differenzsignal A auf dem Pegel der Versorgungsspannung V_c und das Differenzsignal A^– ist auf dem Pegel des Erdanschlusses M (Erdpotential). Wenn das Phase-A-Eingangssignal X_A auf dem L-Pegel ist, ist das Differenzsignal A auf dem Pegel des Erdanschlusses M und das Differenzsignal A^– ist auf dem Pegel der Versorgungsspannung V. Auf Grund der Einschaltspannungsabfälle über den Halbleiterelementen und des Drahtwiderstands des Kabels nimmt dann, wenn das Phase-A-Eingangssignal X_A auf dem H-Pegel ist, die Ausgangsspannung ab und nimmt dann, wenn das Phase-A-Eingangssignal X_A auf dem L-Pegel ist, die Ausgangsspannung zu.
Wenn die Fehlerspannung, die durch die Einschaltspannungsabfälle über den Halbleiterelementen und die Drahtwiderstände bedingt ist, V₀ ist und wenn unterstellt wird, dass diese Fehlerspannung in beiden Differenzsignalen A und A^– auftritt, so werden Eingangssignale V_A und V_A ^– in den Operationsverstärker 352A für den Fall, dass das Phase-A-Eingangssignal X_A auf dem H-Pegel ist, durch Gleichung (6) angegeben.
In dieser Patentbeschreibung wird das umgekehrte Signal von V_A mit V_A ^– bezeichnet, und in 18A und später wird der hochgesetzte Index „^–” an das Symbol V_A angehängt, um ein umgekehrtes Signal zu bezeichnen. VA = Vc – V0 VA – = M + V0(6)(M bezeichnet das Erdpotential).
Das Ausgangssignal Y_A des Operationsverstärkers 352A wird somit durch Gleichung (7) angegeben: YA = VA – VA – = Vc – 2V0 (7).
Die Eingangssignale V_A und V_A ^– in den Operationsverstärker 352A werden in dem Fall, dass das Phase-A-Eingangssignal X_A auf dem L-Pegel ist, durch Gleichung (8) angegeben: VA = M + V0 VA – = Vc – V0(8).
Das Ausgangssignal Y_A des Operationsverstärkers 352A wird somit durch Gleichung (9) angegeben: YA = VA – VA – = –Vc + 2V0 (9).
19A ist ein Schaltplan für den Fall, dass es einen Bruch in dem Kabel 21 für beide Differenzsignale A und A^– gibt, und 19B zeigt den Pegel des Ausgangssignals Y_A. Dabei sind unabhängig von der Logik des Phase-A-Eingangssignals X_A beide Eingangssignale A und A^– in den Operationsverstärker 352A Werte, die aus der Spannungsteilung der Versorgungsspannung V_c mittels der Spannungsteilungswiderstände resultieren, wie in Gleichung (10) angegeben ist: VA = VA – = Vc·Ry/(Rx + Ry) (10).
Somit ist V_A – V_A ^– = 0 und das Ausgangssignal Y_A des Operationsverstärkers 352A ist das Erdpotential M, wie in 19B angegeben ist.
Aus diesem Grund weicht der Pegel des Ausgangssignals Y_A von dem normalen Pegel in 18B ab, sodass die Pegelanomalien-Detektionseinheit 333A von 16 eine Anomalie detektiert und ein Anomaliendetektionssignal nach außen ausgibt.
Wenn die Stromversorgungsleitung oder die Erdleitung, die mit dem Codierer 11 verbunden sind, bricht, wird der Codierer 11 nicht mehr mit Strom versorgt, sodass das Ausgangssignal Y_A des Operationsverstärkers 352A wieder das Erdpotential M ist, und die Pegelanomalien-Detektionseinheit 333A kann die Anomalie detektieren.
20A ist ein Schaltplan für den Fall, dass es einen Bruch in dem Kabel 21 auf der Seite des Differenzsignals A gibt, und 20B zeigt den Pegel des Ausgangssignals Y_A. In diesem Fall ist das Ausgangssignal Y_A des Operationsverstärkers 352A ein anderer Pegel, der dem logischen Pegel des Phase-A-Eingangssignals X_A entspricht.
Das heißt, wenn das Phase-A-Eingangssignal X_A auf dem H-Pegel ist, werden die Eingangssignale V_A und V_A ^– des Operationsverstärkers 352A durch Gleichung (11) angegeben: VA = Vc·Ry/(Rx + Ry) VA – = M + V0 (11).
Somit wird das Ausgangssignal Y_A des Operationsverstärkers 352A durch Gleichung (12) angegeben: YA = VA – VA – = Vc·Ry/(Rx + Ry) – V0 (12).
Wenn R_x = R_y ist, wird Gleichung (12) zu (V_c/2) – V₀, und wie in 20B gezeigt ist, wird die Spannung von dem Pegel, der durch die Strichlinie in der Mitte zwischen M und V_c angegeben ist, um V₀ verringert.
Wenn das Phase-A-Eingangssignal X_A auf dem L-Pegel ist, wird die vorstehende Situation umgekehrt und das Ausgangssignal Y_A des Operationsverstärkers 352A wird durch Gleichung (13) angegeben: YA = VA – VA – = V0 – Vc·Ry/(Rx + Ry) (13).
Wenn R_x = R_y ist, wird Gleichung (13) zu –(V_c/2) + V₀, und wie in 20B gezeigt ist, wird die Spannung von dem Pegel, der durch die Strichlinie in der Mitte zwischen M und –V_c angegeben ist, um V₀ erhöht.
Daher ist das Ausgangssignal Y_A des Operationsverstärkers 352A auf einem Pegel, der von dem normalen Pegel von 18B verschieden ist, gleichgültig, ob das Phase-A-Eingangssignal X_A auf dem H-Pegel oder dem L-Pegel ist, sodass eine Anomalie detektiert werden kann.
Wenn es einen Bruch in dem Kabel 21 auf der Seite des Differenzsignals A^– gibt, werden die Logik des Phase-A-Eingangssignals X_A und die Beziehung zwischen den Gleichungen (12) und (13) umgekehrt, und es kann ebenfalls eine Anomalie detektiert werden.
21A ist ein Schaltplan für den Fall, dass das Kabel 21 mit der Stromversorgungsleitung auf der Seite des Differenzsignals A kurzgeschlossen wird, und 21B zeigt den Pegel des Ausgangssignals Y_A.
Wenn in diesem Fall das Phase-A-Eingangssignal X_A auf dem H-Pegel ist, werden die Eingangssignale V_A und V_A ^– des Operationsverstärkers 352A durch Gleichung (14) angegeben: VA = Vc VA – = M + V0 (14).
Somit wird das Ausgangssignal Y_A des Operationsverstärkers 352A durch Gleichung (15) angegeben: YA = VA – VA – = Vc – V0 (15).
Hierbei wird durch Vergleichen von 21B mit 18B klar, dass der Pegel des Ausgangssignals Y_A um V₀ von dem normalen Pegel abweicht. Daher ist eine zuverlässige Unterscheidung zwischen dem normalen Betrieb und einer Anomalie infolge eines Kurzschlusses mit einer Stromversorgungsleitung möglich, wenn ein Widerstand auf der Ausgangsseite des Leitungstreibers 13A integriert wird oder andere Mittel verwendet werden, um den Wert von V₀ ausreichend groß zu machen. Und wenn die Unterscheidung zwischen dem normalen Betrieb und einer Anomalie schwierig ist, da V₀ zu klein ist, kann die Einschätzung durch die Detektionsergebnisse der Impulszahlenvergleichs-Anomaliendetektionseinheit 336 und der Impulsbreitenvergleichs-Anomaliendetektionseinheit 340 ergänzt werden, die eine Anomaliendetektion während der Drehung durchführen.
Wenn hingegen das Phase-A-Eingangssignal X_A auf dem L-Pegel ist, werden die Eingangssignale V_A und V_A ^– des Operationsverstärkers 352A durch Gleichung (16) angegeben: VA = Vc VA – = Vc – V0 (16).
Somit wird das Ausgangssignal Y_A des Operationsverstärkers 352A durch Gleichung (17) angegeben: YA = VA – VA – = V0 (17).
Somit ist ähnlich dem Fall, dass das Phase-A-Eingangssignal X_A auf dem H-Pegel ist, eine Unterscheidung zu dem normalen Betrieb möglich. Wenn das Kabel 21 mit einer Stromversorgungsleitung auf der Seite des Differenzsignals A^– kurzgeschlossen wird, werden die Logik des Phase-A-Eingangssignals X_A und die Beziehung zwischen den Gleichungen (15) und (17) umgekehrt, und wenn das Kabel 21 mit einer Erdleitung auf der Seite des Differenzsignals A kurzgeschlossen wird, ist V_A in den Gleichungen (14) und (16) auf dem Erdpotential, sodass ebenfalls eine Anomalie detektiert werden kann.
22 ist ein Ablaufdiagramm, das die Anomaliendetektion bei dieser Ausführungsform zeigt.
Zunächst wird eingeschätzt, ob sich das umlaufende Teil dreht oder ob es angehalten worden ist. Wenn es sich dreht, werden die digitalen Signale SigA und SigB, die von den Leitungsempfängern 351A und 351B von 16 ausgegeben werden, von der Impulszahlenvergleichs-Anomaliendetektionseinheit 336 und der Impulsbreitenvergleichs-Anomaliendetektionseinheit 340 zum Detektieren von Anomalien verwendet (Nein im Schritt S21; Schritt S27).
Wenn das umlaufende Teil angehalten worden ist, werden die analogen Phase-A- und Phase-B-Signale SigAana und SigBana, die auf dem vorstehend beschriebenen Ausgangssignal Y_A des Operationsverstärkers 352A (und dem Ausgangssignal Y_B des Operationsverstärkers 352B) beruhen, zum Durchführen der Einschätzung von Anomalien verwendet (Ja im Schritt S21; Schritt S22).
Das heißt, es wird zum Beispiel das analoge Phase-A-Signal SigAana, das auf dem Ausgangssignal Y_A beruht, mit dem Bereich von Spannungspegeln auf der positiven Seite bei normalem Betrieb verglichen (V_c – 2V₀), der in 18B gezeigt ist, wobei ein Detektionsfehlerbereich hinzugefügt wird (normaler Bereich auf der positiven Seite). Wenn eingeschätzt wird, dass der Pegel außerhalb dieses Bereichs liegt (Ja im Schritt S23), wird bei normalem Betrieb das Signal mit dem Spannungspegel auf der negativen Seite verglichen (–V_c + 2V₀), wobei ein Detektionsfehlerbereich (normaler Bereich auf der negativen Seite) hinzugefügt wird (Schritt S24). Hier kann der Bereichswert unter Berücksichtigung des A/D-Wandlungsfehlers, der Offsetspannungen der Operationsverstärker 352A und 352B und anderer Faktoren festgelegt werden.
Auch wenn das Signal außerhalb des normalen Bereichs auf der negativen Seite ist (Ja im Schritt S24), wird eingeschätzt, dass eine Anomalie aufgetreten ist, und es wird ein Anomaliendetektionssignal (Alarmsignal) erzeugt (Schritt S25). Wenn das Signal innerhalb des normalen Bereichs entweder auf der positiven Seite oder der negativen Seite liegt (Nein im Schritt S23 oder Nein im Schritt S24), kann die Verarbeitung im normalen Modus durchgeführt werden, das heißt, es wird eingeschätzt, dass es keine Anomalie bei dem Codierer oder dem Verdrahtungssystem gibt, und der Motor oder ein anderes umlaufendes Teil kann weiter angetrieben werden.
Wie vorstehend detailliert dargelegt worden ist, können mit Hilfe dieser Ausführungsform auch bei einem System, das einen Leitungstreiber-Codierer 11 verwendet, Brüche, Kurzschlüsse und Erdungen bei einem Codierer oder einer Verdrahtung detektiert werden, ohne zusätzlich eine A/D-Wandlungseinheit zu verwenden.
Die vorstehend beschriebene Erfindung kann für die Anomalienüberwachung nicht nur bei Motoren, sondern auch bei Codierern und Verdrahtungssystemen für Codierer zum Detektieren der Drehzahl und Position (Winkel) verschiedener umlaufender Teile verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2008-232978 [0003]

Claims

Anomalienüberwachungsvorrichtung, bei der ein Ausgangssignal von einem Codierer, der die Position eines umlaufenden Teils detektiert, als ein analoges Signal über ein Verdrahtungssystem mit einer Stromversorgungsleitung und einer Signalleitung in eine Steuervorrichtung eingegeben wird und die Steuervorrichtung das analoge Eingangssignal verarbeitet und Anomalen bei dem Codierer oder dem Verdrahtungssystem detektiert, wobei die Steuervorrichtung Folgendes aufweist: erste Anomaliendetektionsmittel zum Umwandeln des analogen Eingangssignals in ein digitales Signal und zum Detektieren von Anomalien bei dem Codierer oder dem Verdrahtungssystem auf Grund des Spannungspegels des analogen Eingangssignals, der von dem digitalen Signal detektiert wird; zweite Anomaliendetektionsmittel zum Detektieren von Anomalien bei dem Codierer oder dem Verdrahtungssystem auf Grund der Impulszahl der digitalen Signale, die durch Umwandeln von mindestens zwei der analogen Eingangssignale erhalten werden; und dritte Anomaliendetektionsmittel zum Kombinieren von mindestens zwei der digitalen Signale, die bei den zweiten Anomaliendetektionsmitteln erhalten werden, und zum Detektieren von Anomalien bei dem Codierer oder dem Verdrahtungssystem auf Grund der Impulsbreite des kombinierten Signals.
Anomalienüberwachungsvorrichtung, bei der ein Ausgangssignal von einem Codierer, der die Position eines umlaufenden Teils detektiert, als ein analoges Signal über ein Verdrahtungssystem mit einer Stromversorgungsleitung und einer Signalleitung in eine Steuervorrichtung eingegeben wird und die Steuervorrichtung das analoge Eingangssignal verarbeitet und Anomalien bei dem Codierer oder dem Verdrahtungssystem detektiert, wobei die Steuervorrichtung Folgendes aufweist: erste Anomaliendetektionsmittel zum Umwandeln des analogen Eingangssignals in ein digitales Signal und zum Detektieren von Anomalien bei dem Codierer oder dem Verdrahtungssystem auf Grund des Spannungspegels des analogen Eingangssignals, der von dem digitalen Signal detektiert wird; zweite Anomaliendetektionsmittel zum Detektieren von Anomalien bei dem Codierer oder dem Verdrahtungssystem auf Grund der Impulszahl der digitalen Signale, die durch Umwandeln von mindestens zwei der analogen Eingangssignale erhalten werden; und vierte Anomaliendetektionsmittel zum Detektieren von Anomalien bei dem Codierer oder dem Verdrahtungssystem auf Grund der Impulsbreiten von digitalen Signalen, die durch Umwandeln von mindestens zwei der analogen Eingangssignale erhalten werden.
Anomalienüberwachungsvorrichtung, bei der ein Ausgangssignal von einem Codierer, der die Position eines umlaufenden Teils detektiert, als ein analoges Signal über ein Verdrahtungssystem mit einer Stromversorgungsleitung und einer Signalleitung in eine Steuervorrichtung eingegeben wird und die Steuervorrichtung das analoge Eingangssignal verarbeitet und Anomalien bei dem Codierer oder dem Verdrahtungssystem detektiert, wobei die Steuervorrichtung Folgendes aufweist: erste Anomaliendetektionsmittel zum Umwandeln des analogen Eingangssignals in ein digitales Signal und zum Detektieren von Anomalien bei dem Codierer oder dem Verdrahtungssystem auf Grund des Spannungspegels des analogen Eingangssignals, der von dem digitalen Signal detektiert wird; zweite Anomaliendetektionsmittel zum Detektieren von Anomalien bei dem Codierer oder dem Verdrahtungssystem auf Grund der Impulszahl der digitalen Signale, die durch Umwandeln von mindestens zwei der analogen Eingangssignale erhalten werden; und dritte Anomaliendetektionsmittel zum Kombinieren von mindestens zwei der digitalen Signale, die bei den zweiten Anomaliendetektionsmitteln erhalten werden, und zum Detektieren von Anomalien bei dem Codierer oder dem Verdrahtungssystem auf Grund der Impulsbreite des kombinierten Signals, wobei Anomalien mit den ersten Anomaliendetektionsmitteln detektiert werden, wenn das umlaufende Teil angehalten worden ist, und Anomalien mit den zweiten oder mit den dritten Anomaliendetektionsmitteln detektiert werden, wenn sich das umlaufende Teil dreht.
Anomalienüberwachungsvorrichtung, bei der ein Ausgangssignal von einem Codierer, der die Position eines umlaufenden Teils detektiert, als ein analoges Signal über ein Verdrahtungssystem mit einer Stromversorgungsleitung und einer Signalleitung in eine Steuervorrichtung eingegeben wird und die Steuervorrichtung das analoge Eingangssignal verarbeitet und Anomalien bei dem Codierer oder dem Verdrahtungssystem detektiert, wobei die Steuervorrichtung Folgendes aufweist: erste Anomaliendetektionsmittel zum Umwandeln des analogen Eingangssignals in ein digitales Signal und zum Detektieren von Anomalien bei dem Codierer oder dem Verdrahtungssystem auf Grund des Spannungspegels des analogen Eingangssignals, der von dem digitalen Signal detektiert wird; zweite Anomaliendetektionsmittel zum Detektieren von Anomalien bei dem Codierer oder dem Verdrahtungssystem auf Grund der Impulszahl der digitalen Signale, die durch Umwandeln von mindestens zwei der analogen Eingangssignale erhalten werden; und vierte Anomaliendetektionsmittel zum Detektieren von Anomalien bei dem Codierer oder dem Verdrahtungssystem auf Grund der Impulsbreiten von digitalen Signalen, die durch Umwandeln von mindestens zwei der analogen Eingangssignale erhalten werden, wobei Anomalien mit den ersten Anomaliendetektionsmitteln detektiert werden, wenn das umlaufende Teil angehalten worden ist, und Anomalien mit den zweiten oder mit den vierten Anomaliendetektionsmitteln detektiert werden, wenn sich das umlaufende Teil dreht.
Anomalienüberwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die weiterhin Vorspannungserzeugungsmittel aufweist, um zu bewirken, dass in dem Fall, dass das Ausgangssignal des Codierers auf dem H-Pegel ist, der Spannungspegel des analogen Eingangssignals der Steuervorrichtung ein analoger H-Pegel ist, der durch Subtrahieren eines Vorspannungsteils von einer Versorgungsspannung entsteht, und um zu bewirken, dass in dem Fall, dass das Ausgangssignal des Codierers auf dem L-Pegel ist, der Spannungspegel des analogen Eingangssignals ein analoger L-Pegel ist, der durch Addieren eines Vorspannungsteils zu dem Erdpegel entsteht, wobei die ersten Anomaliendetektionsmittel einschätzen, dass es einen Bruch in der Signalleitung oder in der Stromversorgungsleitung gibt, wenn der Spannungspegel des analogen Eingangssignals zwischen dem analogen H-Pegel und dem analogen L-Pegel liegt, einschätzen, dass es einen Kurzschluss zwischen der Signalleitung und der Stromversorgungsleitung gibt, wenn der Pegel näher an der Versorgungsspannung als an dem analogen H-Pegel liegt, und einschätzen, dass die Signalleitung geerdet ist, wenn der Pegel näher an dem Erdpegel als an dem analogen L-Pegel liegt.
Anomalienüberwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Anomaliendetektionsmittel die Flanken der Impulse der digitalen Signale detektieren, die aus mindestens zwei analogen Eingangssignalen umgewandelt worden sind, jeweils die Impulszahl ermitteln und Anomalien detektieren, wenn die Differenz in den Impulszahlen gleich einem vorgegebenen Schwellenwert oder größer als dieser ist.
Anomalienüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Anomaliendetektionsmittel die Flanken der Impulse der digitalen Signale detektieren, die aus mindestens zwei analogen Eingangssignalen umgewandelt worden sind, jeweils die Impulszahl ermitteln und Anomalien detektieren, wenn die Differenz in den Impulszahlen gleich einem vorgegebenen Schwellenwert oder größer als dieser ist.
Anomalienüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten Anomaliendetektionsmittel die Impulsbreite des kombinierten Signals in einem festen Zeitraum mit der Impulsbreite in einem früheren festen Zeitraum vergleichen und Anomalien detektieren, wenn es eine Differenz in den Impulsbreiten gibt.
Anomalienüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vierten Anomaliendetektionsmittel die Impulsbreite eines digitalen Signals, das durch Umwandeln des analogen Eingangssignals in einem festen Zeitraum erhalten worden ist, mit der Impulsbreite des digitalen Signals in einem früheren festen Zeitraum vergleichen und Anomalien detektieren, wenn es eine Differenz in den Impulsbreiten gibt.
Anomalienüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vierten Anomaliendetektionsmittel Anomalien detektieren, wenn die Differenz in den Impulsbreiten von digitalen Signalen, die durch Umwandeln von zwei oder mehr analogen Eingangssignalen in einem festen Zeitraum erhalten worden sind, gleich einem vorgegebenen Schwellenwert oder größer als dieser ist.
Anomalienüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung eine Verarbeitungseinheit aufweist und die Verarbeitungseinheit eine Analog-Digital-Wandlungsfunktion der ersten Anomaliendetektionsmittel, eine Impulszahlen-Messfunktion der zweiten Anomaliendetektionsmittel und eine Impulsbreiten-Messfunktion der dritten Anomaliendetektionsmittel hat.
Anomalienüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung eine Verarbeitungseinheit aufweist und die Verarbeitungseinheit eine Analog-Digital-Wandlungsfunktion der ersten Anomaliendetektionsmittel, eine Impulszahlen-Messfunktion der zweiten Anomaliendetektionsmittel und eine Impulsbreiten-Messfunktion der vierten Anomaliendetektionsmittel hat.
Anomalienüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrfach redundante Verarbeitungseinheiten gemeinsam Daten senden und empfangen, die Spannungspegel von analogen Eingangssignalen, die mit den ersten Anomaliendetektionsmitteln detektiert worden sind, Impulszahlen, die mit den zweiten Anomaliendetektionsmitteln gemessen worden sind, und Impulsbreiten enthalten, die mit den dritten Anomaliendetektionsmitteln gemessen worden sind, und jede Verarbeitungseinheit die gesendeten und empfangenen Daten vergleicht, um Anomalien bei den Verarbeitungseinheiten zu detektieren.
Anomalienüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrfach redundante Verarbeitungseinheiten gemeinsam Daten senden und empfangen, die Spannungspegel von analogen Eingangssignalen, die mit den ersten Anomaliendetektionsmitteln detektiert worden sind, Impulszahlen, die mit den zweiten Anomaliendetektionsmitteln gemessen worden sind, und Impulsbreiten enthalten, die mit den vierten Anomaliendetektionsmitteln gemessen worden sind, und jede Verarbeitungseinheit die gesendeten und empfangenen Daten vergleicht, um Anomalien bei den Verarbeitungseinheiten zu detektieren.
Anomalienüberwachungsvorrichtung, bei der eine Vielzahl von Ausgangssignalen mit unterschiedlichen Phasen von einem Codierer, der die Position eines umlaufenden Teils detektiert, als Gruppen von Differenzsignalen über ein Verdrahtungssystem mit einer Stromversorgungsleitung und einer Signalleitung in eine Steuervorrichtung eingegeben werden und die Steuervorrichtung die Differenzsignale verarbeitet und Anomalien bei dem Codierer oder dem Verdrahtungssystem detektiert, wobei die Steuervorrichtung Folgendes aufweist: erste Anomaliendetektionsmittel zum Umwandeln der Vielzahl von Gruppen von Differenzsignalen in digitale Signale durch Referenzieren des Erdpotentials der Steuervorrichtung und zum Detektieren von Anomalien bei dem Codierer oder dem Verdrahtungssystem auf Grund der Impulszahl der digitalen Signale; zweite Anomaliendetektionsmittel zum Detektieren von Anomalien bei dem Codierer oder dem Verdrahtungssystem auf Grund der Impulsbreiten der Vielzahl von digitalen Signalen; und dritte Anomaliendetektionsmittel zum Umwandeln mindestens einer Gruppe von Differenzsignalen in analoge Signale mit einem vorgegebenen Pegel mittels Pegelmessmitteln, zum Detektieren der Spannungspegel der analogen Signale von den digitalen Signalen, die durch Umwandeln der analogen Signale erhalten worden sind, und zum Detektieren von Anomalien bei dem Codierer oder dem Verdrahtungssystem.
Anomalienüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten Anomaliendetektionsmittel als die Pegelmessmittel entweder analoge Operationsmittel mit einer Doppelstromversorgung, in die die Differenzsignale eingegeben werden, oder analoge Operationsmittel mit einer Einzelstromversorgung aufweisen, in die die Differenzsignale eingegeben werden und die eine Offsetspannung überlagern, und die dritten Anomaliendetektionsmittel Anomalien bei dem Codierer oder dem Verdrahtungssystem detektieren, wenn der Spannungspegel der analogen Signale, die von den analogen Operationsmitteln ausgegeben werden, außerhalb eines normalen Bereichs auf einer positiven Seite oder außerhalb eines normalen Bereichs auf einer negativen Seite liegen.
Anomalienüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 15 oder Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass Anomalien mit den ersten oder den zweiten Anomaliendetektionsmitteln detektiert werden, wenn sich das umlaufende Teil dreht, und Anomalien mit den dritten Anomaliendetektionsmitteln detektiert werden, wenn das umlaufende Teil angehalten worden ist.