DE10309219A1

DE10309219A1 - Sicherheitsschaltung zur Fahrwegbegrenzung von Kranen

Info

Publication number: DE10309219A1
Application number: DE2003109219
Authority: DE
Inventors: Andreas Kruschinski; Frank Demelius; Ronald Kleine
Original assignee: Gottwald Port Technology GmbH
Current assignee: Demag Cranes and Components GmbH
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2004-09-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsschaltung zur Fahrwegbegrenzung von Kranen, insbesondere für über frequenzgesteuerte Drehstrommotoren antreibbare automatisierte Brückenkrane. Mit einem neuen, besonders funktionssicheren und einfachen Sicherheitskonzept sollen Fehler jederzeit ohne mechanische Endschalter erkannt und zum Abschalten des Gerätes genutzt werden. Erfindungsgemäß ist die neue Sicherheitsschaltung gekennzeichnet dadurch, dass dem Fahrantrieb (12) abtriebsseitig mindestens zwei Absolutwertgeber (8.1, 8.2) für eine redundante Positionserfassung zugeordnet sind, die mindestens zwei Absolutwertgeber (8.1, 8.2) je mit einer Auswerteinheit (2.1, 2.2) verbunden sind, in denen die Messwerte der Absolutwertgeber (8.1, 8.2) ausgewertet werden, wobei bei einer erkannten Abweichung von einem vorgegebenen Wert in dem Geberkreis eines der Absolutwertgeber eine Abschaltung des Fahrantriebs (12) erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsschaltung zur Fahrwegbegrenzung von Kranen, insbesondere für über frequenzgesteuerte Drehstrommotoren antreibbare automatisierte Brückenkrane.
Nach heutigem Stand der Technik werden beispielsweise an der Achse eines Kranes angeordnete Wegbegrenzungen mit elektro-mechanischen Endschaltern realisiert. Diese Endschalter haben oft mehrere Schaltnocken und werden mittels eines mechanischen Mitnehmers an einer bestimmten Position an der Kranbahn beim Anfahren dieser Position betätigt.
Diese Technik bringt jedoch Nachteile mit sich. Sind bei einer Kranachse mehrere Endschalter vorhanden, beispielsweise wenn mehrere Geschwindigkeitsstufen dieser Kranachse abgeschaltet bzw. überwacht werden müssen, kann dieses zu einer Fehlfunktion führen, wenn der Mitnehmer versagt oder sich verstellt. Ebenfalls kann der Schalter bei hoher Verfahrgeschwindigkeit der Achse "überschattet" werden, wie das beispielsweise bei Kreuzrollenschaltern möglich ist. Der stationär angebrachte Kreuzrollenschalter wird durch einen beweglichen Mitnehmer betätigt. Dabei führt der Schalter eine rotierende Bewegung aus. Wird nun der Mitnehmer mit einer schnellen Bewegung über den Kreuzrollenschalter hinweg geführt, so kann dieser überdreht bzw. überschaltet werden. Das erwartete eindeutige Schaltsignal wird dann nicht erkannt, es werden möglicherweise hintereinander mehrere Signalzustände gemeldet. Weitere Nachteile sind der hohe zeitliche Aufwand bei der Justierung dieser Endschalter mit deren Mitnehmern bezogen auf die Position und die Schalterhysterese.
Bei Einsatz von einer schützbasierten Verknüpfungsteuerung und speicherprogrammierbaren Steuerungen kommen als weitere Nachteile der hohe Material- und Verdrahtungsaufwand hinzu, da aus sicherheitstechnischen Überlegungen heraus sehr oft die Endschalterkontakte parallel verdrahtet werden, um eine „hardwaremäßige" Abschaltung zu gewährleisten.
Aufgabe der im Folgenden beschriebenen Sicherheitsschaltung ist es, die vorstehend beschriebenen Nachteile zu vermeiden und eine Sicherheitsfunktion zu erhalten, indem Fehler jederzeit ohne mechanische Endschalter erkennbar gemacht werden.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Sicherheitsschaltung mit den Merkmalen des Anspruches 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 angegeben.
Erfindungsgemäß ist die neue Sicherheitsschaltung gekennzeichnet dadurch, dass dem Fahrantrieb abtriebsseitig mindestens zwei Absolutwertgeber für eine redundante Positionserfassung zugeordnet sind, die mindestens zwei Absolutwertgeber je mit einer Auswerteinheit verbunden sind, in denen die Messwerte der Absolutwertgeber ausgewertet werden, wobei bei einer erkannten Abweichung von einem vorgegebene Wert in dem Geberkreis eines der Absolutwertgeber eine Abschaltung des Fahrantriebs erfolgt. Vorzugsweise sind die Auswerteinheiten in Funktion und Hardware redundant ausgelegt sind.
Bei dieser vorgeschlagenen Sicherheitsschaltung erfolgt erfindungsgemäß die Achsansteuerung ohne mechanische Endschalter nur durch redundante Positionsüberwachung. Fehlfunktionen an mechanischen Endschaltergeräten und den zugehörigen Komponenten, wie sie eingangs zum Stand der Technik beschrieben wurden, werden somit sicher vermieden. Die zeitaufwendige Einstellung von Endschaltern entfällt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die beiden Auswerteeinheiten die absoluten Positionswerte der beiden Absolutwertgeber ständig aktualisieren und die aktuellen Positions-Istwerte mit fest in den Auswerteeinheiten hinterlegten Positions-Sollwerten des Fahrweges vergleichen. Das Versagen eines Absolutwertgebers wird erkannt und gemeldet, der elektrische Sicherheitskreis wird gegebenenfalls abgeschaltet.
Dadurch, dass die Auswerteeinheiten die absoluten Positionswerte ständig aktualisieren und die in den Auswerteeinheiten fest hinterlegten Werte ständig mit den Istwerten vergleichen, können nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bei Annäherung der momentan durch die Absolutwertgeber gelieferten Positions-Istwerte an den das Ende des Fahrweges definierenden Positionswert, die Auswerteeinheiten die Schaltpunkte auf ihren Abschaltkurven proportional zu dieser Annäherung verringern. Ein feinfühliges exaktes Abschalten der Achsbewegung wird dadurch ermöglicht.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die beiden Teile der Auswerteeinheit nach dem Prinzip der gegenseitigen Überprüfung der jeweils eigenen getroffenen logischen Entscheidung arbeiten. Der logisch positive Zustand, also die Freigabe zum Verfahren der Achse, wird nur mit gegenseitiger Zustimmung der Auswerteeinheiten aufrechterhalten. Dagegen wird der Abbruch des logisch positiven Zustands schon alleine, also ohne gegenseitige Zustimmung der Auswerteeinheiten durchgeführt. Jeder einzelne Teil der Auswerteeinheit kann also für sich einen Abbruch erzwingen. Letztlich überprüfen beide Auswerteeinheiten ihren "Live" – Status und dadurch ihre Kommunikationsverbindungen.
In bevorzugter Ausgestaltung schalten die Auswerteeinheiten unabhängig von weiteren Schaltebenen oder anderen logischen Zuständen bei Wertgleichheit der Positions-Istwerte und der Positions-Sollwerte auf Null.
Zur Erläuterung der neuen Sicherheitsschaltung am Beispiel eines automatisierten Brückenkranes wird auf die Zeichnung verwiesen, in der die erfindungsgemäße Schaltung dargestellt ist. Die Schaltung wird nachfolgend beschrieben.
In der einzigen Zeichnungsfigur ist das Schaltbild in üblicher Darstellung gezeigt. Die Verbindung zwischen der Gerätesteuerung 3 und dem Stromrichter 1 zur Eingabe der Fahrbefehle ist durch die Leitung 6 angedeutet. Die Auswerteeinheiten für die Position des Gerätes sind mit 2.1 und 2.2 bezeichnet. Bei den Auswerteeinheiten 2.1 und 2.2 handelt es sich um jeweils selbstständige Rechnereinheiten. Jeweils eine dieser Einheiten 2.1 und 2.2 besteht aus einem Netzteil zur Spannungsversorgung, einer CPU zur Bearbeitung von logischen Befehlen, einem Speicher zur Ablage der Programmbefehle, Ein- und Ausgabemodulen zur Bearbeitung von Signalen und Messgrößen sowie einem internen Kommunikationsbus, welcher die CPU, Speichermedium und Ein- und Ausgabemodule verbindet. Beide Auswerteeinheiten 2.1 und 2.2 sind identisch aufgebaut.
Um für den vorliegenden Fall die Anforderungen der aus der Risikobetrachtung nach EN954.T1 festgelegten Kategorie 3 zu erfüllen, wird auf der Abtriebsseite, parallel zur Bewegung der Achse des Radblockes 11 zusätzlich zu einem vorhandenen Absolutgeber 8.1 ein zweiter Absolutwertgeber 8.2 angebaut. Die Auswertung dieser redundanten Gebergruppe erfolgt ebenfalls mit den zwei, sich gegenseitig überwachenden Auswerteeinheiten 2.1 und 2.2. Diese Einheiten sind redundant in Funktion und Hardware ausgelegt und übernehmen mit dem redundanten Positionserfassungssystem – den Absolutwertgebern 8.1 und 8.2 – die Aufgaben der konventionellen mechanischen bzw. elektrotechnischen Endschalter. Der Absolutwertgeber 8.1 und 8.2 liefert kontinuierliche Messwerte entlang einer abgefahrenen Strecke. Diese Messwerte sind proportional und stetig und können zur Längenmessung oder Positionsfeststellung benutzt werden. Die Auswerteeinheiten 2.1 und 2.2 fragen gleichzeitig den Zustand der Stellglieder für den Stromrichter 1 – die Sicherheitskreise – ab, um somit die sichere Funktion der Stellglieder zu gewährleisten.
Dieser redundante Positionserfassungs- und Auswerteaufbau erfüllt die Forderung der Kategorie 3 nach EN954.T1, d.h. das Versagen eines Gebers 8.1 oder 8.2 wird erkannt, gemeldet und gegebenenfalls die Bewegung der vom Motor 12 über das Getriebe 10 angetriebenen Achse des Radblocks 11 durch Abschaltung des elektrischen Sicherheitskreises beendet. Dabei wird jeder einzelne Fehler in den Geberkreisen erkannt. Durch die Rückmeldung 5.1 bzw. 5.2 aus den Stellgliedern für den Stromrichter 1 in die beiden Teile der Auswerteeinheit 2.1 und 2.2 ist ebenfalls die Einfehlersicherheit gewährleistet. Das Stellglied oder auch Schaltschütz schaltet mittels einer Steuerspannung eine Betätigungsspule, welche den eigentlichen Wirkstromkreis öffnet oder schließt. Je nach Ausführung eines Stellgliedes bezeichnet man dieses als Öffner oder Schließer. Der Stromrichter 1 steuert den Elektromotor an und regelt dessen Laufverhalten. Durch Aufbereiten von Strom, Spannung stellt der Stromrichter 1 jederzeit die richtigen Momente und Drehzahlen für den Elektromotor zur Verfügung.
Die Auswerteeinheiten 2.1 und 2.2 aktualisieren ständig ihre absoluten Positionswerte durch die beiden Absolutwertgeber 8.1 und 8.2. Mit dem in diesen Auswerteeinheiten fest hinterlegten Positionswert des Bahnendes werden die aktuell einlaufenden Positions-Istwerte verglichen. Bei Annäherung der Werte, – Positionswert des Bahnendes und momentanen durch den Geber gelieferten Positions-Istwert – verringern die Auswerteeinheiten 2.1 bzw. 2.2 proportional zu dieser Näherung die Schaltpunkte auf ihren Abschaltkurven. Bei Wertgleichheit schalten die Auswerteeinheiten 2.1 bzw. 2.2 unabhängig von weiteren Schaltebenen bzw. anderen logischen Zuständen den Wert auf Null, so dass hierdurch die Achsbewegung des Radblocks 11 beendet wird.
Beide Teile der Auswerteeinheit 2.1 bzw. 2.2 arbeiten nach dem Prinzip der gegenseitigen Überprüfung 4 der jeweils eigen getroffenen logischen Entscheidung und der logisch positive Zustand, also die Freigabe zum Verfahren der Achse des Radblocks 11, wird nur mit gegenseitiger Zustimmung 4 der Auswerteeinheiten aufrechterhalten, ("Undierung"). Dagegen wird der Abbruch des logisch positiven Zustands schon alleine, also ohne gegenseitige Zustimmung der Auswerteeinheiten 2.1, 2.2 durchgeführt. Jeder einzelne Teil der Auswerteeinheit 2.1 bzw. 2.2 kann also für sich einen Abbruch erzwingen („Veroderung"). Letztlich überprüfen beide Auswerteeinheiten ihren "Live" – Status und dadurch ihre Kommunikationsverbindungen 4.

1: Stromrichter
2.1: Auswerteeinheit
2.2: Auswerteeinheit
3: Gerätesteuerung
4: Kommunikationsverbindung
5.1: Rückmeldung der Auswerteeinheit 2.1
5.2: Rückmeldung der Auswerteeinheit 2.2
6: Fahrbefehle der Gerätesteuerung
7.1: Impulsgeber
8.1: Absolutwertgeber
8.2: Absolutwertgeber
10: Getriebe
11: Radblock
12: Motor

Claims

Sicherheitsschaltung zur Fahrwegbegrenzung von Kranen, insbesondere für über frequenzgesteuerte Drehstrommotoren antreibbare automatisierte Brückenkrane, dadurch gekennzeichnet, dass dem Fahrantrieb (12) abtriebsseitig mindestens zwei Absolutwertgeber (8.1, 8.2) für eine redundante Positionserfassung zugeordnet sind, die mindestens zwei Absolutwertgeber (8.1, 8.2) je mit einer Auswerteinheit (2.1, 2.2) verbunden sind, in denen die Messwerte der Absolutwertgeber (8.1, 8.2) ausgewertet werden, wobei bei einer erkannten Abweichung von einem vorgegebene Wert in dem Geberkreis eines der Absolutwertgeber (8.1, 8.2) eine Abschaltung des Fahrantriebs (12) erfolgt.
Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinheiten (2.1, 2.2) in Funktion und Hardware redundant ausgelegt sind.
Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Auswerteeinheiten (2.1, 2.2) die absoluten Positionswerte der beiden Absolutwertgeber (8.1, 8.2) ständig aktualisieren und die aktuellen Positions-Istwerte mit fest in den Auswerteeinheiten hinterlegten Positions-Sollwerten des Fahrweges vergleichen.
Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Annäherung der momentan durch die Absolutwertgeber (8.1, 8.2) gelieferten Positionsistwerte an den das Ende des Fahrweges definierenden Positionswert, die Auswerteeinheiten (2.1, 2.2) die Schaltpunkte auf ihren Abschaltkurven proportional zu dieser Annäherung verringern.
Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass unabhängig von weiteren Schaltebenen oder anderen logischen Zuständen bei Wertgleichheit der Positions-Istwerte und der Positions-Sollwerte die Auswerteeinheiten (2.1, 2.2) auf Null schalten.