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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen des Betriebszustandes eines Tür/-Tor-Antriebs und einer Tür-/Toranlage, insbesondere für Gebäude, wobei das mindestens eine Tür- oder Torelement mittels einer elektrisch betriebenen Antriebsvorrichtung geöffnet und geschlossen wird. Die elektrische Antriebsvorrichtung besteht dabei mindestens aus einem Elektromotor und einer Stelleinheit, die den Elektromotor ansteuert. Der Elektromotor kann zusätzlich direkt mit einem Getriebe gekoppelt sein. Zwischen Getriebe und Elektromotor kann sich zusätzlich eine Kupplungsvorrichtung befinden. Die elektrische Antriebsvorrichtung ist dabei mit dem Tür-/Torelement derart mechanisch verbunden, dass damit ein Öffnen und Schließen ermöglicht wird. Die Stelleinheit umfasst dabei einen Frequenzumrichter.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines Elektromotors und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.
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Aus dem Stand der Technik sind Tür/Tor-Antriebe bekannt, bei denen eine elektrische Antriebseinheit zum Öffnen und Schließen des Tür/Toröffnung mit dem Tür/Torelement gekoppelt ist. Die elektrische Antriebseinheit umfasst einen Elektromotor, bei dem die Rotationsbewegung über ein Getriebe und sonstige mechanische Kraftübertragungselemente, wie Zahnräder oder/und Ketten ein Öffnen oder Schließen des Tores/der Tür bewirkt. Dabei wird der Elektromotor über die Steuerungseinheit derart angesteuert, dass über entsprechende Bedienelemente wie Taster, Schalter oder Funkfernbedienung der Motor in Bewegung gesetzt und/oder gestoppt wird. Zusätzlich verfügt die Tür/Toranlage über einen oder mehrere Sensoren oder Detektoren, die der Steuerung beispielsweise die jeweiligen Endpositionen oder Zwischenpositionen des Tür/Torelementes innerhalb des Verfahrwegs s oder auch die erreichte Verfahrgeschwindigkeit übermitteln.
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Die verwendeten Sensoren oder Detektoren sind jedoch bei relativ rauhen Umgebungsbedingungen fehleranfällig und können zu Fehlfunktionen und/oder Ausfall der Antriebsvorrichtung bzw. der gesamten Tür/Toranlage führen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen des Betriebszustandes der Tür-/Toranlage und/oder der Antriebsvorrichtung anzugeben, dass auf einfache Weise selbsttätig ein optimaler Betriebszustand der Tür/Tor-Anlage aufrechterhalten werden kann und drohender Funktionsausfall oder Störfall selbsttätig erkannt und signalisiert wird, bevor der tatsächliche Ausfall erfolgt.
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Zur Lösung der Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Betriebsparameter der Antriebsvorrichtung und/oder des Elektromotors gemessen und ausgewertet wird dahingehend, dass mindestens eine abnutzungsbezogene Zustandsgröße ermittelt wird.
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Nach der Erfindung werden Betriebsparameter eines Elektromotors und/oder einer Stelleinheit dazu genutzt, zumindest eine Tür/Tor-Anlagen zustandsbezogene Zustandsgröße zu ermitteln. Ohne das gesonderte Detektoren oder Sensoren vorgesehen sind, kann vorzugsweise aus elektrischen Betriebsparametergrößen auf die kraft- oder momentenbezogene Zustandsgröße geschlossen werden. Sobald die kraft- oder momentenbezogene Zustandsgröße bekannt ist, ist auch der Betriebszustand der Tür-/Toranlage und/oder Antriebsvorrichtung bekannt, der bei Veränderung der Zustandsgröße durch entsprechende Steuermittel ausgeglichen werden kann.
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Wird beispielsweise durch Erkennen des Stromverlaufs des Elektromotors festgestellt, dass das vorgegebene Moment oder die vorgegebene Verfahrzeit zur angewählten Position des Tores/der Tür infolge eines Verschleißes nicht erreicht wird, wird der tatsächlich erreichte Betriebswert einem Verschleißgrad, festfrieren des Tores, mechanische Verkantung oder sonstigen Beschädigungen des/der Tor/Türelemente(s) (z. B. Verbiegungen/Deformation) zugeordnet. Eine Änderung der Zustandsgröße kann durch Vergleich der gemessenen Betriebsparameter mit vorgegebenen Vergleichsparametern überprüft werden, woraufhin bei Über- oder Unterschreitung der Vergleichsparameter die Sollwertvorgabe so verändert wird, dass die gewünschte Betriebswert (Moment, Verfahrzeit, Geschwindigkeit) erreicht wird.
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Nach der Erfindung kann die Ermittlung der mindestens einen Zustandsgröße dazu genutzt werden, eine Sollwertvorgabe so zu ändern, dass eine Anpassung der aktuellen Stellgröße an die geänderte Zustandsgröße erfolgt.
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Vorteilhaft kann aus den für die Steuerung des Elektromotors ohnehin vorliegenden elektrischen Betriebsparametern ein die Sollwertvorgabe verändernder Ausgleichswert bestimmt werden, der abhängig von der bremskraftbezogenen Zustandsgröße ist. Die gemessenen elektrischen Betriebsparameterkorrespondieren hierbei insbesondere zu der Funktionsfähigkeit bzw. erreichtes Moment der Antriebseinheit oder Verfahrzeit der Tür/des Tores bis zur vorgegebenen Position.
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Zur Lösung der Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichsparameter in einer mikroprozessorgestützten Vergleichseinheit abgespeichert sind, an der sich ausgangsseitig eine auf den Elektromotor unmittelbar einwirkende Stelleinheit anschließt.
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Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass keine zusätzlichen Detektoren an dem Elektromotor oder anderen Bauteilen des Tores/der Tür angebracht werden müssen, um betriebsbezogene Zustandsgrößen zu ermitteln.
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Die Ermittlung des Betriebszustands der Tür-/Toranlage und/oder der Antriebseinheit erfolgt allein durch elektrische Betriebsparameter des Elektromotors, die in einer Vergleichseinheit mit vorgegebenen Vergleichsparametern verglichen werden. Der mindestens eine Vergleichsparameter bildet einen Schwellwert, der bei Überschreiten durch zumindest einen der gemessenen Betriebsparameter zu einer Änderung der Stellparameter bzw. der Sollwertvorgabeführt. Es kann somit ein Betriebszustand der Antriebseinheit an aktuelle Rahmenbedingungen angepasst werden, so dass die Funktionsfähigkeit der Antriebseinheit auf einem gleichen Niveau aufrechterhalten wird.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die vorgegebenen Vergleichsparameter in einer Vergleichsdatenbank gespeichert, so dass nach und nach entweder einzelne Vergleichsparameter oder zeitliche Verläufe von Vergleichsparametern mit den entsprechenden Betriebsparametern verglichen werden können. Vorzugsweise ist die Vergleichsdatenbank einem Mikrokontroller zugeordnet und kann in Abhängigkeit von dem Anwendungsfall auf einfache Weise initialisiert oder aktualisiert werden.
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Nach Weiterbildung der Erfindung werden bei der Erstinbetriebnahme Tür-/Toranlange, also auch bei Inbetriebnahme des Elektromotors M die aktuellen Betriebsparameter Bist des Elektromotors M gemessen und in der Vergleichsdatenbank 10 als Referenzdaten abgespeichert. Diese Referenzdaten dienen als Vergleichsdaten für die im weiteren Verlauf des Betriebs gemessenen weiteren Betriebsparameter Bist. Vorteilhaftkönnen somit einzelne oder mehrere Betriebsparameter über einen längeren Zeitraum beobachtet und ausgewertet werden. Somit kann die Alterung des Elektromotors M bzw. der Tür-/Toranlage in Abhängigkeit von der Betriebsintensität ermittelt werden. Beispielsweise können Betriebsparameter in gleichen oder unterschiedlich langen Zeitintervallen auf Abweichung von den bei Inbetriebnahme ermittelten Referenzdaten überprüft werden. Der Vergleich beschränkt sich nicht auf einzelne Werte, sondern kann auch Zeitverläufe von Betriebsparametern betreffen.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Vergleichseinheit einen Rechner bzw. einen Mikroprozessor (Mikrokontroller) auf, der gegebenenfalls einen Ausgleichswert berechnet, um den der ursprüngliche Sollwert verändert wird. Die Vergleichseinheit generiert somit bei signifikanter Änderung der bremskraftbezogenen Zustandsgröße einen veränderten Sollwert, der auf eine Stelleinheit und/oder eine Regeleinheit übertragen wird. Der Elektromotor wird somit stets in Abhängigkeit von der ermittelten Zustandsgröße optimal angesteuert.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann die Stelleinheit, Reglereinheit oder Vergleichseinheit, wenn entsprechend hinterlegte Parametergrenzen erreicht oder überschritten werden, eine Warnmeldung generieren, um die Wartung, Instandsetzung oder den Austausch der Antriebseinheit zu signalisieren.
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Falls notwendig können ergänzend ext. Sensorsignale der Stelleinheit, Reglereinheit oder Vergleichseinheit zugeführt werden.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Steuern eines Tores/einer Tür,
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2 ein Blockschaltbild einer Vergleichseinheit der Vorrichtung gemäß 1 und
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3 einen Ablaufplan eines Vergleichsprogramms, das in einem Rechner der Vergleichseinheit abläuft.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Steuern eines elektrischen betriebenen Tür/Tor-Antriebs in Gebäuden jeglicher Art eingesetzt, insbesondere in industriell genutzten Gebäuden bei schnelllaufenden Tür-/Toranlagen. Hierbei werden im industriellen Bereich vorzugsweise Sektional-Tore eingesetzt.
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Eine Antriebsvorrichtung 1 der Tür/Tor-Anlage dient zum Öffnen und Schließen des Tores/der Tür und weist eine um einen Verfahrweg s verfahrbares Tür/Torelement(e) auf, das von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung mit einem vorgegebenen Moment und/oder in einer vorgegebenen Zeit verfährt.
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Das Tür/Torelement (2, 5) ist dabei mit dem Getriebe G verbunden. Das Getriebe G ist mit einem Elektromotor M gekoppelt, der vorzugsweise koaxial zu dem Getriebe G angeordnet ist. Zwischen Elektromotor und Getriebe kann zusätzlich eine Kupplungseinrichtung K angeordnet sein, die vorzugsweise elektrisch betätigt wird. Der Elektromotor M kann beispielsweise als Synchronmotor oder Asynchronmotor ausgebildet sein, wobei ein Rotor desselben eingangsseitig mit dem Getriebe G gekoppelt ist. Auf den Motor M wirkt eine Stelleinheit 6 ein, die beispielsweise eine Pulsweitenmodulationseinrichtung und eine Umrichtereinheit aufweisen kann. Die Umrichtereinheit kann beispielsweise einen Gleichrichter, einen Zwischenkreis sowie einen Wechselrichter aufweisen.
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Weiterhin weist die Vorrichtung eine Regiereinheit 7 und eine Vergleichseinheit 8 auf. Die Vergleichseinheit 8 weist einen Mikrokontroller 9 als Rechner sowie eine Vergleichsdatenbank 10 auf, mittels derer in Abhängigkeit von dem aktuellen Betriebszustand der Bremse 1 ein Sollwert Ssoll veränderbar ist. Hierzu werden der Vergleichseinheit 8 elektrische Betriebsparameter Bist des Elektromotors M und/oder der Stelleinheit 6 zugeführt. Als Betriebsparameter Bist können beispielsweise mindestens eine Spannungsgröße U und/oder Stromgröße I und/oder Phasenwinkel und/oder Mittelwert der Spannungsgröße U und/oder der Stromstärke I über ein Zeitintervall und/oder eine Leistungsgröße P, Q beispielsweise von der Stelleinheit 6 übermittelt werden. Diese Betriebsparameter Bist werden laufend mit vorgegebenen und beispielsweise in der Vergleichsdatenbank 10 abgespeicherten Vergleichsparametern BV verglichen. Die Vergleichsparameter BV bilden jeweils einen Schwellwert, der bei Überschreitung durch den korrespondierenden gemessenen Betriebsparameter Bist zur Erzeugung eines Ausgleichswertes A führt, um den der Sollwert Ssoll verändert wird in einen modifizierten Sollwert S*soll.
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Die vorgegebenen Vergleichsparameter BV sind so bemessen, dass bei Überschreiten mindestens eines derselben die Änderung der momenten- und/oder zeitbezogenen Zustandsgröße Z eintritt. Beispielsweise kann die momentenbezogene Zustandsgröße Z den aktuellen Verschleißzustand der Tür-/Toreinheit bedeuten. Falls beispielsweise der Verschleiß der Führungen oder Lagerung des Tür-/Torelmentes (2, 5) zugenommen hat, muss der Elektromotor ein größeres Moment erzeugen, damit der Verfahrweg s durch das Tür/Torelement überwunden werden kann, und dies ggf. auch in einer entsprechenden vorgegebenen Zeit. Dies gilt auch für ein festfrieren des Tores, mechanische Verkantung oder sonstigen Beschädigungen des/der Tor/Türelemente(s) (z. B. Verbiegungen/Deformation).
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Der elektrische Strom bzw. das durch den Elektromotor M erzeugte Drehmoment stellt sich somit so ein, so dass durch Vergleich des aktuellen zeitlichen Stromverlaufs I(t) mit einem vorgegebenen und abgespeicherten Stromverlauf (Vergleichsparameter BV) auf den verschlechterten Verschleißzustand, festfrieren des Tores, mechanische Verkantung oder sonstigen Beschädigungen des/der Tor/Türelemente(s) (z. B. Verbiegungen/Deformation) der Tür-/Toranlage geschlossen werden kann. Tritt in signifikanter Weise eine Verschlechterung des Verschleißzustands ein, was infolge einer Über- oder Unterschreitung des Vergleichsparameters BV durch den aktuellen Betriebsparameter Bist festgestellt werden kann, wird in der Vergleichseinheit der Ausgleichswert A berechnet, um den der vorgegebene Sollwert Ssoll vergrößert wird. Der modifizierte Sollwert S*soll bewirkt nun, dass die Antriebsvorrichtung ein größeres Moment erzeugt, so dass das Tür/Torelement (2, 5) den Verfahrweg s in der vorgegebenen Zeit überwindet.
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Um den Verschleiß des Elektromotors unabhängig von Getriebe G und des Tür/Torelementes mit seinen Führungen und/oder Lagerung ermitteln zu können wird in zeitlich regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen der Motor durch die Kupplungsvorrichtung vom Getriebe G getrennt und unabhängig nahezu im Leerlauf betrieben.
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Die Auswertung umfasst hierbei den Vergleich des aktuellen Betriebsparameters Biss mit einen vorgegebenen gespeicherten Betriebsparameter BV. Hierdurch lässt sich eine motorabnutzungsbezogene Zustandsgröße Z ermitteln, mittels derer auf die Abnutzung des Elektromotors M geschlossen werden kann. Es lässt sich somit der Grad der Abnutzung des Elektromotors M bestimmen, was Einfluss hat auf den Zeitpunkt des Ersatzes des Elektromotors M durch einen neuen oder überholten Elektromotor M. Wird beispielsweise ein motorabnutzungsabhängiger Grenzparameter BV durch den gemessenen Betriebsparameter Biss überschritten, wird ein Fehlersignal erzeugt und an eine Überwachungseinheit übermittelt. Als Grenzparameter kann beispielsweise ein Grenzstromstärkewert des Elektromotors M dienen, wobei bei Überschreitung dieses Grenzparameters im laufenden Betrieb des Elektromotors M beispielsweise darauf geschlossen werden kann, dass ein Lager des Elektromotors M nur eingeschränkt oder gar nicht funktionsfähig ist. Als Reaktion kann nun ein Austausch von Bauteilen des Elektromotors M bzw. des gesamten Elektromotors M vorbereitet und durchgeführt werden. Das Fehlersignal kann drahtlos oder über ein Kabel an eine zentrale Überwachungseinheit übermittelt werden. Hierdurch ist gewährleistet, dass der Elektromotor M eine hohe Betriebssicherheit aufweist.
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Es ist ersichtlich, dass die ausgewählten aktuellen Betriebsparameter Bist abhängig sind von abnutzungsbezogenen Kennwerten des Elektromotors M und/oder abnutzungsbezogenen Kennwerten der gesamten Tür/Tor-Anlage. Diese Kennwerte können zur Definition der momentenbezogenen und/oder motorabnutzungsbezogenen Zustandsgröße herangezogen werden.
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Aus 3 ist ersichtlich, dass bei Überschreitung des Vergleichsparameter BV durch den aktuellen Bist eine Änderung der Zustandsgröße Z erkannt wird, siehe Vergleichsschritt 12. Als Konsequenz wird der Sollwert Ssoll, der sequentiell in konstanten Zeitintervallen T abgefragt wird, um den Ausgleichswert A erhöht zu dem modifizierten Sollwert S*soll, Schritt 12. Ist der aktuelle Betriebsparameter Bist kleiner oder gleich dem Vergleichsparameter BV, bedeutet dies, dass die bremskraftbezogene Zustandsgröße Z unverändert bzw. sich innerhalb eines vorgegebenen Schwankungsbereichs befindet, so dass in einem zweiten Ergebnisschritt 13 der Sollwert Ssoll gleich gehalten wird.
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Der Sollwert Ssoll oder der modifizierte Sollwert S*soll werden an einen Eingang der Reglereinheit 7 angelegt, die beispielsweise einen PID-Regler oder PI-Regler aufweisen kann. In der der Reglereinheit 7 nachgeordneten Stelleinheit 6 wird ein durch die Sollwerte Ssoll, S*soll vorgegebenes Stellsignal erzeugt, mit dem der Elektromotor M gespeist wird. Beispielsweise kann die Zahl der Umdrehungen des Motors vorgegeben werden, um den vorgegebenen Verfahrwegs des Torelementes 2, 5 zu bewirken. Alternativ kann beispielsweise über den Statorstrom ein Drehmoment und somit eine vorgegebene Beschleunigung des Motors erzeugt wird. Am Ausgang der Stelleinheit 6 führt ein Rücklaufzweig 14 an den Eingang der Reglereinheit 7, so dass in Abhängigkeit von den aktuellen Betriebsparametern Bist, die in der Stelleinheit 6 ermittelt werden, der Elektromotor M stets auf den Sollwert S*soll geregelt wird.
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Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform können auch am Elektromotor M und/oder am Getriebe G ermittelte Betriebsparameter Bist der Vergleichseinheit 8 und/oder der Reglereinheit 7 zugeführt werden.
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Die ermittelten Betriebsparameter Bist können ein Hinweis sein auf Zustandsgrößen wie Verschleiß, Geräusch, Schleifen, Korrosion des Elektromotors M, festfrieren des Tores, mechanische Verkantung des Tores oder sonstigen Beschädigungen des/der Tor/Türelemente(s) (z. B. Verbiegungen/Deformation) und/oder übrigen bewegten Bauteile des Tores/der Tür. Insbesondere können die Abnutzung von Lagern und Führungen die Höhe des Momentes und Toleranzen im. Beispielsweise kann durch Vergleich mit in der Vergleichsdatenbank 10 abgespeicherten Vergleichsdaten festgestellt werden, ob Grenzwerte überschritten werden. Die Grenzwerte dienen hierbei als absolute Vergleichsdatenwerte, die als Schwellwerte durch Anwenden des oben beschriebenen und im Rechner 9 gespeicherten Überprüfungsprogramms eine Korrektur der Motoransteuerung bewirken. Steigt beispielsweise überraschend die Stromaufnahme des Elektromotors M, kann durch Überprüfung der Betriebsparameter Bist in der Vergleichseinheit 8 eine modifizierte Sollvorgabe S*soll erzeugt werden, die ein entsprechendes Korrekturstellsignal bewirkt.
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Beispielsweise kann der Elektromotor M zum Stillstand gebracht werden, oder es wird eine Bewegungsumkehr des Elektromotors M eingeleitet, um den Störzustand zu beheben.
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Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform kann der Elektromotor M lediglich gesteuert werden, wobei die Reglereinheit 7 und der Rücklaufzweig 7 wegfallen.
