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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Antriebssystem sowie auf ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems gemäß den Hauptansprüchen.
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In bisherigen Antriebssystemen müssen bei der Verwendung von mehreren Antriebsmotoren viele einzelne Leitungen zur Versorgung dieser Antriebsmotoren mit elektrischer Energie und Steuersignalen gezogen werden, um jeden einzelnen dieser Antriebsmotoren hinreichend präzise steuern zu können. Alternativ kann auch eine Gruppe von Antriebsmotoren zu einer Antriebsgruppe oder Antriebszone zusammengefasst werden, wobei jedoch jede dieser Antriebszonen von einem übergeordneten Steuermodul oder einer Versorgungseinheit mit elektrischer Energie und/oder Steuersignalen versorgt werden muss. Dies führt dazu, dass in herkömmlichen Antriebssystemen ein erhöhter Verdrahtungsaufwand zur Herstellung solcher Antriebssysteme entsteht, wodurch neben hohen Herstellungskosten auch eine hohe Störanfälligkeit durch eine Vielzahl von Leitungen innerhalb des Antriebssystems oder eines Schaltschranks zur Steuerung eines solchen Antriebssystems resultiert.
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1 zeigt ein Blockschaltbild eines solchen herkömmlichen Antriebssystems, bei dem eine Vielzahl von Antriebsmotoren 110 vorgesehen sind, die jedoch in drei Zonen A, B und C unterteilt sind. Die Antriebsmotoren 110 jeder einzelnen Zone A, B oder C werden von einer Versorgungseinheit 120 (die einspeisend oder rückspeisend wirkt oder als Umrichter ausgebildet ist) über einen Zwischenkreis 130 mit elektrischer Energie versorgt, wobei auch einzelne Steuersignale 140 von dieser Versorgungseinheit 120 über eine Steuereinheit 150 an die Antriebsmotoren 110 der ersten Zone A geleitet werden. In der zweiten Zone B ist eine zweite Steuereinheit 151 vorgesehen, welche an den Zwischenkreis 130 gekoppelt ist und über welche weitere Steuersignale 141 zur Steuerung der Antriebsmotoren 110 der zweiten Zone B an diese Antriebsmotoren geleitet werden. In der dritten Zone C ist eine dritte Steuereinheit 152 vorgesehen, welche an den Zwischenkreis 130 gekoppelt ist und über welche dritte Steuersignale 142 zur Steuerung der Antriebsmotoren 110 der dritten Zone C an diese Antriebsmotoren geleitet werden. Die Antriebsmotoren 110 jeder Zone werden dabei seriell von der jeweils zugeordneten Steuereinheit 150, 151 oder 152 mit einem Hybridkabel 160 mit Energie und den entsprechenden Steuersignalen versorgt. Folglich benötigt jeder Strang in jeder der Zonen eine eigene Steuereinheit der 150, 151 oder 152, an der das zugehörige Hybridkabel 160 angeschlossen ist. Die Steuereinheiten 150, 151 und 152 sind über Zwischenkreis- und 24 Volt-Leitungen miteinander verbunden. Wie aus der Darstellung entsprechend 1 zu entnehmen ist, führt diese Leitungskonfiguration zur Ansteuerung von Antriebsmotoren 110 in unterschiedlichen Zonen nahteilhafterweise zu einem erhöhten Aufwand für die Leitungsführung.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Antriebssystem sowie ein verbessertes Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Antriebssystem sowie ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
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Vorgestellt wird in der vorliegenden Beschreibung ein Antriebssystem mit zumindest einer ersten Antriebszone, die elektrische Antriebsmotoren aufweist, und zumindest einer zweiten Antriebszone, die elektrische Antriebsmotoren aufweist, wobei die Antriebsmotoren der ersten und zweiten Antriebszone mittels einer seriellen Energieversorgungsleitung von einer Versorgungseinheit über zumindest einen Antriebsmotor der ersten Antriebszone zu zumindest einem Antriebsmotor der zweiten Antriebszone mit elektrischer Energie versorgbar sind, wobei das Antriebssystem ferner eine Steuerleitung aufweist, die zumindest teilweise in die Energieversorgungsleitung angeordnet ist, um ein Hybridkabel zu bilden, wobei die Steuerleitung ferner ausgebildet ist, um ein Steuersignal an die Antriebsmotoren der ersten und zweiten Antriebszone auszugeben, sodass die Antriebsmotoren der ersten Antriebszone gestoppt und zugleich die Antriebsmotoren der zweiten Antriebszone weiter betrieben werden.
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Vorgestellt wird in der vorliegenden Beschreibung ferner ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems, wie es beispielsweise vorstehend genannt wurde, wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist:
- – Ausgeben eines Steuersignals an die Antriebsmotoren der ersten und zweiten Antriebszone, sodass die Antriebsmotoren der ersten Antriebszone gestoppt und zugleich die Antriebsmotoren der zweiten Antriebszone weiter betrieben werden.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Der hier vorgestellte Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass sich durch eine Reihenschaltung der Energieversorgungsleitung zur Versorgung der verschiedenen Antriebsmotoren von unterschiedlichen Antriebszonen ein Aufwand für die Verkabelung des Antriebssystems deutlich reduzieren lässt. Dabei wird Energie aus der Versorgungseinheit über zumindest einen Antriebsmotor der ersten Antriebszone zu zumindest einem Antriebsmotor der zweiten Antriebszone geführt, sodass ein separater Energieversorgungsstrang von der Versorgungseinheit zu dem Antriebsmotor oder den Antriebsmotoren der zweiten Antriebszone vermieden werden kann. Auf diese Weise lassen sich ferner Herstellungskosten für das Antriebssystem reduzieren sowie eine Störanfälligkeit des Antriebssystems aufgrund einer hohen Anzahl von in einem Schaltschrank des Antriebssystems angeordneten Leitungen reduzieren.
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Vorteilhafterweise kann zur Verbindung der Antriebsmotoren der zweiten Antriebszone mit den Antriebsmotoren der ersten Antriebszone ein Stecker verwendet werden, bei dem die Energieversorgungsleitung zwischen dem zumindest einen Antriebsmotor der ersten Antriebszone und dem zumindest einen Antriebsmotor der zweiten Antriebszone überbrückt wird, wobei die Steuerleitung zwischen den Antriebsmotoren der ersten und zweiten Antriebszone unterbrochen wird. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass durch die Verwendung des speziellen Steckers eine sehr einfache Möglichkeit geschaffen wird, eine (weitere) Steuerleitung in ein Hybridkabel einzukoppeln, sodass wiederum ein Aufwand für die Verkabelung der einzelnen Antriebsmotoren des Antriebssystems reduziert werden kann.
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Günstig ist es ferner, wenn der Stecker einen separaten Steckkontakt zur Einkopplung einer externen Signalleitung als Steuerleitung für die Antriebsmotoren der zweiten Antriebszone aufweist. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil einer sehr einfachen Montage der externen Signalleitung als Steuerleitung für die Antriebsmotoren der Antriebszone, wodurch wieder am Ausgang des Steckers ein Hybridkabel gebildet werden kann, indem eine Steuerleitung integriert ist, die speziell Signale für die Ansteuerung der Antriebsmotoren der zweiten Antriebszone aufweist. Die Steuerleitung, die Steuersignale für die Ansteuerung der Antriebsmotoren der ersten Antriebszone enthält, kann dabei blind in einem weiteren Steckkontakt des Steckers enden, wobei in diesem weiteren Steckkontakt dennoch eine Energieversorgungsleitung in den Stecker eintritt und über den separaten Steckkontakt wieder aus dem Stecker austritt.
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Um eine besonders gute Flexibilität in Bezug auf die Ansteuerung bei Notfallsituationen zu ermöglichen, bei denen einzelne Teile bzw. Antriebsmotoren des Antriebssystems angehalten werden müssen, kann das Antriebssystem ferner eine Nothalt-Zone aufweisen, die zumindest einen Antriebsmotor der ersten Antriebszone und zumindest einen Antriebsmotor der zweiten Antriebszone aufweist, wobei die Antriebsmotoren der Nothalt-Zone durch ein Nothalt-Steuersignal anhaltbar sind, das sich von dem Steuersignal unterscheidet. Die Definition einer solchen Nothalt-Zone ermöglicht somit das Stoppen von einzelnen Antriebsmotoren der ersten und der zweiten Antriebszone, sodass eine Hilfszone in dem Antriebssystem entsteht, die über zumindest eine Zonengrenze hinweg gebildet ist.
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Die Vorteile des in der vorstehenden Beschreibung offenbarten Ansatzes treten dann besonders gute zutage, wenn Antriebsmotoren in mehr als zwei Antriebszonen zu betreiben sind. Insbesondere kann in diesem Fall im Antriebssystem eine dritte Antriebszone vorgesehen sein, die elektrische Antriebsmotoren aufweist, wobei die Antriebsmotoren der ersten, zweiten und dritten Antriebszone mittels einer seriellen Energieversorgungsleitung von einer Versorgungseinheit über zumindest einen Antriebsmotor der ersten Antriebszone zu zumindest einem Antriebsmotor der zweiten Antriebszone über zumindest einen Antriebsmotor der dritten Antriebszone mit elektrischer Energie versorgbar sind, wobei die Steuerleitung ferner ausgebildet ist, um ein Steuersignal an die Antriebsmotoren der ersten, zweiten und dritten Antriebszone auszugeben, sodass die Antriebsmotoren der ersten Antriebszone und/oder zweiten Antriebszone gestoppt und zugleich die Antriebsmotoren der dritten Antriebszone weiter betrieben werden. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass durch die Serienschaltung in der Verkabelung der Antriebsmotoren der zumindest Antriebszonen eine nochmalige Reduktion eines Verkabelungsaufwandes beispielsweise in einem Schaltschrank des Antriebssystems erreicht werden kann.
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Um ein besonders schnelles Wiederanlaufen der Antriebsmotoren zu einer Antriebszone sicherzustellen, die zuvor gestoppt wurden, kann an den Not-gestoppten Antriebsmotoren weiterhin eine elektrische Spannung anliegen. Dies bedeutet, dass beispielsweise lediglich die Antriebsmotoren unmittelbar am Antriebsmotor selbst abgeschaltet werden und nicht ein ganzer Zweig oder Ast der Energieversorgungsleitung abgeschaltet wird. Insbesondere kann dabei die Energieversorgungsleitung somit ausgebildet sein, um bei gestoppten Antriebsmotoren der ersten und/oder zweiten Antriebszone eine elektrische Spannung an diesen gestoppten Antriebsmotoren der ersten und/oder zweiten Antriebszone angelegt zu lassen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Blockschaltbild eines Antriebssystems gemäß dem Stand der Technik; und
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2 ein Blockschaltbild eines Antriebssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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3 ein Blockschaltbild eines Übergangs zwischen zwei Antriebszonen;
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4 eine perspektivische Ansicht eines Steckers, wie er gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
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5 ein Schaltbild von Signalleitungen zwischen einem externen Sicherheitsgerät und einer Steuereinheit;
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6 ein weiteres Schaltbild von Signalleitungen zwischen einem externen Sicherheitsgerät und einer Steuereinheit; und
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7 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Verfahren.
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Gleiche oder ähnliche Elemente können in den nachfolgenden Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können.
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2 zeigt ein Blockschaltbild eines Antriebssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei entspricht das in der 2 dargestellte Blockschaltbild dem Blockschaltbild aus 1, wobei nun die Reihenschaltung der Energieversorgungsleitung von der Versorgungseinheit 120 über die Steuereinheit 150 zu den Antriebsmotoren 110 der ersten (Antriebs-)Zone A, der zweiten Zone B sowie der dritten Zone C zu erkennen ist. Von der Steuereinheit 150 bzw. der Versorgungseinheit 120 werden dynamisierte 24 V-Signale als Steuersignale 140 beispielsweise an einen Türschalter übertragen, um bei einem Öffnen der Türe, beispielsweise durch einen Monteur, der einen Werkzeugwechsel an einer mit einem Antriebsmotor der Zone A verbundenen Maschine vornehmen möchte, ein STO-Signal 140a für einen Halt der Antriebsmotoren 110 der ersten (Antriebs- oder Sicherheits-) Zone A zu bewirken. Denkbar ist auch, dass von einem Schalter ein Nothalt-Signal 140b für einen Antriebsmotor 110 der Zone A ausgegeben wird, um einen Notstopp bei einem Unfall in der Maschine einzuleiten, die von einem Antriebsmotor 110 aus der Zone A angetrieben wird. Die Signale 140, d. h. 140a und/oder 140b werden dann über eine Steuerleitung an die Antriebsmotoren 110 der Zone A übermittel. Diese Steuerleitung kann zusammen mit der Energieversorgungsleitung 160 als Hybridkabel ausgebildet sein, um als gemeinsames Kabel eine Reduzierung des Verkabelungsaufwandes zu realisieren.
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In der Zone B können auf analoge Weise ebenfalls dynamisierte 24 V-Signale verwendet werden, um ein STO-Signal 141a und/oder ein Nothalt-Signal 141b zu generieren. Dabei können diese Signale 141 an einem Zonenbeginner der Zone B, d. h. einem ersten Antriebsmotor 110 der Zone B, der in der Reihenschaltung nach dem letzten Antriebsmotor 110 der Zone A angeordnet ist, in das Hybridkabel 160 eingespeist werden, das auch die elektrische Energie von der Versorgungseinheit 120 führt. Eine detailliertere Beschreibung der Einkopplung der Steuersignale 141 für die Zone B wird nachfolgend noch näher angeführt.
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Auch in der Zone C können auf analoge Weise ebenfalls dynamisierte 24 V-Signale verwendet werden, um ein STO-Signal 142a und/oder ein Nothalt-Signal 142b zu generieren. Dabei können diese Signale 142 an einem Zonenbeginner der Zone C, d. h. einem ersten Antriebsmotor 110 der Zone C, der in der Reihenschaltung nach der dem letzten Antriebsmotor 110 der Zone B angeordnet ist, in das Hybridkabel 160 eingespeist werden, das auch die elektrische Energie von der Versorgungseinheit 120 führt. Eine Einkopplung der Steuersignale 142 für die Zone C entspricht der Einkopplung der Steuersignale 141 in das Hybridkabel am Zonenbeginner der Zone B, wie es vorstehend beschrieben wurde.
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3 zeigt ein Blockschaltbild eines Übergangs zwischen zwei Antriebszonen, hier der Antriebszone A und der Antriebszone B. Dabei ist aus der 3 ersichtlich, dass die Steuereinheit 150 in dem Hybridkabel 160 neben der Energieversorgungsleitung auf noch eine Steuerleitung zur Übermittlung der Steuersignale zur Ansteuerung der Antriebsmotoren 110 der Antriebszone A aufweist. Die Steuersignale 140 für die (Sicherheits-) Zone A werden dabei beispielsweise entsprechend der Darstellung aus 2 erzeugt und bereitgestellt. Die Steuereinheit 150 wirkt dabei als Zonenbeginner 210 für die Zone A. Das oder die Steuersignal(e) für die Zone B werden an einem Zonenbeginner 210, der beispielsweise ein Antriebsmotor 110 der Zone B ist, über einen nachfolgend noch näher beschriebenen Stecker in die Reihenschaltung eingespeist und mit der Energieversorgungsleitung in das Hybridkabel 160 eingeführt. Die Steuerleitung für die Antriebsmotoren 110 der Zone A endet somit beim Zonenbeginner 210 der Zone B, wogegen die Energieversorgungsleitung auch von dem letzten (in Reihe geschalteten) Zonenteilnehmer 220 der Zone A zum Zonenbeginner 210 der Zone B weitergeführt wird, um die Reihenschaltung unter Verwendung des Hybridkabels 160 zu implementieren.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Steckers 400, wie er gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Der Stecker 400 dient beispielsweise dazu, um die Reihenschaltung der Hybridleitung an den einzelnen Antriebsmotoren 110 sicherzustellen, indem in der Reihenschaltung vorausgehende Antriebsmotoren mit in der Reihenschaltung nachgeordnete Antriebsmotoren miteinander über die Hybridleitung 160 verbunden werden können. Dabei umfasst der Stecker 400 einen ersten Steckerkontakt 410, über welchen eine Energieversorgungsleitung und eine Steuerleitung dem Stecker zugeführt werden und einen zweiten Steckkontakt 420, über welchen die Energieversorgungsleitung von dem Stecker 400 wieder weitergeführt werden kann. Weiterhin weist der Stecker einen separaten Steckkontakt 430 auf, über welchen Steuersignale einer weiteren Zone in die abgehende Hybridleitung eingespeiste werden können. Dies bedeutet, dass der Stecker 400 intern so verdrahtet ist, dass die über den ersten Steckkontakt 410 zugeführte Steuerleitung im Stecker nicht mehr weitergeführt wird (d. h., als ein Blindende geführt ist) und die am zweiten Steckkontakt abgehende Steuerleitung mit den über den separaten Steckkontakt 430 zugeführten Signalen beaufschlagt wird. Über vierte Steckkontakte 440 können beispielsweise Führungskommunikationssignale zur Steuerung weiterer Antriebsmotoren aus dem Stecker 400 heraus vorgenommen werden.
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Ergänzend zu den vorstehenden Ausführungen ist anzumerken, dass der hier vorgestellte Ansatz im Zuge der Vorüberlegungen für ein neues Projektmit innovativen Ideen und nach Möglichkeiten der Produktverbesserung erfolgt ist. Insbesondere bei linear angeordneten (modularen) Maschinen sollen dabei in einzelnen Segmenten eines Antriebssystems oder einer Maschine beispielsweise Reinigungs- und Einrichtarbeiten möglich sein, ohne das die anderen Segmente hiervon beeinflusst werden. Es sollte ferner eine Reduzierung von Verdrahtungsaufwand ermöglicht werden. Problematisch erwies sich im Stand der Technik dabei, dass mehrere Stränge gebildet werden müssen. Dies führt zu einem erhöhten Verdrahtungsaufwand, einer höheren Störanfälligkeit durch zusätzliche Leitungen innerhalb der Maschine bzw. des Systems. Zur Lösung der Probleme im Stand der Technik wird daher im vorliegenden Ansatz vorgeschlagen, dass an einem Strang mit mehreren Teilnehmern ohne hohen Aufwand beliebige Gruppen (Zonen) aus den Teilnehmern gebildet werden können. Die Zonen können mit Sicherheitstechnik (SI-Technik; SI = Sicherheit) und auch ohne (SI-Technik) bestückt sein. Gleichzeitig können sogenannte E-Stop-Zonen (EZ = Emergency-Stop-Zonen = Nothalt-Zonen) eingerichtet werden. Diese können unabhängig von den SI-Zonen sein. Parallel zu den Sicherheitstechnik-Signalen wird über das Hybridkabel ein E-Stop-Signal geführt. Besonders vorteilhaft hat sich in diesem Zusammenhang erwiesen, dass eine flexible Zonenbildung in einem Strang möglich ist, wobei zugleich eine Bildung von Sicherheitszonen und Nicht-Sicherheitszonen in einem Strang möglich ist. Damit geht ein geringerer Verdrahtungsaufwand einher, wobei zugleich parallel zu den Sicherheitssignalen über das Hybridkabel ein E-Stop-Signal geführt werden kann.
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Besonders vorteilhaft ist daher die Verwendung eines Hybridkabels, d. h. eines Kabels, in dem einerseits eine Energieversorgungsleitung zur Übertragung von Energie zum Betrieb von mehreren Antriebsmotoren in unterschiedlichen Zonen, sowie die Übertragung von Steuersignalen zur Anschaltung oder Aktivierung von einzelnen Antriebsmotoren oder ganzen Gruppen von Antriebsmotoren zu realisieren. Über das Hybridkabel vom Servomotor mit integrierter Antriebselektronik (= Wechselrichter) werden unter anderem die Sicherheitssignale über den Stecker 400, genauer über den Steckkontakt 420 in das Gerät bzw. den Antriebsmotor übertragen. Ob diese Signale im weiteren Verlauf benutzt werden, hängt von der Konfiguration des Sicherheitssteckerkontakts 430 des jeweiligen Servomotors ab (Zonenteilnehmer bzw. Zonenbeginner). Vom Sicherheitsstecker 400 gehen die (Steuer-) Signale an die interne Sicherheitsverarbeitung (die beispielsweise in oder am Stecker 400 angebracht ist) und werden an den folgenden Servomotor über den Steckkontakt 420 über das Hybridkabel weitergegeben.
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Um nun die besonderen Vorteile des hier beschriebenen Ansatzes sicherstellen zu können, wird eine Zonenbildung eingeleitet, die von einem Kunden des Antriebssystems sehr einfach zu konfigurieren ist. Die Zonenbildung dient dazu, die einzelnen Antriebsmotoren an einem Strang (d. h. an einem Hybridkabel) in verschiedene Zonen einzuteilen. Ob bei der STO/SBC (STO = Safe Torque Off nach EN60204-1 = sichere Drehmomentenfreischaltung eines Antriebsystems, SBC = Safe Brake Control nach EN60204-1 = sichere Ansteuerung einer Haltebremse eines Antriebsystems) eine neue Zone begonnen wird oder der Servomotor über das Hybridkabel zur vorherigen Zone gehört, wird über die Belegung des Sicherheitssteckerkontaktes 430 festgelegt. Über den Steckkontakt 430 des Steckers 400 können zwei Varianten codiert werden.
- 1. Die Achse (d. h. der Motor) bekommt ein identisches Anwahlsignal wie die vorherige Achse aus (Zonenteilnehmer)
- 2. Mit Achse wird neue Sicherheitszone gebildet (Sicherheitszonenbeginner), wobei die Achse die neuen Anwahlsignale (d. h. die Steuersignale) an die folgenden Servomotoren weitergibt.
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Als Zonenteilnehmer 220 wird ein Antriebsmotor bezeichnet, der die Sicherheitssignale 140 aus dem vorhergehenden Servomotor bzw. Antriebsmotor benutzt.
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Als Zonenbeginner 210 wird ein Antriebsmotor oder eine Steuereinheit 150 bezeichnet an dem/der eine neue Sicherheitszone beginnt. Hierfür sollten über den Steckkontakt 430 die erforderlichen Sicherheitssignale (Steuersignale) eingespeist werden. Für diese Einspeisung gibt es zwei Möglichkeiten. Eine passive Anschaltung unter Verwendung der internen Dynamisierungspulse in Verbindung mit externen Sicherheitskontakten und einem externen 24 V-Netzteil bzw. eine aktive Anschaltung über eine SI-SPS.
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Zusätzlich sollte auch die Möglichkeit gegeben sein, ein E-Stop-Signal (d. h. ein Emergency Stop-Signal = Nothalt-Signal) über das Hybridkabelführen zu können. Das E-Stop-Signal im Hybridkabel wird günstigerweise an jedem Servomotor-Teilnehmer verstärkt (in FPGA eingelesen und wieder ausgegeben). Wird bei der Servomotor-Variante mit Sicherheitstechnik eine neue Sicherheitszone erkannt und ist an diesem Teilnehmer ein E/A (X37/X38)(E/A(X37/X38) = Anschlüsse für zusätzliche Peripheriegeräte (digitale Ein und Ausgänge) direkt am Servomotor) als E-Stop-Eingang konfiguriert, wird dieser an die im Hybridkabel folgenden Servomotorweitergegeben (analog Sicherheitszonenbildung). Das E-Stop Signal kann wie bei der bisherigen KCU (KCU = Anschalteinheit mit der das Hybridkabel an Antriebskomponenten im Schaltschrank angebunden werden kann) auch, über einen potentialfreien 24 V-Kontakt in die Servomotor-Kette eingefügt werden. Die Anschalteinheit enthält dabei auch eine Anbindung von Leistungsversorgungs-Spannung, Steuer-Versorgungsspannung, FKM (FKM = Führungskommunikationsverbindung zwischen Steuerung, Antriebsregler und weiterer (busfähiger) Peripherie; hier Ethernet Varianten), weitere Steuerleitungen (= Modulbus, E-Stop, Sicherheitsansteuersignale), Der Potenzialbezug des E-Stop Signals im Hybridkabel kann aber beispielsweise aber GND42 sein. (Potentialtrennung erfolgt dann beispielsweise in der KCU-Box). Bei Beginn einer neuen Sicherheitszone kann über einen lokalen EA eine neue E-Stop Zone begonnen werden.
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Die Sicherheitssignale werden im Wesentlichen entsprechend dem zertifizierten Sicherheitskonzept einer bekannten Baureihe von Antriebsmotoren übernommen. Der wesentliche Unterschied zum hier vorgestellten Ansatz liegt in der Sicherheitszonenbildung mittels Verdrahtung über das Hybridkabel des Antriebssystems, das im Folgenden beschrieben wird.
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Ein Servomotor kann mit der Sicherheitstechnik STO (L3) (d. h. der Servomotor weist eine STO-Funktion auf) ausgestattet werden. Gleichzeitig kann ein Strang (bzw. Hybridkabel) in mehreren Sicherheits-Zonen unterteilt werden. Über den Sicherheitsstecker 400 kann jede KSM02 (d. h. ein Servomotor, der eine Ausprägung mit Multi-Ethernet FKM & L3-Option aufweist) einzeln konfiguriert werden zu einem Zonenbeginner (ZB, 210) oder Zonenteilnehmer (ZT = 220). Bei jedem Zonenteilnehmer werden die Sicherheitssignale des vorhergehenden Antriebs verwendet. Bei einem Zonenbeginner werden die Sicherheitssignale über den Sicherheitsstecker 400 eingespeist. In der Anwendung ist es nun dadurch möglich, dass die Antriebsmotoren der Zone A und/oder Zone B in Betrieb arbeiten während die Antriebsmotoren der Zone C (und/oder beispielsweise einer weiteren in den Figuren nicht dargestellten Zone X) stillstehen kann.
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Dadurch sind unabhängig voneinander zum Beispiel Revisions- und Reinigungsarbeiten oder Werkzeugwechsel in der Praxis möglich, ohne dass die komplette Anlage (d. h. alle Antriebsmotoren) stillstehen braucht. Bei Anwahl der Sicherheitstechnik (d. h. dem Stoppen von Antriebsmotoren einzelner Zonen) bleibt der Zwischenkreis und die Steuerspannung am Antriebsregler (Leistungsteil am Motor) permanent unter Spannung. Dadurch ist ein schnellerer Wiederanlauf der Achse nach Abwahl der Sicherheitstechnik (d. h. dem Wiederanfahren der Antriebsmotoren einzelner Zonen) wieder möglich.
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Auch ist eine direkte Weiterbearbeitung ohne Ausführen von Initialisierungsschritten möglich (z. B. Antrieb referenzieren, Antriebe synchronisieren). Ohne diese Art von Sicherheitstechnik wäre eventuell das Werkstück, das vor der Sicherheitsanwahl bearbeitet worden ist, nicht mehr brauchbar geworden. Dies wird dadurch erreicht, dass der Antrieb nicht erneut gestartet (d. h. gebootet) werden braucht, und die Leistung nicht erneut zugeschaltet wird (d. h. ein Softstart ausgeführt wird). Dadurch gehen die vorgegebenen Parameter und Programmierungen nicht verloren.
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Unabhängig von den oben genannten Sicherheitszonen können sogenannte E-Stop-Zonen (EZ) eingerichtet werden. Die Ansteuerung der Antriebsmotoren mit den Steuersignalen der Sicherheitszonen (Vorrang/Master) sind dominant zu den Ansteuersignalen für die Antriebsmotoren aus den E-Stop-Zonen.
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Der Hauptvorteil des hier vorgestellten Ansatzes besteht darin, dass bei linear angeordneten (modularen) Maschinen bei einzelnen Segmenten der Maschine Reinigungs- und Einrichtarbeiten möglich sein sollten, ohne das die anderen Segmente hiervon beeinflusst werden.
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Der hier vorgestellte Ansatz ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zonenbildung über das eine Hybridkabel realisiert wird, welches gleichzeitig zur Steuer- und Leistungsversorgung des Antriebs (-motors) dient. Dies bedeutet, dass für die Zonenbildung nur der erste Zonenteilnehmer (Zonenbeginner) mit den Sicherheits- und E-Stopp-Anwahlsignalen versorgt werden braucht. Die Weiterleitung der betreffenden Signale zu den weiteren Zonenteilnehmern geschieht über das Hybridkabel, wodurch sich ein reduzierter Verdrahtungsaufwand erreichen lässt.
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Innerhalb einer Sicherheitszone können auch Zonen-Teilnehmer betrieben werden, die keine sicherheitstechnische Funktion haben. Die Sicherheitsverdrahtung wird aber durch diesen (Zonen-) Teilnehmer hindurch geleitet. Parallel zu den Sicherheitssignalen wird über das Hybridkabel ein E-Stop-Signal geführt (was wichtig für die Sicherheitsfunktion SS1 ist) (SS1 = Safe Stop and Safe Drive Interlock (Stop category 1 of EN 60204-1) = sicheres Stillsetzen eines Antriebssystem (Notstopp)) welches zur regulären Stillsetzung des Antriebs vor dem Sperren der Endstufe über (STO) ausgeführt werden kann, (unabhängig von der Führungskommunikationsverbindung). Dieses E-Stop-Signal kann identische Zonen wie die Sicherheitstechnik bilden. Die E-Stopp-Zonen können aber auch unabhängig von den Sicherheitszonen konfiguriert werden.
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Eine Sicherheitszone besteht aus einem Zonenbeginner und mehreren oder keinem Zonenbeginner. In einer Sicherheitszone sind maximal 25 Antriebe zugelassen. Über eine unterschiedliche Verdrahtung des Sicherheitssteckers 430 wird festgelegt, ob es sich um einen Zonenbeginner oder einen Zonenteilnehmer handelt. Nachfolgend dargestellte Tabelle offenbart eine Steckerbelegung der Steckkontakte des Steckers 400. Der Sicherheitssteckkontakt 430 enthält folgende sicherheitstechnikrelevante Signale:
- Ext_SI_Ch1_In:
- Anwahlsignal von Kanal 1 weitergeleitet vom vorhergehenden Antrieb
- Ext_SI_Ch2_In
- Anwahlsignal von Kanal 2 weitergeleitet vom vorhergehenden Antrieb
- Ext_0V_In
- GND-Bezug der Anwahlsignale vom vorhergehenden Antrieb
- Ext_Dyn_Ch1
- Dynamisiertes Signal Kanal 1 (wird von diesem Antrieb erzeugt)
- Ext_Dyn_Ch2
- Dynamisiertes Signal Kanal 2 (wird von diesem Antrieb erzeugt)
- Ext_24V
- 24 V für die Erzeugung der dynamisierten Signale
- Ext_0V
- 0 V für die Erzeugung der dynamisierten Signale
- Ext_SI_Ch1
- Anwahleingang Kanal 1 für den jeweiligen Antrieb (wird gleichzeitig auch an den nächsten Antrieb weitergeleitet)
- Ext_SI_Ch2
- Anwahleingang Kanal 2 für den jeweiligen Antrieb (wird gleichzeitig auch an den nächsten Antrieb weitergeleitet)
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Zusätzlich dazu befinden sich in diesem Steckkontakt 430 noch drei andere Signale, die aber unabhängig von der Sicherheitstechnik sind.
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Bei einem Zonenbeginner werden die Sicherheitssignale für die jeweilige Zone in den Antriebsstrang eingebracht. Diese Sicherheitssignale können durch eine passive Sicherheitseinheit bzw. durch eine aktive Sicherheitseinheit erzeugt werden. 5 zeigt ein Schaltbild von Signalleitungen zwischen einem externen Sicherheitsgerät und einer Steuereinheit. Dabei verbinden zwei Dynamisierungsleitungen 510 und 520 einem Antriebsmotor 110 mit einem externen Sicherheitsschaltgerät 530. Ferner sind auch zwei Steuersignalleitungen 540 und 550 dargestellt, die den Antriebsmotor 110 mit dem externen Sicherheitsschaltgerät 530 verbinden. Bei einer passiven Sicherheitseinheit 530 werden die dynamisierten Signale Ext_Dyn_Ch1 und Ext_Dyn_Ch2 vom Antrieb benötigt. Hierzu ist es notwendig eine externe Spannungsversorgung an Ext_24V und Ext_0v anzuschließen, damit die dynamisierten Signale 510 und 520 erzeugt werden können. Diese dynamisierten Signale 510 und 520 werden über die passive Sicherheitseinheit 530 dem Antrieb 110 über die Anwahleingänge Ext_SI_Ch1 und Ext_SI_Ch2 zurückgeführt. Sollte die passive Einheit 530 keine Anwahl erkennen, werden die Signale 510 und 520 einfach durchgeschleift. Liegt eine Anwahl vor, werden die beiden Kanäle auf LOW gezogen, somit erkennt der Antrieb 110 eine Anwahl der Sicherheitstechnik.
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Bei einer aktiven Sicherheitseinheit werden die dynamisierten Signale nicht benötigt. Diese Einheit erzeugt selbst die erforderlichen Dynamisierungssignale. 6 zeigt ein zur 5 ähnliches Schaltbild von Signalleitungen zwischen einem externen Sicherheitsgerät und einer Steuereinheit, wobei nun die Dynamisierungsleitungen 510 und 520 aus 5 entfallen sind.
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Bei einem Zonenteilnehmer werden die die Sicherheitssignale vom vorhergehenden Antrieb benutzt. Hierfür werden die Signale Ext_SI_Ch1_In mit Ext_SI_Ch1, Ext_SI_Ch2_In mit Ext_SI_Ch2 und Ext_0V_In mit Ext_0V gebrückt. Somit werden an den Einwahleingängen die Signale des vorhergehenden Antriebs ausgewertet und gleichzeitig an den nächsten Antrieb weitergereicht.
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7 zeigt ein Ablaufdiagram eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems, wie es vorstehend beschrieben wurde. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Ausgebens 710 zumindest eines Steuersignals an die Antriebsmotoren der ersten und zweiten Antriebszone, sodass die Antriebsmotoren der ersten Antriebszone gestoppt und zugleich die Antriebsmotoren der zweiten Antriebszone weiter betrieben werden.
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Die gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Antriebssystem
- 110
- Antriebsmotoren
- 120
- Versorgungseinheit
- 130
- Zwischenkreis
- 140a, b
- Steuersignale
- 141a, b
- Steuersignale
- 142a, b
- Steuersignale
- 150
- Steuereinheit
- 151
- Steuereinheit
- 152
- Steuereinheit
- 160
- Hybridkabel, Energieversorgungsleitung
- 210
- Zonenbeginner
- 220
- Zonenteilnehmer
- 400
- Stecker
- 410
- zuführender Steckkontakt
- 420
- abgehender Steckkontakt
- 430
- separater Steckkontakt
- 510, 520
- Dynamisierungssignale
- 530
- externes Sicherheitsschaltgerät
- 540, 550
- Anwahlsignale für Sicherheitstechnik
- 700
- Verfahren zum Steuern
- 710
- Schritt des Ausgebens
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- EN60204-1 [0031]
- EN60204-1 [0031]
- EN 60204-1 [0042]
