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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Trennwand umfassend mehrere einzelne in einer gemeinsamen Laufschiene verfahrbare Wandelemente und ein Verfahren zur Steuerung dieser Trennwand.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind mehrere Trennwände mit verschiebbaren Wandelementen bekannt. In der
EP 1 085 159 B1 ist eine Schiebestapelwand sowie ein Verfahren zu deren Betrieb offenbart, wobei die Schiebestapelwand mit einer Mehrzahl von einzelnen verschiebbaren Wandelementen ausgestaltet ist, wobei jedes der Wandelemente mittels wenigstens eines Fahrwerks in einer gemeinsamen Laufschiene seitwärts verfahrbar ist und wobei jedes der Wandelemente einen eigenen Antrieb mit einem elektrischbetriebenen Antriebsmotor aufweist. In jedem der Wandelemente ist eine lokale Steuerung vorgesehen, welche den Antriebsmotor des jeweiligen Wandelements steuert, wobei die lokalen Steuerungen mit einer zentralen Steuerung Informationen austauschen. In einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung ist in jedem Wandelement ein Mittel vorgesehen, welches Informationen über die Bewegung des Wandelements aufnehmen und zur Weiterverarbeitung an die lokale Steuerung des Wandelements weiterleiten kann. Zum gezielten Verfahren der einzelnen Wandelemente in der Laufschiene ist eine zentrale Steuerung mit entsprechender Rechner- und Softwarekapazität vorgesehen, die mittels eines Datenbusses Daten mit lokalen Steuerungen austauscht, wobei die lokalen Steuerungen mit Mikroprozessoren ausgestattet sind und in den einzelnen Wandelementen untergebracht sind, um die Bewegung und den Ist-Zustand (Position, Verfahrgeschwindigkeit, Beschleunigen, Bremsen, Drehmoment des Antriebs) des jeweiligen Wandelements zu steuern und zu überwachen. Das Ansprechen eines speziellen Wandelements erfolgt dann über einen Adresscode, der das jeweilige Wandelement eindeutig charakterisiert. Der Antriebsmotor kann beispielsweise mit einem Drehwinkelgeber ausgestaltet sein, der durch Integration des Drehwinkels den vom Wandelement zurückgelegten Weg zu bestimmen gestattet. Gleichzeitig können Strom und Spannung am Antriebsmotor gemessen und daraus Schlüsse auf die Belastung z. B. durch ein plötzliches auftretendes Hindernis im Verfahrweg des Wandelements gezogen werden, die zum Einleiten einer Notabschaltung herangezogen werden können. Weiterhin ist es denkbar, die Annäherung des Wandelements an ein Anderes durch einen Näherungssensor zu erfassen, und über die lokale Steuerung einen optimierten Annäherungsvorgang mit beispielsweise auf den letzten Zentimeter reduzierter Geschwindigkeit durchzuführen.
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Ein Nachteil dieser Schiebestapelwand ist, dass beispielsweise bei einem Durchdrehen der Antriebe in der Laufschiene bei einem lockeren Antriebszahnrad oder bei einem fehlerhaften Drehwinkelgeber die tatsächliche Position der einzelnen Wandelemente nur unzureichend festgestellt werden kann. Eine solche fehlerhafte Positionierung kann zu sicherheitsrelevanten Risiken, wie zum unbeabsichtigten Gegeneinanderfahren von meist aus Glas gefertigten Wandelementen sowie zur Gefährdung von Personen, führen.
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In der
EP 0 959 218 A2 ist eine Raumtrennwand mit mehreren verfahrbaren Trennwandelementen offenbart, wobei zumindest ein Teil der Trennwandelemente jeweils eine Entfernungsmesseinrichtung zur Ermittlung des augenblicklichen Abstandes zu einem Bezugspunkt aufweist, wobei vorzugsweise die Entfernungsmesseinrichtung die augenblicklichen Abstände berührungslos misst. Dabei werden akustische Sender und Empfänger an mindestens einer Stirnseite der Trennwandelemente angeordnet. Somit wird bei dieser Ausführung der Abstand zu einem nächstliegenden Trennwandelement oder einem nächstliegenden sonstigen Gegenstand gemessen, so dass hier der Bezugspunkt vom nächstliegenden Trennwandelement oder dem nächstliegenden sonstigen Gegenstand gebildet wird. Zur Unterscheidung wird das Signal der einzelnen Trennwandelemente in einer unterschiedlichen Art ausgesendet. Es werden Schallsensoren und Schallwandler verwendet, die Ultraschall empfangen beziehungsweise aussenden können. Die empfangenen Ultraschallsignale werden von den Schallsensoren in analoge elektrische Signale und von einem Digital-Analog- und Analog-Digital-Wandler in digitale Signale umgewandelt und an einen Mikrocomputer übermittelt. Für die Messung des Abstandes zwischen dem Trennwandelement und einem Abschlusselement wird der Schallwandler entsprechend aktiviert, wobei aus der Zeitdifferenz zwischen dem Aussenden eines Trägersignals, das bevorzugt aus einem kurzen Impuls besteht, und dem Auftreffen des Trägersignals auf den zugehörigen Schallsensor per Computer dann unter Berücksichtigung der Schallgeschwindigkeit die jeweiligen augenblicklichen Abstände ermittelt werden.
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Ein Nachteil dieser Raumtrennwand ist, dass durch die Vermessung der Abstände mittels Ultraschallsensoren die Abstände nicht kontinuierlich, sondern nur in einer zeitlichen Abfolge der Trägersignale ermittelt werden. Fehlerhaftes Fahrverhalten der einzelnen Wandelemente in den Zeitabständen zwischen den einzelnen Messungen mittels des Trägersignals kann dadurch nicht rechtzeitig festgestellt und verhindert werden.
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In der
DE 10 2005 054 119 A1 ist eine Trennwand aus mehreren verfahrbaren einzelnen Wandelementen offenbart, wobei jedes der einzelnen Wandelemente mit einem elektrischen Antrieb und einer lokalen Steuerung versehen sind. Die lokale Steuerung ist parametrisierbar sowie hinsichtlich ihres Ranges programmierbar, wobei für den Öffnungsvorgang der Trennwand einer der Steuerungen der Rang 1 eine Art Masterfunktion durch Programmierung zugeordnet ist, die dann die restlichen Steuerungen in ihrer Reihenfolge 2, 3 bis n jeweils übernehmen bis die letzte Steuerung mit dem Rang n gestartet ist. Für den Schließvorgang der Trennwand wird die mit der Masterfunktion n konfigurierte Steuerung in umgekehrter Weise ihre Masterfunktion an die Steuerungen mit den Rängen n – 1 übergeben, bis der Schließvorgang abgeschlossen ist.
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Der Nachteil dieser Trennwand besteht darin, dass das Fahrverhalten der einzelnen Wandelemente während des Betriebes nicht kontrolliert wird und daher ein fehlerhaftes Fahrverhalten nicht verhindert werden kann.
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In
DE 196 48 248 C1 ist ein Verfahren zum automatischen Betrieb eines Trennwandsystems mit mehreren horizontalverschiebbaren Elementen offenbart. Zur Steuerung eines motorischen Betriebes ist eine speicherprogrammierbare Steuerung vorgesehen, wobei vor dem automatischen Betrieb eine Lernfahrt ausgeführt wird. Vor dem Beginn der Lernfahrt erfolgt eine Selbstkalibrierung der Motorsteuerung, bei der Kenndaten detektiert und gespeichert werden, die für den automatischen Betrieb des Trennwandsystems wenigstens ein Abbruchkriterium für das Anhalten der Verschiebebewegung der Kuppelvorrichtungen beim Auftreten statischer, dynamischer Fehler sowie Driftfehler bilden. Bei der Lernfahrt werden die Anzahl der Elemente, die Schließ- und Parkpositionen der Elemente sowie die Länge der Fahrstrecke ermittelt und gespeichert.
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Ein Nachteil dieses Verfahrens ist, dass keine Überprüfung der tatsächlichen Position der einzelnen Wandelemente während des Betriebes erfolgt. Die Überwachung der Motorsteuerung erfolgt lediglich anhand einer vor dem Betrieb durchgeführten Selbstkalibrierung, bei der bestimmte Abbruchkriterien festgelegt werden.
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In
DE 103 41 297 B3 ist eine Trennwand mit mehreren Wandelementen offenbart, die ein Codeband zur Bestimmung der absoluten Position aufweist. Das Codeband wird mittels eines optischen Abtastsystems vermessen. Ein Decoder bestimmt auf Grundlage eines von dem optischen Abtastsystem ausgegebenen Signals die absolute Position des jeweiligen Wandelements. In einer Ausführungsform besteht ein Binärcode auf dem Codeband aus einem Balken einer bestimmten Punktbreite, der zwischen zwei Justierstreifen angeordnet ist.
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Ein Nachteil dieser Trennwand besteht darin, dass zwar die absolute Position bestimmt werden kann, jedoch, falls das Drehmoment an einem Antrieb zu groß ist, die Antriebsräder durchdrehen können.
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In
DE 196 48 435 C2 ist ein Türantrieb für eine Trennwand offenbart, wobei mittels einer Vorschub-Erfassungseinheit die Schiebebewegung und/oder eine Relativposition eines Türblattes zum Träger ermittelt wird, wobei mittels einer Umdrehungs-Erfassungseinheit die Umdrehungsgeschwindigkeit der Welle eines Antriebs erfasst wird. Durch Vergleich zwischen der relativen Position und der Umdrehungsgeschwindigkeit der Welle kann ein Schlupf-Betriebszustand der Antriebsräder erkannt werden.
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Die Aufgabe dieser Erfindung besteht daher darin, eine Trennwand mit mehreren verfahrbaren Wandelementen bereitzustellen, die einen sicheren, positionsgenauen und zuverlässigen Fahrbetrieb gewährleistet.
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Darstellung der Erfindung
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Ein Gegenstand der Erfindung ist eine Trennwand umfassend mehrere einzelne in einer gemeinsamen Laufschiene verfahrbare Wandelemente. Jedes der Wandelemente weist eine erste Messvorrichtung auf, wobei an der gemeinsamen Laufschiene Positionsmarkierungen angeordnet sind. Die Messvorrichtungen an den Wandelementen sind so gestaltet, dass die Positionsmarkierungen mittels der Messvorrichtungen vermessbar sind, wobei unter Verwendung eines Messsignals der ersten Messvorrichtung eine erste Position jedes der Wandelemente relativ zur Laufschiene ermittelbar sein kann, wobei jedes der Wandelemente einen Antrieb aufweisen kann, wobei zusätzlich zu der ersten Messvorrichtung an jedem der Wandelemente eine zweite Messvorrichtung am Antrieb angeordnet ist, wobei die zweite Messvorrichtung eine Drehbewegung einer Motorachse des Antriebs vermisst, wobei die zweite Messvorrichtung eine elektronische Schaltung aufweisen kann, die aus einer Anzahl der Umdrehungen der Motorachse des Antriebs eine zweite Position des Antriebs jedes der Wandelemente ermittelt.
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Die Trennwand kann zu einer ökonomischen Raumnutzung sowie Raumgestaltung dienen, wobei die Trennwand einen Raum in mehrere Bereiche aufteilt. Die Trennwand umfasst mehrere verfahrbare Wandelemente, die beispielsweise aus Glas gefertigt sein können und in unterschiedlichen Klemmprofilen eingefasst sein können. Die einzelnen Wandelemente können einen eigenen Antrieb, wie einen elektrischen Motor, aufweisen. Die einzelnen Wandelemente können manuell oder vollautomatisch verfahrbar sein, wobei eine zentrale Steuerung die Steuerung der einzelnen Wandelemente übernehmen kann. Die Trennwand weist eine gemeinsame Laufschiene auf, in der die einzelnen Wandelemente verfahrbar sind. In einer ausgefahrenen Stellung der Trennwand können die Wandelemente sich lückenlos aneinander anschließen oder vorgegebene Lücken aufweisen, um beispielsweise Durchgänge durch die Trennwand zu ermöglichen. In einer Packstellung werden die einzelnen Wandelemente platzsparend abgestellt, wobei die einzelnen Wandelemente parallel zueinander senkrecht zur Laufschiene beziehungsweise parallel zur Laufschiene gestapelt werden können. Die gemeinsame Laufschiene kann beispielsweise an der Decke eines Raumes befestigt werden, wobei die einzelnen Wandelemente an der gemeinsamen Laufschiene aufgehängt sind. Die gemeinsame Laufschiene kann in Form eines U-Profils gefertigt sein, wobei die einzelnen Wandelemente an Befestigungsvorrichtungen angebracht sind, die auf Rollen innerhalb des U-Profils verfahrbar sind und durch einen Elektromotor angetrieben sind. Die einzelnen Wandelemente können auch über einen gemeinsamen Tandemantrieb oder über ein Seilzugsystem angetrieben sein. Die Positionsmarkierungen können an der Außen- oder Innenfläche der gemeinsamen Laufschiene angeordnet sein, wobei die Positionsmarkierungen beispielsweise als ein an der Innenfläche angeordnetes Positionsband oder als in regelmäßigen Abständen angeordnete Markierungen ausgestaltet sein können. Die Positionsmarkierungen sind so ausgestaltet, dass sie mittels einer Messvorrichtung unter Verwendung eines optischen Messverfahrens oder unter Verwendung eines Messverfahrens durch Abtasten in ihrer Position erfasst werden können. Die Messvorrichtung ist an jedem der Wandelemente angeordnet und kann beispielsweise als ein optischer Aufnehmer in Form einer Reflexlichtschranke ausgestaltet sein können. Die Messvorrichtung könnte auch als ein andersgearteter optischer Sensor, als ein beliebig geschalteter Tastsensor oder auch als ein elektronischer Näherungssensor gestaltet sein. Bei einem magnetisch sensitiven Näherungssensor ist jede der Positionsmarkierungen als ein Dauermagnet beziehungsweise als ein Elektromagnet ausgestaltet. Die Messvorrichtungen sind an den einzelnen Wandelementen so angeordnet, dass während des Fahrbetriebs die Messvorrichtungen zusammen mit den Wandelementen an den Positionsmarkierungen vorbeigeführt werden und die jeweilige Position der Positionsmarkierungen vermessen können. Aus einem Messsignal der Messvorrichtung jedes der Wandelemente kann dann die tatsächliche Position relativ zur gemeinsamen Laufschiene ermittelt werden.
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Das Messsignal der ersten Messvorrichtung kann als ein Eingangssignal einer elektronischen Schaltung dienen, die anhand des Messsignals die tatsächliche Position des jeweiligen Wandelements relativ zur Laufschiene ermittelt. Diese elektronische Schaltung kann ein Bestandteil der Messvorrichtung sein oder in einer zentralen Steuerung angeordnet sein.
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Die zweite Messvorrichtung ist als ein Drehgeber ausgestaltet, der die Drehbewegung der Motorachse des Antriebs jedes der Wandelemente vermessen kann. Der Drehgeber wird auch als ein Inkrementaldrehgeber, Quadraturencoder, Drehencoder oder ein Drehimpulsgeber bezeichnet. Eine erste Ausführungsform des Drehgebers erzeugt bei der Drehung der Motorachse an zwei Datenleitungen am Ausgang des Drehgebers ein sogenanntes Grey-Code-Signal, wobei eine Grey-codierte Wegmessscheibe verwendet wird. Der Vorteil dieser Codierung ist, dass sich zwischen den benachbarten Codes der beiden Ausgangssignale nur 1 Bit ändert. Das ermöglicht die asynchrone Abtastung, ohne mehr als ein Schritt vom tatsächlichen Drehwinkel entfernt zu sein, weil maximal 1 Bit falsch erfasst sein kann. In einer zweiten Ausführungsform des Drehgebers zählt der Drehgeber ausgehend von einem Startpunkt Relativimpulse. Die beiden Ausgangssignale werden dann in einem Prozessor ausgewertet und eine Umdrehungszahl bestimmt. Aus der Phasenlage des ersten und des zweiten Ausgangssignals erkennt der Drehgeber die Drehrichtung des Antriebs, wobei bei einer ersten Drehrichtung eine Flanke des ersten Signals vor einer Flanke des zweiten Signals und bei der entgegengesetzten Drehdichtung die Flanke des zweiten Signals vor der Flanke des ersten Signals ausgegeben wird. Der Drehgeber für einen Elektromotor hat in der Regel keine Rastpunkte, wobei die Drehbewegung der Motorachse durch optische Sensoren erfasst wird. Bei Vibrationen während des Betriebes des Antriebs können Messfehler des Drehgebers auftreten.
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Mittels der elektronischen Schaltung, die ein Prozessor sein kann, kann die Anzahl der Umdrehungen der Motorachse aus dem Messsignal des Drehgebers bestimmt werden. Aus der Anzahl der Umdrehungen der Motorachse sowie die Länge eines Streckenabschnitts nach einer Umdrehung kann dann die zweite Position des Antriebs jedes der Wandelemente ermittelt werden. Die zweite Position kann anschließend mit der ersten Position abgeglichen werden, um eine höhere Genauigkeit bei der Positionsbestimmung der einzelnen Wandelemente relativ zur gemeinsamen Laufschiene zu erreichen. Die Position kann beispielsweise relativ zu einem Anfangspunkt an einem Ende der Laufschiene beziehungsweise bezüglich eines Endpunktes am gegenüberliegenden Ende der Laufschiene ermittelt werden. Der Antrieb kann ein synchroner Schrittmotor sein, der eine Motorwelle aufweist, die schrittweise durch ein rotierendes elektromagnetisches Feld mittels Statorspulen um einen Schritt in der Größe eines bestimmten Drehwinkels gedreht werden kann. Durch die Ansteuerung der Statorspulen kann das elektromagnetische Feld schrittweise um jeweils einen Schritt rotiert werden, sodass die Motorwelle ebenfalls schrittweise mitgedreht wird. Der Schrittmotor kann als ein Reluktanz-Schrittmotor mit einem Motor aus einem gezahnten Weicheisenkern, als ein Permanentmagnet-Schrittmotor mit einem Stator aus Weicheisen und einem Motor aus einem Dauermagneten oder als ein Hybrid-Schrittmotor mit einem Motor aus einem Dauermagneten und einem gezahnten Weicheisenkranz ausgestaltet sein. Bei der Verwendung eines Schrittmotors kann es dazu kommen, dass insbesondere bei rasch bewegten Magnetfeldern der Motor nicht mitgedreht wird und es zu verlorenen Schritten und damit zu einer fehlerhaften Positionierung kommen kann. Zur Verkleinerung eines Schrittes des Schrittmotors kann die elektronische Schrittteilung verwendet werden. Dabei werden zwei aufeinanderfolgende Phasen nicht nur eingeschaltet beziehungsweise ausgeschaltet, sondern in bestimmten Stufen geregelt. Es können beispielsweise zwei gestufte Sinus-Funktionen angesteuert werden. Durch das Verhältnis der Amplituden der beiden Sinus-Funktionen zueinander ergeben sich die einzelnen Schritte zwischen den vollen Schritten. Die Schrittteilung bringt eine höhere Laufruhe und liefert eine höhere Winkelauflösung.
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Die Trennwand weist eine zentrale Steuerung zur Steuerung der gesamten Trennwand auf und jedes der Wandelemente weist eine Zustandsregelung zur Regelung von Zustandswerten des Antriebs auf. Die erste mittels der ersten Messvorrichtung ermittelte Position und die zweite mittels der zweiten Messvorrichtung ermittelte Position jedes der Wandelemente können an die zentrale Steuerung zur Auswertung übermittelbar sein. Die zentrale Steuerung ist dabei so ausgestaltet, dass sie die übermittelte erste und die zweite Position miteinander vergleicht und aus dem Differenzwert einen Schlupfwert ermittelt, wobei die zentrale Steuerung für mindestens einen Streckenabschnitt der Laufschiene, in dem der Schlupf aufgetreten ist, ein maximales Drehmoment des Antriebs reduziert, so dass beim weiteren Betrieb der Trennwand der Schlupf in diesem Streckenabschnitt verhindert wird, wobei auf diese Weise eine Funktion des maximalen Drehmoments in Abhängigkeit von der Position jedes der Wandelemente relativ zur Laufschiene ermittelt wird.
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Die zentrale Steuerung übermittelt dann anschließend Steuerungsbefehle mit zu erreichenden Soll-Werten an die Zustandsregelungen der einzelnen Wandelemente, wobei ein Soll-Wert ein zu erreichender Drehmomentwert des Antriebs ist.
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Die zentrale Steuerung kann beispielsweise ein programmierbarer Prozessor sein, der die von den Zustandsregelungen der einzelnen Wandelemente übermittelten Zustandswerte beziehungsweise Ist-Werte der Antriebe nach einem vorgegebenen Programm auswertet und anschließend Steuerungsbefehle mit den zu erreichenden Soll-Werten an die Zustandsregelungen der einzelnen Wandelemente übermittelt. Die erste und die zweite Position können als Ist-Werte an die zentrale Steuerung übermittelt werden und der Schlupfwert erst in der zentralen Steuerung ermittelt werden. Alternativ kann der Schlupfwert bereits mittels der Zustandsregelungen der einzelnen Wandelemente ermittelt werden und als ein weiterer Ist-Wert an die zentrale Steuerung übermittelt werden. Die zentrale Steuerung kann dann dem Durchdrehen des Antriebs entgegensteuern indem das Drehmoment abgesenkt wird.
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Dafür wird ein niedrigerer Soll-Wert des Drehmoments von der zentralen Steuerung an die Zustandsregelungen der einzelnen Wandelemente übermittelt. Die zentrale Steuerung kann auch nur für einen bestimmten Streckenabschnitt der Laufschiene, in dem der Schlupf aufgetreten ist, das maximale Antriebsmoment reduzieren, so dass beim weiteren Betrieb der Trennwand ein Durchdrehen in diesem Streckenabschnitt verhindert wird. Das Ergebnis ist dann eine Funktion des maximalen Drehmoments in Abhängigkeit von der Position der Laufschiene. Ein Schlupf kann vor allem in starken Kurven der Laufschiene durch verringerte Reibung zwischen der Laufschiene und den Antriebsrollen des Antriebs entstehen. Jedes Bandelement kann von einer einzelnen Antriebsrolle oder von mehreren Antriebsrollen angetrieben sein. Die Zustandsregelungen der einzelnen Wandelemente können sogenannte Servoregelungen sein, die die Position des Antriebs, die Geschwindigkeit des Antriebs, die Beschleunigung des Antriebs und/oder den Drehmoment des Antriebs einregeln, um vorgegebene Soll-Werte zu erreichen. Dabei kann der gemessene Ist-Wert des Antriebs mit dem vorgegebenen Soll-Wert verglichen werden. Falls eine Abweichung vorliegt, so wird der Antrieb in diejenige Richtung gedreht, die einen geringeren Verfahrweg zum Soll-Wert sicherstellt. Dies führt dazu, dass sich die Abweichung zum Soll-Wert verringert. Diese Prozedur wird so lange wiederholt, bis der Ist-Wert innerhalb der Toleranzgrenzen des Soll-Werts liegt. Nach diesem Prinzip können auch die Soll-Werte der Geschwindigkeit, der Beschleunigung und des Drehmoments des Antriebs geregelt werden. Das Einregeln der Soll-Werte erfolgt in einem geschlossenen Reglungskreislauf.
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Ein Vorteil der Trennwand ist, dass im Gegensatz zur Vermessung der jeweiligen Position der einzelnen Wandelemente anhand einer Umdrehungszahl der einzelnen Antriebe mittels der Messvorrichtungen die tatsächliche Position der einzelnen Wandelemente relativ zur gemeinsamen Laufschiene ermittelt werden können. Bei einer reibschlüssigen Verbindung zwischen einem Antriebsmotor und der gemeinsamen Laufschiene kann sich das Problem ergeben, dass der Antriebsmotor mit einem zu hohen Drehmoment betrieben wird und dadurch durchdrehen kann, so dass ein Schlupf zwischen einem Antriebsrad und der gemeinsamen Laufschiene auftreten kann. Dieser Schlupf ist mittels eines Drehgebers an einer Motorachse des Antriebs nicht ermittelbar kann jedoch nach der vorliegenden Erfindung berücksichtigt werden.
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Ein weiterer Vorteil gegenüber der Positionsermittlung mittels eines Drehgebers ist, dass die Position nicht erst auf eine aufwendige Art und Weise aus der Umdrehungszahl des Antriebs berechnet werden muss sondern sich unmittelbar aus der Position der Positionsmarkierungen ergibt.
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Vorteilhafterweise können die Positionsmarkierungen als ein durchgehendes Positionsband ausgestaltet sein, das längs an der gemeinsamen Laufschiene angeordnet ist und ein Muster mit Bereichen unterschiedlicher Helligkeit aufweist. Die erste Messvorrichtung kann als ein optischer Sensor ausgestaltet sein, der die Bereiche unterschiedlicher Helligkeit vermisst.
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Dadurch kann mittels des durchgehenden Positionsbandes die tatsächliche Position der einzelnen Wandelemente während des gesamten Fahrbetriebes lückenlos vermessen werden. Die tatsächliche Position jedes der Wandelemente kann an eine Zentralsteuerung übermittelt werden und bei möglichen Störungen im Fahrbetrieb beziehungsweise bei einem Auffahren der einzelnen Wandelemente auf Objekte im Verfahrweg, wie Personen, eine Notabschaltung durchgeführt werden. Das Positionsband kann beispielsweise ein Muster aus dunklen Streifen, die senkrecht zur Ausrichtung des Positionsbandes angeordnet sind, aufweisen. Die einzelnen Streifen können einen Abstand von weniger als 2 mm aufweisen. Die Messvorrichtung kann dabei als ein optischer Sensor, wie eine Reflexlichtschranke ausgestaltet sein, die das Positionsband mittels einer Lichtquelle anstrahlt und das reflektierte Licht aufgenommen wird. Das Messsignal des optischen Sensors kann dann mittels einer elektronischen Schaltung, die entweder direkt in der Messvorrichtung oder in einer zentralen Steuerung angeordnet ist, ausgewertet werden und die einzelnen Streifen des Positionsbandes damit gezählt werden. Aus der Anzahl der Streifen des Positionsbandes und des Abstandes zwischen den einzelnen Streifen kann dann die tatsächliche erste Position ermittelt werden. Das Positionsband kann auch andere Muster mit Bereichen unterschiedlicher Helligkeit aufweisen.
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Vorteilhafterweise kann das Positionsband zwei Muster aus hellen und dunklen Streifen aufweisen, die phasenversetzt zueinander angeordnet sind.
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Dadurch weist das Positionsband zwei nebeneinander parallel angeordnete Muster auf, die jeweils dunkle Streifen aufweisen, die senkrecht zum Verlauf der einzelnen Muster angeordnet sind. Dabei sind die dunklen Streifen des zweiten Musters phasenversetzt zu den dunklen Streifen des ersten Musters angeordnet. Eine Phasendifferenz zwischen beiden Mustern von 90° ist besonders vorteilhaft, da dadurch die tatsächliche Position der einzelnen Wandelemente genauer erfasst werden kann. Die Messvorrichtung nimmt dabei zumindest zum Teil beide Muster auf. Den hellen Bereichen des ersten Musters sind dann dunkle Streifen des zweiten Musters gegenübergestellt angeordnet.
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Vorteilhafterweise können die Positionsmarkierungen als Barcodes gestaltet sein, die vor bestimmten Positionen an der Laufschiene angebracht sind. In den Barcodes ist die genaue Position der Barcodes relativ zur Laufschiene codiert. Die erste Messvorrichtung ist dabei als ein optischer Sensor ausgestaltet, der die Information über die Position der Barcodes aus den Barcodes ausliest.
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Dadurch sind die Positionsmarkierungen als Barcodes ausgestaltet, die an besonders wesentlichen Positionen an der gemeinsamen Laufschiene angeordnet sind. Solche wesentlichen Positionen können z. B. kritische Stellen der Laufschiene in starken Kurvenverläufen oder in der Nähe von einer Abzweigung der Laufschiene zum Parken der einzelnen Wandelemente in eine Parkposition sein. Die Messvorrichtung ist dabei ein optischer Sensor, der die einzelnen Barcodes auslesen kann und eine elektronische Schaltung aufweist, die die codierte Information der Barcodes über ihre Position in der Laufschiene decodieren kann. Die decodierte Position kann dann beispielsweise an die zentrale Steuerung weitergeleitet werden. Die Bestimmung der Position mittels der Barcodes ist besonders zuverlässig und weist eine hohe Genauigkeit auf.
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Vorteilhafterweise können die Positionsmarkierungen als ein durchgehendes Positionsband und als Barcodes gestaltet sein, wobei das Positionsband an der gemeinsamen Laufschiene angeordnet ist und ein Muster mit Bereichen unterschiedlicher Helligkeit aufweist, wobei die Barcodes an bestimmten Positionen der Laufschiene angebracht sind. Die erste Messvorrichtung als ein optischer Sensor ausgestaltet ist, der gleichzeitig Positionsband und die Barcodes vermisst und daraus die erste Position jedes der Wandelemente zur Laufschiene ermittelbar ist.
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Dadurch wird die Position jedes der Wandelemente sowohl mittels des Positionsbandes als auch mittels der Barcodes ermittelt, so dass die in den Barcodes codierte Position mit der mittels des Positionsbandes ermittelten Position abgeglichen werden kann. Bei der Ermittlung der Position mittels des Positionsbandes kann es vorkommen, dass bei der Erfassung des Musters beziehungsweise bei der Zählung der einzelnen Streifen des Musters Fehler passieren und beispielsweise manche Streifen ausgelassen werden. Dadurch taucht ein Messfehler auf, der durch den Abgleich mit den codierten Positionen der Barcodes korrigiert werden kann.
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Vorteilhafterweise kann die mit der ersten Messvorrichtung ermittelte erste Position mit der zweiten Position, die mittels der zweiten Messvorrichtung ermittelt wird, unter Verwendung einer Vergleichsvorrichtung verglichen werden und aus einem Differenzwert zwischen der ersten oder zweiten Position ein Schlupfwert ermittelt werden, der eine Größe für das Durchdrehen des Antriebs in der Laufschiene darstellt.
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Die Vergleichsvorrichtung kann eine elektronische Schaltung in Form eines Prozessors sein, die an jedem der Wandelemente angeordnet ist oder Bestandteil einer zentralen Steuerung ist. Der Schlupfwert kann ein Differenzwert zwischen der ersten Position und der zweiten Position sein oder auch ein Drehwinkel sein, der die Drehbewegung beim Durchdrehen des Antriebs gegenüber der Laufschiene angibt.
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Dadurch wird ein Differenzwert zwischen der ersten und der zweiten Position gebildet, um den Schlupfwert zu ermitteln. Der Schlupfwert kann der Differenzwert selbst sein oder ein daraus ermittelter Drehwinkel der Drehbewegung beim Durchdrehen des Antriebs in der Antriebsschiene sein.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung einer Trennwand umfassend mehrere einzelne in einer gemeinsamen Laufschiene verfahrbare Wandelemente. Jedes der Wandelemente weist eine erste Messvorrichtung auf, wobei an der gemeinsamen Laufschiene Positionsmarkierungen angeordnet sind. Die Messvorrichtungen an den Wandelementen sind so gestaltet, dass die Positionsmarkierungen mittels der Messvorrichtungen vermessen werden und unter Verwendung eines Messsignals der ersten Messvorrichtung eine erste Position jedes der Wandelemente relativ zur Laufschiene ermittelt wird, wobei jedes der Wandelemente einen Antrieb aufweisen kann. Zusätzlich zu der ersten Messvorrichtung an jedem der Wandelemente ist eine zweite Messvorrichtung am Antrieb angeordnet, wobei die zweite Messvorrichtung eine Anzahl der Umdrehungen einer Motorachse des Antriebs misst und daraus eine zweite Position des Antriebs jedes der Wandelemente ermittelt wird, wobei die mit der ersten Messvorrichtung ermittelte erste Position mit der zweiten Position, die mittels der zweiten Messvorrichtung ermittelt wird, mittels einer Vergleichsvorrichtung verglichen werden kann. Aus einem Differenzwert zwischen der ersten oder zweiten Position kann ein Schlupfwert ermittelt werden, der eine Größe für das Durchdrehen des Antriebs in der Laufschiene darstellt.
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Dieses Verfahren ist geeignet um die oben genannte Trennwand zu steuern.
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Mittels eines Drehgebers an der Motorachse des Antriebs wird die zweite Position des Antriebs ermittelt. Die zweite Position ist damit von der Drehbewegung der Motorachse abhängig und kann durch den Vergleich mit der ersten Position zur Ermittlung des Schlupfes verwendet werden.
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Der Differenzwert wird zwischen der ersten und der zweiten Position gebildet, um den Schlupfwert zu ermitteln. Der Schlupfwert kann der Differenzwert selbst sein oder ein daraus ermittelter Drehwinkel der Drehbewegung beim Durchdrehen des Antriebs in der Antriebsschiene sein.
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Die Trennwand weist eine zentrale Steuerung zur Steuerung der gesamten Trennwand auf. Jedes der Wandelemente weist eine Zustandsregelung zur Regelung von Zustandswerten des Antriebs auf, wobei die erste mittels der ersten Messvorrichtung ermittelte Position und die zweite mittels der zweiten Messvorrichtung ermittelte Position jedes der Wandelemente an die zentrale Steuerung zur Auswertung übermittelt werden. Die zentrale Steuerung vergleicht anschließend die übermittelte erste und die zweite Position miteinander und ermittelt aus dem Differenzwert einen Schlupfwert, wobei die zentrale Steuerung für mindestens einen Streckenabschnitt der Laufschiene, in dem der Schlupf aufgetreten ist, ein maximales Drehmoment des Antriebs reduziert, so dass beim weiteren Betrieb der Trennwand der Schlupf in diesem Streckenabschnitt verhindert wird, wobei auf diese Weise eine Funktion des maximalen Drehmoments in Abhängigkeit von der Position jedes der Wandelemente relativ zur Laufschiene ermittelt wird.
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Dadurch werden in einem weiteren Verfahrensschritt Ist-Werte der Antriebe der einzelnen Wandelemente erfasst und an die zentrale Steuerung übermittelt. Die übermittelten Ist-Werte werden in der zentralen Steuerung analysiert und verarbeitet. Die zentrale Steuerung kann eine elektronische Schaltung, eine programmierbare Hardware (CPLD/FPGA), ein Prozessor, ein Mikrocontroller oder ein programmierbarer Computer sein. Die zentrale Steuerung kann nach einem festgelegten Programm beispielsweise einen auftretenden Schlupf entgegensteuern, indem ein niedrigeres Soll-Drehmoment ausgegeben wird und an die einzelnen Zustandsregelungen übermittelt wird.
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Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, dass die Position der einzelnen Wandelemente anhand der Positionsmarkierungen ermittelt werden kann, die an der Laufschiene angeordnet sind. Dadurch ist die Ermittlung der Position unabhängig von der Drehbewegung der Antriebe der einzelnen Wandelemente, so dass ein Durchdrehen der Antriebe in der Laufschiene nicht zu einer fehlerhaften Positionsbestimmung führt.
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Ein weiterer Vorteil des vorliegenden Verfahrens ist, dass die Ermittlung der Position anhand der Positionsmarkierungen weniger fehleranfällig ist als die Positionsermittlung unter Verwendung optischer Drehgeber an den Motorachsen der einzelnen Antriebe der Wandelemente.
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Vorteilhafterweise können die Positionsmarkierungen als ein durchgehendes Positionsband ausgestaltet sein, das längs an der gemeinsamen Laufschiene angeordnet ist und ein Muster mit Bereichen unterschiedlicher Helligkeit aufweist. Die erste Messvorrichtung ist als ein optischer Sensor ausgestaltet, der die Bereiche unterschiedlicher Helligkeit vermisst.
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Dadurch wird in einem weiteren Verfahrensschritt zur Positionsermittlung das Muster am Positionsband mittels einer optischen Messvorrichtung erfasst und ausgewertet. Das Muster kann dabei aus mehreren dunklen Streifen bestehen, die senkrecht zum Verlauf des Positionsbands angeordnet sind. Die einzelnen dunklen Streifen werden gezählt und aus der Anzahl der Streifen sowie dem Abstand zwischen den Streifen wird die tatsächliche Position jedes der Wandelemente relativ zur Laufschiene ermittelt.
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Vorteilhafterweise können die Positionsmarkierungen als Barcodes gestaltet sein, die an bestimmten Positionen an der Laufschiene angebracht sind, wobei in den Barcodes die genaue Position der Barcodes relativ zur Laufschiene codiert sind. Die erste Messvorrichtung kann dabei als ein optischer Sensor ausgestaltet sein, wobei mittels dieses Sensors die Information über die Position der Barcodes aus den Barcodes herausgelesen werden können.
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Dadurch wird in einem weiteren Verfahrensschritt beim Vorbeifahren an den Barcodes jeder der Barcodes mittels der optischen Messvorrichtung erfasst. In einem weiteren Schritt wird die Information der Barcodes decodiert und die darin gespeicherte Position herausgelesen. In den Barcodes können auch andere Informationen gespeichert sein, wie beispielsweise Informationen über den weiteren Kurvenverlauf der Laufschiene und/oder des maximal zulässigen Drehmoments im jeweiligen Streckenabschnitt der Laufschiene.
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Vorteilhafterweise können die Zustandsregelungen Ist-Werte der einzelnen Wandelemente an die zentrale Steuerung übermitteln. Die übermittelten Ist-Werte können mittels der zentralen Steuerung ausgewertet werden und zu erreichende Soll-Werte bestimmt werden. Die zentrale Steuerung kann dann anschließend Steuerungsbefehle mit zu erreichenden Soll-Werten an die Zustandsregelungen der einzelnen Wandelemente übermitteln.
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Dadurch werden in einem weiteren Verfahrensschritt Soll-Werte, wie das geringere Soll-Drehmoment, ermittelt und von der zentralen Steuerung als Steuerungsbefehle an die Zustandregelungen übermittelt. Die Soll-Werte werden dann mittels der Zustandsregelungen eingeregelt, wobei die Ist-Werte mittels der Messvorrichtungen kontinuierlich vermessen werden und mit den Soll-Werten verglichen werden. Die Antriebe werden dann so geregelt, dass die Ist-Werte sich an die Soll-Werte approximativ annähern.
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Vorteilhafterweise können die Ist-Werte die erste Position, die zweite Position, einen gemessenen Ist-Drehmoment des Antriebs, eine Ist-Geschwindigkeit des Antriebs und/oder eine Ist-Beschleunigung des Antriebs umfassen, wobei die Soll-Werte ein minimales Soll-Drehmoment, ein maximales Soll-Drehmoment, eine Soll-Geschwindigkeit, eine Soll-Position, eine maximale Soll-Beschleunigung und/oder eine Soll-Geschwindigkeit umfassen können.
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Dadurch werden in einem weiteren Verfahrensschritt mittels unterschiedlicher Messvorrichtungen die einzelnen Ist-Werte vermessen und kontinuierlich in kurzen zeitlichen Abständen an die zentrale Steuerung übermittelt. Die übermittelten Ist-Werte werden in der zentralen Steuerung verwertet und als Ausgabeparameter Soll-Werte bestimmt, die als Vorgabewerte an die Zustandsregelungen übermittelt werden. Die Zustandsregelungen durchlaufen einen geschlossenen Regelungskreislauf um die gemessenen Ist-Werte solange einzuregeln, bis zumindest die Soll-Werte innerhalb bestimmter Toleranzgrenzen erreicht sind.
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Vorteilhafterweise können die Ist-Werte in Form eines Ist-Zustandsvektors in kurzen zeitlichen Abständen an die zentrale Steuerung übermittelt werden. Die Soll-Werte können in Form eines Soll-Steuerungsvektors von der zentralen Steuerung an die Zustandregelungen in kurzen zeitlichen Abständen übermittelt werden.
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Dadurch werden die Ist-Werte nicht einzeln sondern in Form eines Ist-Zustandsvektors gleichzeitig in kurzen zeitlichen Abständen an die zentrale Steuerung übermittelt, dort verarbeitet und die Soll-Werte in Form des Soll-Steuerungsvektors von der zentralen Steuerung an die Zustandsregelungen übermittelt.
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Der Vorteil der Verwendung von Vektoren besteht darin, dass die Detektion von fehlerhaften Zuständen schneller und einfacher erfolgt als eine Fehlerdetektion rein aus den Messwerten. Der Grund hierfür besteht darin, dass der Ist-Zustandsvektor aus Ist-Werten als Eingangsparameter in ein Zustandsraummodell des gesamten Systems der Trennwand eingegeben wird und festgestellt wird, ob der Ist-Zustandsvektor in einem normalen Betriebsbereich eines Zustandsraummodells liegt oder in einem der Fehlerbereiche außerhalb des normalen Betriebsbereichs liegt. Abhängig davon in welchem der Bereiche der Ist-Zustandsvektor sich befindet, wird der Soll-Steuerungsvektor mit den Soll-Werten ausgegeben, der beispielsweise zu einer Notabschaltung des gesamten Systems oder zu einer Verminderung des Drehmoments führt.
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Vorteilhafterweise kann die Kommunikation zwischen der zentralen Steuerung und den Zustandsregelungen mittels eines Time-Division-Multiple-Access-Verfahrens erfolgen.
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Bei dem Time-Division-Multiple-Access-Verfahren (TDMA) werden einzelne Datenpakete über eine Zeitachse eines verteilten Schieberegisters geschoben, wobei die einzelnen Datenpakete in einer zeitlichen Abfolge die einzelnen Ist-Werte bei der Übermittlung an die zentrale Steuereinheit und die Soll-Werte bei der Übermittlung von der zentralen Steuereinheit an die einzelnen Zustandsregelungen beinhalten. Die zentrale Steuerung erhält nach einem kompletten TDMA-Umlauf der Datenpakete aller Wandelemente die komplette Information über die Zustände der gesamten Trennwand. Das TDMA-Verfahren erlaubt ein echtzeitfähiges Eingreifen der Zentralsteuerung, z. B. auch im Falle fehlerhafter Übermittlung, da der Zeitbedarf abhängig von der Anzahl der Wandelemente exakt festgestellt wird. Die Zustandsregelung jedes der Wandelemente kennt eine eigene Wandelementennummer und zählt die Datenpakete mit. Nachdem die Zustandsregelung des letzten Wandelements sein Datenpaket erhalten hat, werden die Ist-Werte in der gleichen Weise an die zentrale Steuerung übertragen. Die zentrale Steuerung fügt die erhaltenen Ist-Informationen aller Wandelemente zu dem Ist-Zustandsvektor des Gesamtsystems der Trennwand zusammen und prüft, ob dieser Ist-Zustandsvektor in einem sicheren Betriebsbereich des Zustandsvektorraumes liegt oder in einem der Fehlerbereiche des Zustandsvektorraums liegt. Ein Verlassen des sicheren Betriebsbereiches führt zu einer Klassifikation als ein Fehler, der je nach Schweregrad zu einer Notabschaltung des gesamten Systems oder aber zu einer Korrektur der Fahrparameter durch die Vorgabe der Soll-Werte durch die zentrale Steuerung führt. Die Zusammenführung aller Informationen der einzelnen Wandelemente und die Auswertung dieser Informationen in der zentralen Steuerung erleichtert das Bedienen und das Beobachten des Gesamtsystems der Trennwand, wobei insbesondere beim Auftreten unerwarteter Fehler, wie beim Auftauchen von störenden Objekten im Verfahrweg der Wandelemente, die zentrale Steuerung schnell reagieren kann und dadurch eine Beschädigung der Trennwand sowie eine Gefährdung von Personen verhindert werden kann. Ein ungebremstes Auffahren der einzelnen Wandelemente kann dadurch auch verhindert werden. Falls sich zwei Wandelemente deutlich annähern, kann die zentrale Steuerung mittels des Ist-Zustandsvektors des Gesamtsystems dies feststellen und entsprechende Soll-Werte vorgeben, die ein sanftes Aufeinanderlaufen der einzelnen Wandelemente erzielen. Dies hat den Vorteil, dass ein Annäherungssensor nicht erforderlich ist.
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Vorteilhafterweise kann zur Regelung der Antriebe mittels der Zustandsregelungen ein Beobachter, wie der Luenberger-Beobachter und/oder der Kalman-Beobachter, in Form einer elektronischen Schaltung, eines Prozessors einer komplexen programmierbaren logischen Matrix (CPLD/FPGA) und/oder eines Mikrocontrollers den Zustandsregelungen verwendet werden. Die erste mittels der ersten Messvorrichtung ermittelte Position und die zweite mittels der zweiten Messvorrichtung ermittelte Position kann dem Beobachter zugeführt werden, wobei der Beobachter aus diesen Werten die Ist-Geschwindigkeit des Antriebs, die Ist-Beschleunigung des Antriebs und/oder den Schlupfwert ermitteln kann.
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Der Beobachter wird in der Reglungstechnik verwendet, um Zustandsgrößen, die man nicht direkt durch Messung ermitteln kann, indirekt durch Messung anderer Größen zu ermitteln. Falls die Ist-Zustandsgrößen beobachtbar sind und durch Messung ermittelt werden können, wobei also die Möglichkeit besteht diese Ist-Zustandsgrößen mathematisch aus den gemessenen Größen zu bestimmen, dann kann mittels des Beobachters eine Schätzung des Ist-Zustandsvektors vorgenommen werden. Der Beobachter stellt ein Systemmodell des betrachteten realen Systems der Trennwand dar, das über die Beobachtermatrix einen Beobachtungsfehler rückkoppelt und dem Zustand des realen Systems nachgeführt wird. Die Nachführung erfolgt durch die Auswertung einer Differenz zwischen geschätzten Werten des Systemmodells und den tatsächlich ermittelten Ist-Werten des Ist-Zustandsvektors des realen Systems der Trennwand. Auf Basis dieses geschätzten Zustandsvektors ermittelt die lokale Zustandsregelung dann unter Einbezug der Soll-Vektoren mit übermittelten Soll-Werten Stellvektoren mit Stellwerten für die Motoren. Zustandsregelung bedeutet hier sowohl eine Zustandsrückführung zur Vorgabe der gewünschten Dynamik sowie die Einregelung von Soll-Werten unter Berücksichtigung von vorgegebenen Grenzwerten. Zusätzlich kann ein Beobachter vorgesehen werden, der ein Minimum-Varianz-Schätzer ist und Zustandsrauschen sowie Messrauschen des Gesamtsystems berücksichtigt. Die beiden Rauschgrößen werden als Gaußprozesse modelliert und Kovarianzmatrizen dieser Prozesse werden erzeugt. Die erzeugten Kovarianzmatrizen fließen in den Entwurf einer Kalman-Matrix ein. Falls die Rauschprozesse nicht stationär sind, muss in jedem Abtastschritt eine neue Kalman-Matrix berechnet werden.
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In der vorliegenden Erfindung kann der Beobachter als ein Element der Zustandsregelungen der einzelnen Wandelemente und/oder als ein Element einer technischen Diagnose in der zentralen Steuerung verwendet werden.
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In einer ersten Ausführungsform wird der Beobachter als ein Element der Zustandsregelungen der einzelnen Wandelemente verwendet. Dabei werden Soll-Werte, die auch Grenzwerte sein können, von der zentralen Steuerung an die Zustandsregelungen in Form eines Soll-Steuerungsvektors übermittelt, die sie möglichst gut einregeln sollen. Falls beispielsweise als Soll-Wert ein maximales Soll-Drehmoment vorgegeben wird, ist es erforderlich Ist-Messwerte eines Drehgebers zur Berechnung des Ist-Drehmoments, wie einen elektrischen Zeiger und einen mechanischen Zeiger, laufend zu überwachen. Aus diesen Messwerten des Drehgebers wird dann eine Ist-Geschwindigkeit für die Regelung in den Zustandsregelungen und die Rückmeldung an die zentrale Steuerung geschätzt. Falls ein Schlupf auftritt, wird für eine ruckfreie Regelung der Elemente und ein möglichst ungestörtes Fortsetzen der Fahrt eine Ist-Geschwindigkeit geschätzt, die die tatsächliche Geschwindigkeit der Wandelemente approximiert. Die Ist-Geschwindigkeit kann also nicht allein durch numerisches Ableiten aus den Messwerten des Drehgebers ermittelt werden sondern wird anhand der ersten und der zweiten Position berechnet. Zusätzlich zur ersten mittels des Drehgebers ermittelten Position und der zweiten mittels des Positionsbandes ermittelten Position kann noch eine weitere mittels der Barcodes ermittelte Position bei der Berechnung der tatsächlichen Position der einzelnen Wandelemente berücksichtigt werden. Die genannten Positionswerte werden dem Beobachter zugeführt, der aus diesen Werten die reale Ist-Geschwindigkeit des Wandelements, die reale Ist-Beschleunigung, den Schlupfwert, das momentane Ist-Drehmoment des Antriebs und gegebenenfalls weitere daraus abgeleitet Größen ermittelt. Diese ermittelten Ist-Werte werden an die zentrale Steuerung übermittelt und dort, wie oben beschrieben, klassifiziert, ob sie einem sicheren Betriebsbereich zuzuordnen sind oder nicht.
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Bei einer weiteren Ausführungsform, die mit der vorhin genannten Ausführungsform kombinierbar ist, wird der Beobachter als ein Element der zentralen Steuerung verwendet, um ein reales System der Trennwand mit einem nominellen Modell der Trennwand zu vergleichen. Das reale System ist dabei durch den Ist-Zustandsvektor mit den Ist-Werten gegeben und das nominelle Modell entspricht dem Verhalten des Gesamtsystems der Trennwand in einem ungestörten Betrieb. Daher läuft das nominelle Modell in ungestörtem Betrieb in guter Übereinstimmung, innerhalb bestimmter Toleranzgrenzen, gleich mit dem realen System. Bei einer Störung, wie bei Hindernissen im Laufpfad der Trennwand, bei mechanischen Defekten in der Laufschiene oder bei Personen im Verfahrweg der Trennwand, weicht das reale System der Trennwand vom nominellen Systemmodell ab, so dass durch Auswertung einer Differenz zwischen geschätzten Werten des Systemmodells und den tatsächlichen Ist-Werten des realen Systems ein Beobachtungsfehler mittels des Beobachters ermittelt wird, wobei ein Fehlerzustand anhand des Beobachtungsfehlers detektiert wird und die zentrale Steuerung darauf entsprechend reagiert und den Fehlerzustand korrigiert.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt die
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1 eine Skizze einer Trennwand umfassend mehrere einzelne Wandlungen;
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2 eine Skizze zur Verdeutlichung des TDMA-Verfahrens;
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3 eine Skizze zur Verdeutlichung der Funktionsweise des Beobachters;
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4 eine Skizze zur Verdeutlichung der Funktionsweise des Kalman-Beobachters;
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5 eine Skizze zur Darstellung eines geschlossenen Regelkreises der Motorregelungen.
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Ausführungsbeispiele
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Die 1 zeigt eine Trennwand 1 umfassend mehrere einzelne Wandelemente 2 und 3, die in einer gemeinsamen Laufschiene 4 verfahrbar sind. An den Wandelementen 2 und 3 sind Antriebsrollen 5, 7 und zur Unterstützung Laufrollen 6, 8 angebracht, die in der gemeinsamen Laufschiene 4 verfahrbar sind. Jedes der Wandelemente 2 und 3 weist einen eigenen Antrieb 9 und 10 auf, der beispielsweise ein Elektromotor sein kann. Der Antrieb 9 und 10 kann in die einzelnen Wandelemente 2 und 3 integriert sein oder oberhalb der Wandelemente 2 und 3 beispielsweise in der Höhe der Laufschiene 4 angeordnet sein. Die Verwendung eines synchronen Schrittmotors ist besonders vorteilhaft. Jedes der Wandelemente 2 und 3 weist eine erste Messvorrichtung 11 und 12 auf, die über ein Verbindungsstück 13 und 14 mit dem Wandelement verbunden ist und damit zusammen mit dem Wandelement entlang der Laufschiene 4 in eine Verfahrrichtung 15 oder in die entgegengesetzte Verfahrrichtung 16 verfahrbar ist. An der Laufschiene 4 ist ein Positionsband 17 in Längsrichtung der Laufschiene 4 angeordnet, wobei zwei Muster 18 und 19 in der Form von zwei nebeneinander angeordneten Bändern 18 und 19 mit senkrecht zum Verlauf dieser Bänder angeordneten dunklen Streifen 20 und hellen Streifen 21 besteht. Das erste Band ist zum zweiten Band phasenversetzt mit einer Phasendifferenz von 90° angeordnet. Die erste Messvorrichtung 11 und 12 jedes der Wandelemente 2 und 3 ist so angeordnet, dass beide Bänder 18 und 19 des Positionsbandes 17 erfasst werden. Zusätzlich weist die erste Messvorrichtung 11 und 12 jedes der Wandelemente einen zweiten optischen Sensor 22 und 23 auf, der so angeordnet ist, dass die zusätzlich zum Positionsband 17 an der Laufschiene angebrachten Barcodes 24, 25 und 26 vermessen werden können. In den Barcodes 24, 25 und 26 ist die jeweilige Position dieser Barcodes relativ zur Laufschiene 4 codiert, wobei die Barcodes an Stellen der Laufschiene angebracht werden, die für einen störungsfreien Betrieb der Trennwand 1 wesentlich sind, wie beispielsweise in Kurven oder an den Endpunkten 26 und 27 der Laufschiene. Das Positionsband 17 und die Barcodes 24, 25 und 26 sind Positionsmarkierungen, die von der ersten Messvorrichtung 11, 12 jedes der Wandelemente 2 und 3 erfasst werden, um unter Verwendung eines Messsignals der ersten Messvorrichtung 11, 12 eine erste Position 28 und 29 jedes der Wandelemente 2 und 3, die durch Pfeile dargestellt sind, zu ermitteln. Die erste Position 28, 29 der Wandelemente 2, 3 wird mittels des Positionsbandes 17 durch Abzählen der einzelnen dunklen Streifen 20 in Kenntnis der Abstände zwischen den dunklen Streifen 20 ermittelt. Zum Abgleich liest die erste Messvorrichtung 11, 12 beim Vorbeifahren an den Barcodes 24, 25 und 26 eine weitere Position aus, die in den Barcodes codiert ist. Die Position der Barcodes wird zur Korrektur der ersten Position verwendet und somit die tatsächliche korrigierte erste Position der einzelnen Wandelemente 2, 3 festgestellt. Zusätzlich zu der ersten Messvorrichtung 11, 12 ist an jedem der Wandelemente 2, 3 eine zweite Messvorrichtung 30 31 an der Achse des Elektromotors 9, 10 angeordnet. Die zweite Messvorrichtung 30, 31 kann ein Drehgeber sein, der eine Drehbewegung der Motorachse des Elektromotors 9, 10 vermisst und aus der Anzahl der Umdrehungen der Motorachse eine zweite Position 32, 33 der Antriebe 9, 10 der einzelnen Wandelemente 2, 3 ermittelt. Die zweite Position jedes der Wandelemente 2, 3 relativ zur Laufschiene 4 ist durch Pfeile 32, 33 dargestellt. Während des gesamten Fahrbetriebs der Trennwand 1 wird die erste Position 28, 29 und die zweite Position 32, 33 der einzelnen Wandelemente 2, 3 kontinuierlich vermessen und mittels eines Datenbusses 34 an eine zentrale Steuerung übermittelt. Die Übermittlungsrichtung ist durch die Pfeile 36, 37 von der ersten Messvorrichtung 11, 12 und durch die Pfeile 38, 39 ausgehend von der zweiten Messvorrichtung 30, 31 dargestellt. Die zentrale Steuerung weist eine Vergleichseinheit 36 auf, die die übermittelte erste Position mit der zweiten Position vergleicht und aus dem Differenzwert einen Schlupfwert ermittelt. Falls die Antriebsrollen 5, 7 in der Laufschiene 4 wegen zu geringer Reibung oder wegen eines zu hohen Drehmoments durchdrehen, steigen der Differenzwert und somit auch der Schlupfwert. Die zentrale Steuerung 35 steuert dem Durchdrehen der Antriebsrollen 5, 7 dadurch entgegen, dass ein Soll-Wert, nämlich ein Soll-Drehmoment an eine Zustandsregelung 37, 38 jedes der Wandelemente 2, 3 übermittelt wird, wie durch die Pfeile 39, 40 dargestellt ist. Die Zustandsregelung 37, 38 kann eine Servoregelung sein, die in einem geschlossenen Regelungskreislauf das Soll-Drehmoment innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen einregelt. Die zentrale Steuerung 35 weist einen Beobachter 41 auf, der aus den Messsignalen der ersten Position und der zweiten Position die tatsächliche Ist-Geschwindigkeit, die Ist-Beschleunigung und den Schlupfwert der Wandelemente 2, 3 ermittelt. Die Werte der gemessenen ersten Position, der gemessenen zweiten Position der Ist-Geschwindigkeit, der Ist-Beschleunigung und des Schlupfwertes jedes der Wandelemente 2, 3 werden dahingehend geprüft, ob sie in einem zulässigen Betriebswertebereich liegen. Falls sie außerhalb dieses Betriebswertebereichs liegen wird ein Fehler diagnostiziert. Abhängig von der Auswertung kann ein Steuerungsbefehl zur Notabschaltung der gesamten Trennwand oder zur Verminderung des Drehmoments beziehungsweise der Fahrgeschwindigkeit von der zentralen Steuerung an die Zustandssteuerungen 37, 38 übermittelt werden. Die Übermittlung der Ist-Werte, wie durch Pfeile 36, 38, 37 und 39 dargestellt sowie die Übermittlung der Soll-Werte, die durch die Pfeile 39 und 40 dargestellt ist, erfolgt mittels eines Time-Division-Multiple-Access-Verfahrens (TDMA) in Form von Datenpaketen.
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Die 2 zeigt eine Skizze zur Verdeutlichung des TDMA Verfahrens. In einem ersten Datenpaket 50 werden die Ist-Daten des ersten Wandelements 2 aus 1 in zeitlicher Abfolge mittels des Datenbusses 34 an die zentrale Steuerung übermittelt. Die Ist-Werte sind ein elektrischer Zeiger 51 des Elektromotors 9, 10, ein mechanischer Zeiger 52 des Elektromotors 9, 10, die erste gemessene Position 53, die zweite mittels des Drehgebers 30, 31 gemessene Position 54, die Ist-Geschwindigkeit 55 des Wandelements, die Ist-Beschleunigung 56 des Wandelements, das Ist-Drehmoment 57 des Drehelements und der Schlupfwert 58 des Wandelements. Die Ist-Werte des zweiten Wandelements 3 werden in einem zeitlich nachgeordneten zweiten Datenpaket 59 und die Ist-Werte eines in 1 nicht dargestellten dritten Wandelements in einem dritten Datenpaket 60 an die zentrale Steuerung 35 aus 1 übermittelt. Die Soll-Werte werden entsprechend ebenfalls zeitlich nacheinanderfolgend von der zentralen Steuerung mittels des Datenbusses 34 von der zentralen Steuerung 35 an die Zustandsregelungen 37, 38 übermittelt.
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Die 3 zeigt eine Skizze zur Verdeutlichung der Funktionsweise des Beobachters 41 aus 1. Der Beobachter 41 kann beispielsweise ein Luenberger-Beobachter sein. Das reale System 61 der Trennwand 1 ist durch das obere Schaltbild dargestellt. Ein nachgeführtes Systemmodell 62 des Systems 61 ist im unteren Schaltbild dargestellt. Das Systemmodell 62 wird dem betrachteten realen System 61 über eine Beobachtermatrix 63 nachgeführt. Die Nachführung erfolgt durch die Auswertung eines Vektors eines Beobachtungsfehlers 64, der aus einer Differenz zwischen den tatsächlich ermittelten Ist-Größen 51 bis 58 sowie daraus abgeleiteten Werten, wie der Ist-Geschwindigkeit 71 und der Ist-Beschleunigung 72, und mittels des Systemmodells 62 ermittelten geschätzten Schätzwerten 73, die den Werten des Systems 61 entsprechenden, gebildet wird. Das Systemmodell 62 besteht aus Modellmatrizen 65, 66 und 67, nämlich aus einer Modelleingangsmatrix 65, einer Modelldynamikmatrix 66 und einer Modellausgangsmatrix 67, die bei einem planmäßigen Betrieb der Trennwand 1 den tatsächlichen Systemmatrizen 68, 69 und 70, nämlich einer Systemeingangsmatrix 68, einer Systemdynamikmatrix 69 und einer Systemausgangsmatrix 70 des tatsächlichen Systems entsprechen. Das Systemmodell 62 verhält sich daher bei normalem Betrieb wie das reale System 61 mit einer Modellungenauigkeit als Abweichung. Bei Systemfehlern verändert sich das dynamische Verhalten des Systems 61, so dass der Beobachtungsfehlervektor 64 einen eindeutigen Ausschlag aufweist. Dieser Ausschlag wird verwendet, um die Systemfehler mathematisch zu klassifizieren.
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Die 4 zeigt eine Skizze eines Kalman-Filters zur Unterdrückung eines Zustandsrauschens und eines Messrauschens, das bei der Vermessung der Ist-Werte 51 bis 57 erzeugt wird, der eine zweite Ausführungsform des Beobachters darstellt. Dabei werden im Unterschied zum Beobachter nach 3 die mit den gemessenen Ist-Werten 51 bis 57 überlagerte Rauschprozesse als mittelwertfreie Gaußprozesse modelliert. Kovarianzmatrizen dieser Rauschprozesse werden zur Berechnung einer Kalman-Matrix 80 im Systemmodell 62 des Beobachters berücksichtigt. Der Beobachtungsfehler 64, der wie in 3 aus der Differenz zwischen den Werten 51 bis 58, 71, 72 und den mittels des Systemmodells 62 ermittelten Schätzwerten 73 gebildet wird, wird dann in der Kalman-Matrix 80 korrigiert. Falls die Rauschprozesse instationär sind, muss in jedem Abtastschritt eine neue Kalman-Matrix 80 berechnet werden. Im Vergleich zur ersten Ausführungsform aus 3 tritt damit an die Stelle der Beobachtungsmatrix 63 die Kalman-Matrix 80.
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Die 5 zeigt eine Skizze der Zustandsregelung 37, 38 aus 1 mit einem Beobachter, wie in 3 dargestellt. Die Zustandsregelung 37, 38 umfasst einen Beobachter 90, wie in 3, mit einem realen System 61 und einem nachgeführten Systemmodell 62. Die Rückführung eines Schätzvektors mit Schätzwerten 73 des Systemmodells 62 erfolgt über eine Rückführmatrix 91 und dient zur Verbesserung der Dynamik durch eine so genannte Eigenwertvorgaberegelung.
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Dem auf diese Weise geregelten realen System 61 wird ein Vorfilter 92 vorgeschaltet. Dem Vorfilter 92 wird ein Regler 93, wie ein PI-Regler, vorgeschaltet, der zur exakten Nachführung der direkt messbaren Ist-Werte 51 bis 57 des Ist-Zustandsvektors dient. Der Soll-Steuerungsvektor 94 mit Soll-Werten sowie mit Grenzwerten 95 wird, wie durch Pfeile 39 und 40 in 1 dargestellt, von der zentralen Steuerung 35 an die einzelnen Zustandsregelungen 37, 38 der einzelnen Wandelemente 2, 3 übermittelt. Die in 5 dargestellte Zustandsregelung ist nur eine mögliche Ausführungsform. Es können auch andere Zustandsregelungen, wie eine Ricatti-Regelung oder eine Optimalentkopplung, verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Trennwand
- 2
- erstens Wandelement
- 3
- zweites Wandelement
- 4
- gemeinsame Laufschiene
- 5
- Antriebsrolle
- 6
- Laufrolle
- 7
- Antriebsrolle
- 8
- Laufrolle
- 9
- Antrieb, Elektromotor
- 10
- Antrieb, Elektromotor
- 11
- erste Messvorrichtung
- 12
- erste Messvorrichtung
- 13
- Verbindungsstück
- 14
- Verbindungsstück
- 15
- Verfahrrichtung
- 16
- Verfahrrichtung
- 17
- Positionsband
- 18
- Muster, Band
- 19
- Muster, Band
- 20
- dunkle Streifen
- 21
- helle Streifen
- 22
- zweiter Sensor
- 23
- zweiter Sensor
- 24
- Barcode
- 25
- Barcode
- 26
- Barcode
- 26
- Endpunkt
- 27
- Endpunkt
- 28
- erste Position
- 29
- erste Position
- 30
- zweite Messvorrichtung
- 31
- zweite Messvorrichtung
- 34
- Datenbus
- 36
- Pfeil
- 37
- Pfeil
- 38
- Pfeil
- 39
- Pfeil
- 36
- Vergleichseinheit
- 35
- zentrale Steuerung
- 37
- Zustandsregelung
- 38
- Zustandsregelung
- 39
- Pfeil
- 40
- Pfeil
- 41
- Beobachter
- 50
- Datenpaket
- 51
- elektrischer Zeiger
- 52
- mechanischer Zeiger
- 53
- erste gemessene Position
- 54
- zweite gemessene Position
- 56
- Beschleunigung
- 57
- Ist-Drehmoment
- 58
- Schlupfwert
- 59
- zweites Datenpaket
- 60
- drittes Datenpaket
- 61
- reales System
- 62
- nachgeführtes Systemmodell des Beobachters
- 63
- Beobachtungsmatrix
- 64
- Beobachtungsfehler
- 65
- Modelleingangsmatrix
- 66
- Modelldynamikmatrix
- 67
- Modellausgangsmatrix
- 68
- Systemausgangsmatrix
- 69
- Systemdynamikmatrix
- 70
- Systemausgangsmatrix
- 71
- Ist-Geschwindigkeit
- 72
- Ist-Beschleunigung
- 73
- Schätzwerte des Systemmodells
- 80
- Kalman-Matrix
- 90
- Beobachter
- 91
- Rückführmatrix
- 92
- Vorfilter
- 93
- Regler
- 94
- Soll-Steuerungsvektor
- 95
- Grenzwerte
