DE102010051413A1

DE102010051413A1 - Antriebssystem und Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems für eine Achse einer Maschine oder eine Anlage

Info

Publication number: DE102010051413A1
Application number: DE102010051413A
Authority: DE
Inventors: Tobias Ebert; Jonas Urlaub
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2010-11-16
Filing date: 2010-11-16
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2030-11-17
Also published as: DE102010051413B4

Abstract

Antriebssystem und Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems für eine Achse einer Maschine oder eine Anlage, wobei das Antriebssystem – einen Elektromotor als Antrieb zum Anfahren verschiedener Achspositionen, – einen Umrichter, welcher den Elektromotor speist, – einen erster und ein zweiter Sensor zur Erfassung der Achsposition, – eine elektromagnetisch betätigbare Bremse zum Abbremsen der Achse, – eine Sicherheitssteuerung aufweist wobei eine erste Datenleitung zur Übertragung der vom ersten Sensor erfassten Werte an den Umrichter und an die Sicherheitssteuerung vorgesehen ist, wobei eine zweite Datenleitung zur Übertragung der vom zweiten Sensor erfassten Werte an die Sicherheitssteuerung vorgesehen ist, wobei im Umrichter und in der Sicherheitssteuerung jeweils ein Bremswegbestimmungsmittel angeordnetuerung jeweils ein mit dem Bremswegbestimmungsmittel verbundenes Vergleichsmittel zum Vergleichen des Differenzbetrags zwischen Bremsweg und Abstand zwischen einer Endposition und der jeweiligen Achsposition angeordnet ist, wobei ein mit dem Vergleichsmittel verbundenes Auslösemittel mit einer Steuerleitung zum Übertragen eines Auslösesignals zum Auslösen der Bremse vorgesehen ist, wobei die Steuerleitung von der Sicherheitssteuerung zur Bremsansteuereinheit der Bremse, insbesondere direkt oder über den Umrichter, führt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems für eine Achse einer Maschine oder eine Anlage.
Bei schienengeführten Systemen sind Mittel zum Begrenzen der Bewegung des Schienenfahrzeugs bekannt, wie beispielsweise hinter der Endposition angebrachte Rammböcke, Puffer oder Stoßdämpfer. Beispielsweise sind allgemein Rammböcke aus Kopfbahnhöfen bekannt. Solche Mittel zum Begrenzen erhöhen die Sicherheit, indem sie derart dimensioniert sind, dass sie die Bewegungsenergie des die jeweilige Endposition überschreitenden Fahrzeugs aufzunehmen vermögen. Zwar mag es bei schweren Auffahrunfällen zu Zerstörungen am Fahrzeug kommen, jedoch ist die Sicherheit für die Umgebung erhöht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hohe Sicherheit bei geringen Kosten zu erreichen, insbesondere bei einer Maschine oder Anlage, die zumindest eine Antriebsachse aufweist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Antriebssystem nach den in Anspruch 1 und ebi dem Verfahren nach den in Anspruch 4 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Antriebssystem für eine Achse einer Maschine oder eine Anlage sind, dass das Antriebssystem

– einen Elektromotor als Antrieb zum Anfahren verschiedener Achspositionen,
– einen Umrichter, welcher den Elektromotor speist,
– einen erster und ein zweiter Sensor zur Erfassung der Achsposition,
– eine elektromagnetisch betätigbare Bremse zum Abbremsen der Achse,
– eine Sicherheitssteuerung

Von Vorteil ist dabei, dass die Sicherheit erhöht ist und somit mechanisch wirkende Sicherheitsmittel, wie Puffer oder Stoßdämpfer, verzichtbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Maschine oder Anlage ein Regalbediengerät. Von Vorteil ist dabei, dass für jede erfindungsgemäße Achse mechanisch wirkende Sicherheitsmittel verzichtbar sind und somit Kosten einsparbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind keine Begrenzungsmittels, insbesondere kein Endpuffer, kein Rammbock und kein Stoßdämpfer, hinter den Endpositionen der Achse angeordnet,
insbesondere so dass die Endposition überfahrbar ist, wenn der Motor mit Netzspannung versorgt werden würde, also das Antriebssystem ohne Umrichter und Sicherheitssteuerung ausgeführt würde. Von Vorteil ist dabei, dass Kosten einsparbar sind und die Fertigung der Anlage, beispielsweise des Regalbediengeräts, vereinfacht ist.
Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems für eine Achse einer Maschine oder eine Anlage sind, dass das Antriebssystem

– einen Elektromotor als Antrieb zum Anfahren verschiedener Achspositionen,
– einen Umrichter, welcher den Elektromotor speist,
– einen erster und ein zweiter Sensor zur Erfassung der Achsposition,
– eine elektromagnetisch betätigbare Bremse zum Abbremsen der Achse und
– eine Sicherheitssteuerung

Von Vorteil ist dabei, dass die Sicherheit erhöht ist und jederzeit ein rechtzeitiges Auslösen der Bremse ausführbar ist. Bei dem Vergleich des Bremswegs mit dem Abstand von der Endposition ist selbstverständlich ein Sicherheitszuschlag berücksichtigt. Somit sind die Reaktionszeit des Systems und weitere Risiken berücksichtigbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die zeitlichen Abstände jeweils kürzer als 100 Millisekunden, insbesondere kleiner als 10 Millisekunden. Von Vorteil ist dabei, dass die Überprüfung in Echtzeit ausführbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind erster und zweiter Sensor separat voneinander angeordnet und es ist jeweils der Drehwinkelwert der Rotorwelle des Elektromotors erfassbar. Von Vorteil ist dabei, dass die Winkelwerte von zwei unabhängigen Sensoren erfasst werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird zeitlich wiederkehrend die Bremse getestet,
insbesondere wobei die Bremse ausgelöst wird und vom Motor und/oder der Gravitationskraft ein durch die Bremse zu kompensierendes Drehmoment erzeugt wird, wobei mittels des ersten und/oder des zweiten Sensors die Bremse auf Versagen überwacht wird. Von Vorteil ist dabei, dass die Sicherheit weiter erhöht ist, da die Bremse immer wieder überprüft wird. Vorteiligerweise ist der bremsentest und alle sonstigen Abläufe von einer übergeordneten Steuerung initiierbar. Denn diese Steuerung ist in der Lage, den Bremsentest an einem geeigneten Zeitpunkt an einer dafür geeigneten Position ausführen zu lassen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung arbeiten erster und zweiter Sensor nach verschiedenen physikalischen Messprinzipien, insbesondere magnetisch beziehungsweise optisch. Von Vorteil ist dabei, dass bei Einwirkung einer Störgröße nicht beide Sensoren gleichermaßen versagen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Auslösesignal zum Auslösen der Bremse von der Sicherheitssteuerung über den Umrichter an eine Bremsansteuereinheit übertragen, welche die Bremse versorgt und/oder ansteuert. Von Vorteil ist dabei, dass nur eine einzige Steuerleitung zu verlegen ist, also keine direkte Verbindung zwischen Bremsansteuereinheit und Sicherheitssteuerung.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der 1 ist ein Antriebssystem einer erfindungsgemäßen Anlage oder Maschine dargestellt.
Die Anlage oder Maschine weist Achsen auf, wobei eine der Achsen vom Motor des Antriebssystems angetrieben wird.
Die Anlage oder Maschine ist beispielsweise ein Regalbediengerät, wobei die Achse in diesem Fall entweder eine Vertikalachse oder eine Horizontalachse ist.
Der Motor 5 ist als Elektromotor ausgeführt, der eine Rotorwelle aufweist und dessen Statorwicklungen von einem Umrichter 1 gespeist werden.
Mit der Rotorwelle sind zwei Winkelsensoren (6, 7) verbunden, so dass der Drehwinkel der Rotorwelle von beiden Sensoren (6, 7) unabhängig voneinander erfassbar ist.
Außerdem ist eine elektromagnetisch betätigbare Bremse mit dem Motor beziehungsweise mit der Rotorwelle des Motors verbunden, so dass die Drehbewegung mittels der Bremse abbremsbar ist. Insbesondere in einem Sicherheitsfall, wie beispielsweise Stromausfall, fällt die Bremse ein und erzeugt somit Bremswirkung.
Die Bremse wird von einer Bremsansteuerungseinheit 4 angesteuert. Diese wiederum ist mit dem Umrichter 1 über eine Steuerleitung verbunden, so dass die Bremse auch vom Umrichter auslösbar ist.
Durch geeignetes Betreiben des Umrichters ist auch ein motorisches Bremsen mittels des Elektromotors 5 bewirkbar.
Dem Umrichter 1 werden auch die vom Sensor 6 erfassten Winkelwerte zugeführt. Aus diesen Winkelwerten wird auch die Drehgeschwindigkeit der Rotorwelle bestimmt. Dem Umrichter werden auch erfasste Motorstrom- und Motorspannungswerte oder diesen Werten entsprechende Werte zugeführt. Im Umrichter ist somit eine Steuer- und Regelungseinheit in der Lage, die Motorspannung derart zu stellen, dass die vom Motor 5 angetriebene Achse von einer Istposition auf eine Sollposition hin gesteuert wird.
Außerdem sind die erlaubten Endpositionen im Umrichter 1 gespeichert.
Die maximal erzeugbare Bremsbeschleunigung ist ebenfalls im Umrichter 1 gespeichert.
Somit ist es dem Umrichter ermöglicht, aus der zum jeweiligen Zeitpunkt bekannten Istposition und Geschwindigkeit, den Bremsweg zu bestimmen. Überschreitet die somit vorherbestimmbare und zugehörige Stillstandsposition eine Endposition löst der Umrichter 1 die Bremse aus.
Auf diese Weise ist bewirkt, dass keine Position außerhalb der Endposition erreicht wird.
Zur Erhöhung der Sicherheit ist eine Sicherheitssteuerung 2 vorgesehen, der ebenfalls die vom Sensor 6 erfassten Werte zugeführt werden.
Außerdem werden der Sicherheitssteuerung 2 ebenfalls die vom Sensor 7 erfassten Werte zugeführt. Somit vergleicht die Sicherheitssteuerung 2 die vom Sensor 6 erfassten Wert mit den vom Sensor 7 erfassten Werten. Bei einer nicht mehr erlaubten Abweichung wird ein Abschaltsignal zum Auslösen der Bremse erzeugt.
In der Sicherheitssteuerung 2 wird auf vom Umrichter 1 unabhängige Weise aus den erfassten Positions-Werten der Sensoren 6 und/oder 7 ein jeweils aktueller Geschwindigkeitswert bestimmt. Aus diesen Werten wird dann wiederum überwacht, ob unter Berücksichtigung des jeweils notwendigen Bremswegs ein Überschreiten der Endposition möglich ist. Nach Erkennen einer möglichen Überschreitung der Endposition wird die Maschine oder Anlage in einen sicheren Zustand, wie beispielsweise Stillsetzen der Maschine, versetzt.
Da im Umrichter 1 und in der Sicherheitssteuerung 2 dieselbe Überprüfung des Überschreitens der Endpositionen in unabhängiger Weise stattfindet, ist die Sicherheit derart hoch, dass üblicherweise hinter der Endposition angebrachte Rammböcke, Puffer oder Stoßdämpfer verzichtbar sind.
Bei der erfindungsgemäßen Maschine oder Anlage sind zwar Mittel hinter der Endposition vorsehbar. Jedoch ist es nicht nötig, diese Mittel derart zu dimensionieren und fest vorzusehen, dass ein Aufnehmen der gesamten Bewegungsenergie des von der Achse angetriebenen Objektes ermöglicht ist. Denn die Sicherheit ist derart hoch, dass dies sicherheitstechnisch als sinnlos erweist.
Somit ist ein beispielhaftes Regalbediengerät ohne Endpuffer oder Stoßdämpfer ausführbar.
Die übergeordnete Steuerung 3, insbesondere SPS oder ähnliche Steuerung, übermittelt dem Umrichter die für den geplanten Bewegungsablauf notwendigerweise jeweils als nacheinander anzufahrenden Sollpositionen. Außerdem wird von der Steuerung 3 der sonstige gesamte Bewegungsablauf gesteuert, insbesondere auch die in der 1 nicht gezeigten übrigen Achsantriebe für weitere Maschinenachsen. Darüber hinaus veranlasst die Steuerung 3 in zeitlichen Abständen einen Bremsentest. Hierbei wird die Bremse ausgelöst und muss ein bestimmtes vom Motor und/oder von der auf das von der Achse bewegte Objekt wirkenden Gravitationskraft erzeugtes Drehmoment kompensieren. Falls die Bremse hierbei versagt, was durch Überwachung des Winkelsensors festgestellt wird, wird der Sicherheitszustand ausgelöst, also beispielsweise die Anlage oder Maschine still gesetzt oder in einen sonstigen sicheren Zustand versetzt.
Durch diese in zeitlichen Abständen wiederholend ausgeführten Bremsentests ist eine weiter erhöhte Sicherheit erreichbar.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel erfassen die Sensoren 6 und 7 die Drehwinkelwerte nach verschiedenen Messprinzipien, beispielsweise erfasst der Sensor 6 auf optische Weise und der Sensor 7 arbeitet magnetisch, wobei der Sensor 6 einen für Licht empfindlichen Sensor aufweist und der Sensor 7 einen für Magnetfeld empfindlichen Sensor, wie Hall-Sensor oder Wieganddraht.
Bezugszeichenliste

1: Umrichter
2: Sicherheitssteuerung
3: übergeordnete Steuerung, insbesondere SPS
4: Bremsansteuerungseinheit mit Bremse
5: Motor, insbesondere Elektromotor
6: Winkelsensor
7: Winkelsensor

Claims

Antriebssystem für eine Achse einer Maschine oder eine Anlage, wobei das Antriebssystem – einen Elektromotor als Antrieb zum Anfahren verschiedener Achspositionen, – einen Umrichter, welcher den Elektromotor speist, – einen erster und ein zweiter Sensor zur Erfassung der Achsposition, – eine elektromagnetisch betätigbare Bremse zum Abbremsen der Achse, – eine Sicherheitssteuerung aufweist dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Datenleitung zur Übertragung der vom ersten Sensor erfassten Werte an den Umrichter und an die Sicherheitssteuerung vorgesehen ist, wobei eine zweite Datenleitung zur Übertragung der vom zweiten Sensor erfassten Werte an die Sicherheitssteuerung vorgesehen ist, wobei im Umrichter und in der Sicherheitssteuerung jeweils ein Bremswegbestimmungsmittel angeordnet ist, wobei im Umrichter und in der Sicherheitssteuerung jeweils ein mit dem Bremswegbestimmungsmittel verbundenes Vergleichsmittel zum Vergleichen des Differenzbetrags zwischen Bremsweg und Abstand zwischen einer Endposition und der jeweiligen Achsposition angeordnet ist, wobei ein mit dem Vergleichsmittel verbundenes Auslösemittel mit einer Steuerleitung zum Übertragen eines Auslösesignals zum Auslösen der Bremse vorgesehen ist, wobei die Steuerleitung von der Sicherheitssteuerung zur Bremsansteuereinheit der Bremse, insbesondere direkt oder über den Umrichter, führt.
Antriebssystem nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine oder Anlage ein Regalbediengerät ist.
Antriebssystem nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass keine Begrenzungsmittels, insbesondere kein Endpuffer, kein Rammbock und kein Stoßdämpfer, hinter den Endpositionen der Achse angeordnet sind, insbesondere so dass die Endposition überfahrbar ist, wenn der Motor mit Netzspannung versorgt werden würde, also das Antriebssystem ohne Umrichter und Sicherheitssteuerung ausgeführt würde.
Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems für eine Achse einer Maschine oder eine Anlage, wobei das Antriebssystem – einen Elektromotor als Antrieb zum Anfahren verschiedener Achspositionen, – einen Umrichter, welcher den Elektromotor speist, – einen erster und ein zweiter Sensor zur Erfassung der Achsposition, – eine elektromagnetisch betätigbare Bremse zum Abbremsen der Achse und – eine Sicherheitssteuerung aufweist dadurch gekennzeichnet, dass in zeitlichen Abständen wiederholend der vom ersten Sensor jeweils erfasste Wert an den Umrichter und an die Sicherheitssteuerung übertragen wird, insbesondere gleichzeitig, wobei der vom zweiten Sensor jeweils erfasste Wert an die Sicherheitssteuerung übertragen wird, wobei im Umrichter und in der Sicherheitssteuerung jeweils ein Bremsweg bestimmt wird, insbesondere in voneinander unabhängiger Weise, wobei im Umrichter und in der Sicherheitssteuerung jeweils der Bremsweg verglichen wird mit dem Abstand zwischen einer Endposition und der jeweiligen Achsposition, wobei abhängig vom Ergebnis des Vergleichs vom Umrichter und/oder von der Sicherheitssteuerung die Bremse ausgelöst wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitlichen Abstände jeweils kürzer sind als 100 Millisekunden, insbesondere kleiner als 10 Millisekunden.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass erster und zweiter Sensor separat voneinander angeordnet sind und jeweils der Drehwinkelwert der Rotorwelle des Elektromotors erfassbar ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zeitlich wiederkehrend die Bremse getestet wird, insbesondere wobei die Bremse ausgelöst wird und vom Motor und/oder der Gravitationskraft ein durch die Bremse zu kompensierendes Drehmoment erzeugt wird, wobei mittels des ersten und/oder des zweiten Sensors die Bremse auf Versagen überwacht wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass erster und zweiter Sensor nach verschiedenen physikalischen Messprinzipien arbeiten, insbesondere magnetisch beziehungsweise optisch.
Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslösesignal zum Auslösen der Bremse von der Sicherheitssteuerung über den Umrichter an eine Bremsansteuereinheit übertragen wird, welche die Bremse versorgt und/oder ansteuert.