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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Antriebsregler und ein Verfahren zur Stillsetzung einer Achse.
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Bei Handarbeitsstationen oder halbautomatischen Stationen, bei denen eine Achse einer Maschine in eine Bewegung versetzt werden kann, sind in der Regel Sicherheitsmaßnahmen vorzusehen, welche die Achse im Bedarfsfall stillsetzen können und die Achse in ihrer Istposition halten. Solche Bedarfsfälle können beispielsweise sein, dass eine Bedienperson der sich bewegenden Achse zu nahe kommt, dass der Gefahrenbereich durch Bedienpersonal an Handarbeitsplätzen betreten werden muss, usw.
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Herkömmlicherweise werden solche Stationen mit einer trennenden Schutzeinrichtung, insbesondere einer Schutztür, einem Schutzgitter, usw., versehen, die mit einer Sicherheitseinrichtung geschlossen gehalten wird, solange sich die Achse bewegt. Jedoch ist es in manchen Fällen nicht möglich, eine trennende Schutzeinrichtung vorzusehen. In solchen Fällen ist es üblich, beim Betreten des Gefahrenbereichs die Achse über eine Sicherheitsfunktion stillzusetzen, wie beispielsweise die Sicherheitsfunktion STO (Save Torque Off). Hierbei kommt die Achse jedoch nicht sofort zum Stillstand sondern kann ungehemmt austrudeln.
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Es ist bekannt, eine Achse mittels eines externen Schützes anzuhalten, dessen Schaltkontakte direkt in die jeweiligen Motorleitungen geschaltet sind, um diese zu trennen, wenn sich die Achse aus Sicherheitsgründen nicht bewegen soll. Dadurch wird die Ansteuerung der Bewegung der Achse gestoppt, jedoch kommt die Achse erst nach ungehemmtem Austrudeln zum Stillstand.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Antriebsregler und ein Verfahren zur Stillsetzung einer Achse bereitzustellen, mit welchen die zuvor genannten Probleme gelöst werden können. Insbesondere soll eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Stillsetzung einer Achse bereitgestellt werden, bei welchen die Achse schneller und/oder mit erhöhter Sicherheit zum Stillstand kommt.
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Diese Aufgabe wird durch einen Antriebsregler zur Stillsetzung einer Achse nach Patentanspruch 1 gelöst.
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Mit dem beschriebenen Antriebsregler kann eine nachgelagerte Eigenhemmung der Achse erhöht werden. Dadurch wird ein Austrudeln der Achse nach dem Stillsetzen der Achse gehemmt, wodurch die Achse schneller und/oder mit erhöhter Sicherheit zum Stillstand kommt als beim Stand der Technik.
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Der Antriebsregler kann überall dort zum Einsatz kommen, wo eine Achse stillgesetzt wird und ein Stillstand erreicht werden muss oder soll und nachgelagert eine Erhöhung der Eigenhemmung der Achse sinnvoll ist oder benötigt wird. Insbesondere kann die Achse bei Handarbeitsstationen ohne trennende Schutzeinrichtung vertikal verbaut werden oder sein.
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Demzufolge kann die Vorrichtung auch bei sicherheitsrelevanten Anwendungen zum Einsatz kommen.
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Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die Vorrichtung kann Teil einer technischen Anlage, insbesondere einer Maschine, sein.
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Die Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zum Stillsetzen einer Achse nach Patentanspruch 10 gelöst.
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Das Verfahren erzielt die gleichen Vorteile, wie sie zuvor für die Vorrichtung genannt sind.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich eines Ausführungsbeispiels beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
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Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
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1 ein Blockschaltbild mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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2 ein Zeitdiagramm für einen Normalbetrieb einer Antriebseinrichtung, bei welcher die Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel vorgesehen ist;
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3 ein Zeitdiagramm für einen Fehlerfall bei der Antriebseinrichtung, bei welcher die Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel vorgesehen ist; und
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4 ein Zeitdiagramm für einen Fall, bei welchem ein Fehler einer für die Antriebseinrichtung vorgesehenen Sicherheitstechnik vorliegt, mit welcher die Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel kombiniert ist.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine technische Anlage 1 mit einem Antriebsregler 10, einer Sicherheitslogik 20, einer Vorrichtung 30 und einer Antriebseinrichtung 40.
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Der Antriebsregler 10 dient zur Regelung der Antriebseinrichtung 40, die eine Drehstrommaschine sein kann. Der Antriebsregler 10 hat eine Sicherheitseinrichtung 11 und eine Kommunikationseinrichtung 12, mit welcher die Sicherheitseinrichtung 11 mit den anderen Vorrichtungen 20, 30, 40 kommunizieren kann. Die Sicherheitseinrichtung 11 kann Zustände der Antriebseinrichtung 40 und/oder Vorgaben der Vorrichtung 30 und/oder Daten der Sicherheitslogik 20 auswerten. Die Sicherheitseinrichtung 11 umfasst beispielsweise eine Funktion Sicherer Stopp 1 (NOT-HALT), die auch SS1ES abgekürzt wird. Der Antriebsregler 10 kann mittels der Kommunikationseinrichtung 12 über die Kommunikationsverbindungen 14, 15, 16 Daten in Form von Signalen an die Sicherheitslogik 20 senden oder von ihr empfangen.
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Die Sicherheitslogik 20 dient zur Bereitstellung einer sicheren Ansteuerung und Überwachung der Schalteinrichtung 31 für die technische Anlage 1. Hierbei dient die Sicherheitslogik 20 beispielsweise zur Ansteuerung der Vorrichtung 30. Die Sicherheitslogik 20 hat eine Auswerteeinrichtung 21, eine Prüfeinrichtung 22 und eine Kommunikationseinrichtung 23. Die Auswerteeinrichtung 21 wertet Signale von der Kommunikationseinrichtung 12 des Antriebsreglers 10 aus. Die Prüfeinrichtung 22 dient zur Prüfung der Funktion der Vorrichtung 30, wie später ausführlicher beschrieben. Die Kommunikationseinrichtung 23 dient zur Kommunikation mit der Kommunikationseinrichtung 12 des Antriebsreglers 10 und mit der Vorrichtung 30.
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Die Vorrichtung 30 hat eine Schalteinrichtung 31 mit einem ersten Schaltkontakt 32, einem zweiten Schaltkontakt 33 und einem dritten Schaltkontakt 34, die jeweils an ihrem einen Ende über einen Knoten 35 miteinander verbunden sind. Dadurch sind die Schaltkontakte 32, 33, 34 an ihrem einen Ende aneinander angeschlossen. Die Schaltkontakte 32, 33, 34 sind an ihrem anderen Ende jeweils mit einer zu der Antriebseinrichtung 40 führenden Leitung 42A, 43A, 44A verbunden. Die Schalteinrichtung 31 ist vorzugsweise ein Schütz. Die Schaltkontakte 32, 33, 34 sind in 1 Öffner. Die Vorrichtung 30 hat zudem eine Kommunikationseinrichtung 36 zur Kommunikation mit der Kommunikationseinrichtung 23 der Sicherheitslogik 20. Die Vorrichtung 30 kann die Schalteinrichtung 31 über eine Verbindungsleitung 37 ansteuern, die eine Kommunikationsverbindung wie die Kommunikationsverbindungen 14, 15, 16 ist. Die Verbindungsleitung 37 verbindet die Schalteinrichtung 31 über die Kommunikationseinrichtung 36 mit der Sicherheitslogik 20. Zudem sind Hilfskontakte 38, 39 vorgesehen, welche von der Prüfeinrichtung 22 der Sicherheitslogik 20 zum Prüfen der Funktion der Schalteinrichtung 31 genutzt werden können. Der Hilfskontakt 38 ist in 1 ein Öffner. Der Hilfskontakt 39 ist in 1 ein Schließer.
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Über die Leitung 14 kann ein Signal in Bezug auf die Drehzahl der Antriebseinrichtung 40 von dem Antriebsregler 10 an die Sicherheitslogik 20 übertragen werden. Insbesondere kann übertragen werden, dass die Drehzahl einen Wert von 0 hat, was bedeutet, dass die Achse stillsteht. Über die Leitung 15 kann ein Signal in Bezug auf einen Fehler der Antriebseinrichtung 40 und/oder des Antriebsreglers 10 gesendet werden. Das Signal gibt insbesondere einen fatalen Fehler wieder. Die Leitung 16 kann ein Signal in Bezug auf eine zweikanalige Rückmeldung der Sicherheitslogik 20 übertragen. Die Leitungen 14, 15, 16 sind vorzugsweise redundant, beispielsweise zweikanalig, ausgeführt und haben inverse Signalpegel, um Verbindungen gegen Masse, +24 V oder Querschlüsse aufdecken zu können.
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Darüber hinaus ist die Leitung 37 redundant, beispielsweise zweikanalig, ausgeführt. Dafür werden zwei nicht dargestellte Ausgangsanschlüsse der Sicherheitslogik 20 verwendet. Von diesen Ausgangsanschlüssen, kann insbesondere der Ausgang, der mit dem positiven Anschluss einer nicht dargestellten Erregerspule der Schalteinrichtung 31 verbunden ist, auf beispielsweise +24 V geschaltet werden. Dann kann der andere Ausgangsanschluss, der mit dem negativen Anschluss der Erregerspule der Schalteinrichtung 31 verbunden ist, auf 0 V geschaltet werden.
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Die Antriebseinrichtung 40 hat einen Motor oder Generator 41 mit einer ersten Phase 42, einer zweiten Phase 43 und einer dritten Phase 44 sowie einer Erdungsleitung 45 zum Anschluss des Motors oder Generators 41 an Masse. In 1 sind die erste bis dritte Phase 44 und die Erdungsleitung 45 aus Gründen der Übersichtlichkeit an ihren Klemmen mit einem Bezugszeichen versehen. Ein Schwachstromklemmblock 46 dient zum Anschluss eines Temperatursensors 47 und zum Anschluss einer Spannungsversorgung für eine Bremse der Antriebseinrichtung 40. Die Anschlüsse für die Phasen 42, 43, 44, die auch Motorleitungen 42, 43, 44 genannt werden können, sowie die Erdungsleitung 45 bilden zusammen mit dem Schwachstromklemmblock 46 einen Anschlussblock 49 der Antriebseinrichtung 40. Bei der Antriebseinrichtung 40 ist die erste Phase 42 mit der Leitung 42A an den ersten Schaltkontakt 32 angeschlossen. Die zweite Phase 43 ist mit der Leitung 43A an den zweiten Schaltkontakt 33 der Vorrichtung 30 angeschlossen. Die dritte Phase 44 der Antriebseinrichtung 40 ist mit der Leitung 44A an den dritten Schaltkontakt 34 der Vorrichtung 30 angeschlossen.
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Zusätzlich zu der Funktion Sicherer Stopp 1 (NOT-HALT) ist die Sicherheitseinrichtung 11 mit der folgenden Funktion ausgestattet. Wird nun die Schalteinrichtung 31 auf Veranlassen der Sicherheitseinrichtung 11 von der Sicherheitslogik 20 über die Verbindungsleitung 37 angesteuert, sind der erste bis dritte Schaltkontakt 32, 33, 34 geöffnet, so dass die Antriebseinrichtung 40 eine nicht dargestellte Achse antreiben kann. Fällt jedoch die Schalteinrichtung 31 ab, wodurch sich ihre Schaltkontakte 32, 33, 34 schließen und somit im Ruhezustand sind, werden die erste Phase 42, die zweite Phase 43 und die dritte Phase 44 der Antriebseinrichtung 40 über den Knoten 35 kurzgeschlossen. Dadurch wird der Motor oder Generator 41 der Antriebseinrichtung 40 gebremst und innerhalb kürzester Zeit vollständig stillgesetzt. Die Vorrichtung 30 erhöht hierbei die Eigenhemmung der Achse derart, dass die Achse nicht mehr ungehemmt austrudeln kann. Demzufolge wird ein Austrudeln der Achse gehemmt.
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Die Prüfeinrichtung 22 der Sicherheitslogik kann die Schalteinrichtung 31 zyklisch testen. Die Prüfeinrichtung 22 der Sicherheitslogik 20 kann über die Hilfskontakte 38, 39 an der Schalteinrichtung 31 überwachen, ob die Schalteinrichtung 31 nach Ansteuerung durch die Kommunikationseinheit 23 der Sicherheitslogik 20 auch wirklich schaltet. Dieser Test kann während des Betriebs der technischen Anlage 1 und/oder der Antriebseinrichtung 40 ausgeführt werden, wenn der Antriebsregler 10 den Motor oder Generator 41 nicht bestromt. Die Prüfung kann zudem oder alternativ auch bei Stillstand der technischen Anlage 1 und/oder der Antriebseinrichtung 40 ausgeführt werden. Hierbei können mittels der Kommunikationseinrichtung 36 der Vorrichtung 30 die sich dabei ergebenden Prüfinformationen von der Sicherheitslogik 20 ausgelesen werden. Dadurch kann die Sicherheit der technischen Anlage 1 weiter erhöht werden.
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2 zeigt zeitliche Verläufe verschiedener Signale über der Zeit t, wie sie beim Normalbetrieb der technischen Anlage 1 auftreten. Im Einzelnen ist als oberster Signalverlauf ein Signal in Bezug auf einen Sicherheitstechnikfehler angegeben, der auch SI-Fehler genannt wird. Dieses Signal wird über die Leitung 15 übertragen. Darunter ist der zeitliche Verlauf der Motordrehzahl angegeben. Darunter ist das zugehörige Signal für einen Motorphasenkurzschluss durch Abfallen der Schalteinrichtung 31 dargestellt. Darunter ist das zugehörige Signal in Bezug auf eine sichere Rückmeldung des Falls dargestellt, dass die Achse im Sonderbetrieb Stillstand ist. Dieses Signal wird über die Leitung 16 übertragen. Darunter ist das zugehörige Signal in Bezug auf den Zustand dargestellt, dass ein Stillstand erreicht ist. Dieses Signal wird über die Leitung 14 übertragen. Darunter ist das zugehörige Signal in Bezug auf ein geregeltes Verzögern der Achse dargestellt, das vom Antriebsregler 10 erzeugt wird. Darunter ist das zugehörige Signal in Bezug auf eine Anwahl der Sicherheitsfunktion Sicherer-Stop-Not-Halt an den Antriebsregler 10 dargestellt. Diese Sicherheitsfunktion setzt im Normalfall den Motor oder Generator 41 geregelt still. Darunter ist das zugehörige Signal in Bezug auf eine Anwahl der Sicherheitslogik 20 dargestellt. Mit Ausnahme der Motordrehzahl sind die anderen Signale jeweils digitale Signale.
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Hierbei fällt die Schalteinrichtung 31 ab, wenn die Achse durch eine antriebsinterne Sicherheitsfunktion des Antriebsreglers 10 stillgesetzt wurde und der sichere Stillstand über die Leitung 16, insbesondere zweikanalig, an die Sicherheitslogik 20 gemeldet wurde. Die zweikanalige Meldung bietet eine Redundanz und dient somit ebenso zur Erhöhung der Sicherheit des Gesamtsystems der technischen Anlage 1.
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Die Meldung nach extern kann beispielsweise über die Leitung 16 an den Antriebsregler und/oder an eine nicht dargestellte Anzeigeeinrichtung erfolgen.
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In 2 ist die Zeitspanne t3 ist eine Toleranzzeitspanne zum Überführen der Antriebseinrichtung 40 aus dem Normalbetrieb plus eine vorbestimmte Zeit in ms Sicherheit zum Vermeiden eines Zuschaltens auf eine noch aktive Treiberstufe. Hierbei ist die technische Anlage 1 vorzugsweise so eingerichtet, dass die Sicherheitslogik 20 spätestens nach Ablauf der Zeitspanne t3 die Schalteinrichtung 31 ansteuert, um den Motor oder Generator 31 abzubremsen. Dies ist unabhängig davon, ob der Motor oder Generator 41 durch die Antriebseinrichtung 40 und/oder den Antriebsregler 10 noch bestromt wird oder nicht.
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Die Zeitspanne t4 ist eine Zeitspanne zum Abfallen der Schalteinrichtung 31. In 2 liegt diese innerhalb der Zeitspanne t3.
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3 zeigt einen Zeitverlauf der bereits in 2 angegebenen Signale für den Fall, dass die Achse nach einer Anwahl der Sicherheitsfunktion des Antriebsreglers 10 nicht in einer vorbestimmten Zeit, die in der Zeit t3 enthalten ist, geregelt stillgesetzt wurde und die zusätzliche Sicherheitszeit von x ms verstrichen ist. Dies ist ein Fehlerfall. Hier addieren sich die Zeitspannen t3 und t4 sowie eine zusätzliche Zeitspanne t5. Die Zeitspanne t5 entspricht einer Stillsetzzeit des Motors oder Generators 41 aus seiner momentanen Geschwindigkeit durch die Schalteinrichtung 31, die in diesem Fall autark durch die Sicherheitslogik 20 angesteuert wird. Die Zeitspanne t5 kann experimentell ermittelt werden. Hierbei ist darauf zu achten, dass der Gesamtzeitraum zum Stillsetzen der Achse, der sich aus einer Addition der Zeiträume t3 plus t4 plus t5 ergibt, keine Gefahr darstellt.
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4 zeigt einen Zeitverlauf für den Fall, dass die Schalteinrichtung 31 abfällt, wenn durch den Antriebsregler 10 ein Sicherheitstechnikfehler, anders ausgedrückt ein Si-Fehler, erkannt wurde und dieser über ein digitales Adernpaar nach extern gemeldet wurde.
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Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der technischen Anlage 1, des Antriebsreglers 10, der Sicherheitslogik 20, der Vorrichtung 30, der Antriebseinrichtung 40 und des damit verbundenen Verfahrens zur Stillsetzung einer Achse können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Insbesondere können alle Merkmale und/oder Funktionen der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele beliebig kombiniert werden. Zusätzlich sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.
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Die in den Figuren dargestellten Teile sind schematisch dargestellt und können in der genauen Ausgestaltung von den in den Figuren gezeigten Formen abweichen, solange deren zuvor beschriebenen Funktionen gewährleistet sind.
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Vorzugsweise ist die Schalteinrichtung 31 und deren Verdrahtung, insbesondere die Leitungen 42A, 43A, 44A derart dimensioniert, dass der zu erwartende Kurzschlussstrom zwischen den Phasen 42, 43, 44 kein Problem darstellt. Hierbei wird der Kurschlussstrom zwischen den Phasen 42, 43, 44 als Gleichstrom betrachtet.
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Die Prüfeinrichtung 22 kann auch Teil des Antriebsreglers 10 sein. Alternativ kann die Prüfeinrichtung 22 zumindest teilweise beim Antriebsregler 10 integriert sein.
