DE19529430C2 - Elektrisches Antriebssystem zur Verstellung von mehreren dreh- und/oder verschwenkbaren Funktionsteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem zur Verstellung von mehreren dreh- und/oder verschwenkbaren Funktionsteilen in ihrer Winkellage oder Winkelgeschwindigkeit, mit mehreren Elektro­ motoren, die mit einem jeweils zugeordneten Funktionsteil verbunden sind, mit mehreren Lei­ stungselektronikteilen, die ausgangsseitig mit je einem Elektro­ motor zu dessen Ansteuerung verbunden sind, und mit wenigstens einer Si­ gnalverarbeitungseinheit, die zur Aufnahme von Leit-, Steuer-, Soll- und/oder Winkellage- oder Winkelgeschwindigkeits-Signalen von etwaigen Win­ kellagegebern an den Funktionsteilen oder Elektromotorläufern ausgebildet und mit dem oder den Leistungselektronikteilen zu deren steuerungs- oder rege­ lungstechnischen Kontrolle verbunden ist.

Bei Druckmaschinen, bei denen Teilaggregate einzeln oder in Gruppen mecha­ nisch voneinander entkoppelt von mehreren Motoren synchron angetrieben wer­ den, ist eine Sicherheitseinrichtung für Regelungen oder Steuerungen der Druck­ maschinen-Antriebseinheiten bekannt (DE 42 02 722 A1): Zur Vermeidung me­ chanischer Kollision von Bauteilen benachbarter Teilaggregate, beispielsweise zwischen einem Zylinder und einer Greifereinrichtung im Übergabebereich zweier mechanisch entkoppelter Druckwerke einer Bogendruckmaschine, wird als Si­ cherheitseinrichtung zwischen den Zahnrädergetrieben zweier benachbarter Tei­ laggregate eine Kupplung aus zwei Kupplungshälften angeordnet. Diese sind mit im Normalzustand der Regelung oder Steuerung synchron laufenden Zahnrädern des jeweiligen Zahnrädergetriebes gekoppelt, die Kupplungshälften laufen also leer mit. Bei Ausfall der Regeleinrichtung oder nicht ausregelbaren Störungen wenden die Kupplungshälften durch Überschreitung einer vorgegebenen Drehwin­ keldifferenz miteinander gekuppelt. Das Antriebssystem, in dem der defekte Reg­ ler sitzt oder in dem die Störung aufgetreten ist, wird dann leistungsmäßig von dem benachbarten noch intakten Antriebssystem gespeist.

Ferner ist ein Sicherheitssystem für eine Druckmaschine bekannt (Patentschrift DE 36 14 979 C2), bei der innerhalb der Steuer- und Regeleinrichtung für den elektromotorischen Antrieb der Druckmaschine eine Überwachungsschaltung vor­ gesehen ist, die mit einem Vergleicher für die Soll-Istwert-Differenz der Drehzahl gegenüber einem vorgegebenen Drehzahl-Grenzwert ausgebildet ist. Die Über­ wachungsschaltung gibt bei Überschreiten einer zulässigen Abweichung zwischen dem Soll- und Istwert Signale zu einer Hauptantriebselektronik, um den Hauptan­ trieb stillzusetzen. Die Steuerung dieses Bewegungsablaufs folgt rein elektrisch. Fer­ ner wird der Einsatz zweier redundant angeordneter Rechner zur Erhöhung der Sicherheit offenbart.

Aus der älteren, nachveröffentlichten Patentanmeldung DE 195 20 642.8 ist ein Verfahren zum Steuern eines Mehrmotorenantriebes einer Druckmaschine sowie eine entsprechende Steuerung bekannt. Bei Ausfall einer Komponente innerhalb der Antriebseinheit werden sämtliche übrigen Antriebseinheiten winkelsynchron zum Stillstand heruntergefahren. Dies erfolgt nach einer Zeitfunktion, welche für die Antriebseinheit mit der als Defekt festgestellten Komponente vorgesehen ist, wobei zum Herunterfahren der übrigen Antriebseinheiten ein diese Zeitfunktion wiedergebendes Leitsignal ausgewertet wird. Mit anderen Worten, die Zeitfunktion für das winkelsynchrone Herunterfahren der übrigen, nicht defekten Antriebseinheiten erfolgt nach einer Zeitfunktion, welche von Antriebseinheit mit als defekt festgestellter Kom­ ponente vorgegeben ist. Als Elektromotoren werden Gleichstrommotoren oder Assynchrommotoren vorgeschlagen, die jeweils mit vorgeschalteter hochdynamischer Antriebssteuerung und einer Drehbewegungserfassung versehen sind. Die entsprechenden Signale sowie Lagegeber-Signale von Druckmaschinenzylindern sind einer übergeordneten Steuerung mit Leitrechner zugeführt. Die Art der Kommunikation zwischen dem Leitrechner und den einzelnen Antriebseinheiten ist allerdings nicht näher offenbart.

Ein gattungsgemäßes elektrisches Antriebssystem, bei dem die Kommunikation zwischen einem Leitrechner und einer Vielzahl von Ansteuerungen auf der Basis eines Bussystems abläuft, ist in der Offenlegungsschrift DE 43 22 744 A 1 offenbart. Dabei ist jedem dreh- oder verschwenkbaren Funktionsteil ein eigener Elektromotor mit eigener Steuerungsintelligenz zugeordnet. Sicherheitsvorkehrungen für den Fehlerfall sind allerdings nicht beschrieben.

Dem gegenüber ergibt sich die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein gattungsgemäßes elektrisches Antriebssystem so weiterzuentwickeln, dass ein fehlersicheres Herunterfahren der Einzelantriebe und der zugehörigen Funktionselemente möglich ist.

Zur Lösung wird auf die in den nebengeordneten Patentansprüchen 1, 2, 5 und 7 angegebenen elektrischen Antriebssysteme verwiesen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Mit der Erfindung läßt sich ein für Druckmaschinen geeignetes, elektrisches Antriebssystem schaffen, bei dem universelle und flexible Sicherheitsfunktionen und -strategien realisierbar sind. Gleichzeitig kann unter bestimmten Umständen die System- Verfügbarkeit erhöht sein. Außerdem ist das Antriebssystem mit Bau- und Funktionskomponenten übersichtlich strukturiert. Nach der allge­ meinen, erfinderischen Idee wird erfindungsgemäß im Antriebssystem die Implementierung eines Sicherheitssystems vorgeschlagen, das zum Zugriff wenigstens auf Signale im Bereich der dreh- oder verschwenkbaren Maschinen-Funktionsteile, der elek­ tromotorischen Antriebe, der jeweils zugehörigen Leistungselektronikteile, der Si­ gnalverarbeitungseinheit und/oder eines Netzteiles und zu deren Vergleich oder Auswertung auf Plausibilität ausgebildet ist und eine oder mehrere Schnittstellen in Form eines BUS-Systems zur Ausgabe erzeugter Fehlermeldesi­ gnale aufweist. Das Sicherheitssystem kann dabei teilweise in der digital als Si­ gnalprozessor realisierten Signalverarbeitungseinheit, teilweise in dezentral ver­ teilten, intelligenten Subeinheiten implementiert sein. Damit sind, dem Sicher­ heitssystem simultan und leicht zugreifbar viele wichtige Informationen des An­ triebssystems zur Verfügung gestellt, woraus sich Möglichkeiten zur Fehleranaly­ se und -diagnose, zur gezielten Reaktion auf Störungen und Ausfälle und zur Herbeiführung eines sicheren Zustandes der Maschine jeweils in Echtzeit erge­ ben. Eine gezielte Reaktion auf Störungen und Ausfälle zur Herbeiführung eines sicheren Zustandes der Maschine ist durch die erfindungsgemäße Ausbildung möglich.

Der Erhöhung der Sicherheit, Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der betreffenden Maschine dient es insbesondere, wenn nach einer Ausbildung der Erfindung das Sicherheitssystem pro Funktionsteil und/oder Elektromotorenläufer zwei oder mehr redundant angeordnete Winkellagegeber aufweist. Diese können einerseits stän­ dig miteinander verglichen werden, was die Sicherheit der Fehlererkennung er­ höht. Andererseits kann bei Ausfall eines Winkellagegebers der daneben redun­ dant angeordnete für den Weiterbetrieb verwendet werden, was zur erhöhten Verfügbarkeit der Gesamtanlage ohne Beeinträchtigung der Verarbeitungsge­ nauigkeit und -qualität führt. Eine entsprechende Redundanz ist auch in Form mehrere, nebeneinander parallel arbeitender Signalverarbeitungseinheiten denk­ bar. So können auf der Basis der Erfindung beispielsweise drei Signalverarbei­ tungseinheiten am gleichen BUS-System angeschaltet sein, wobei ständig eine Majoritätsentscheidung für die Kontrollsignale aus der Signalverarbeitungseinheit an die untergeordneten Leistungselektronikteile getroffen wird (sogenannte Zwei­ aus-drei-Systeme).

Mit dem erfindungsgemäßen Sicherheitssystem läßt sich in aufeinanderfolgenden Stufen Fehlererkennung/Diagnose, Entscheidung über zu treffende Maßnahmen und schließlich Regelung/Steuerung des Vollzugs dieser Maßnahmen durchfüh­ ren. Die Fehlererkennung und -diagnose sowie die Reaktions- bzw. Maßnahmen­ einleitung läßt sich vorzugsweise in Tabellen- oder Matrixform abspeichern. Zur Entscheidungsfindung ist auch die Implementierung eines Maßnahmenbaums denkbar.

Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil besteht vor allem darin, daß die sogenannte Ein-Fehler-Sicherheit bei Maschinen und Anlagen erreicht werden kann, das heißt bei Auftreten nur eines einzigen Fehlers läßt sich der sichere Zustand durch ge­ ordnetes, insbesondere synchronisiertes Stillsetzen der einzelnen Maschineteile realisieren, wobei in einer Übergangsphase die Maschine bei verminderter Qualität unter Vermeidung von Schäden noch weiter arbeiten kann. Insbesondere in der Anwendung auf Bogendruckmaschinen läßt sich der oben angesprochene Kollisionsschutz gewährleisten oder wenigstens die Auswirkungen von Kollisionen begrenzen, auch wenn ein Fehler im Gesamtsystem auftritt. Andererseits läßt sich im fehlerfreien Betriebszustand mit dem erfindungsgemäßen Antriebssystem, ins­ besondere wenn die elektrischen Antriebe lage- und/oder geschwindigkeitsgere­ gelt sind, die geforderte Positioniergenauigkeit von beispielsweise 5 µm, wie bei Bogendruckmaschinen gefordert, erreichen. Tritt im Antriebssystem der Bogen­ druckmaschine ein Fehler auf, so wird das vorzugsweise als Software realisierte Sicherheitssystem mit seinen drei Komponenten Fehlererkennung und -diagnose, Entscheidungsfindung aufgrund Fehlerart und -größe sowie Reaktions- bzw. Maßnahmeneinleitung tätig und vermeidet bzw. begrenzt Schäden bzw. deren Auswirkungen.

Zur Erreichung dieser Zielsetzungen dienen nebengeordnete Erfindungsalternati­ ven, die in der Verwendungsweise des genannten Sicherheitssystem-Konzeptes begründet sind: Treten Störungen, Fehler und Ausfälle am Motor (Befestigung lose, Motorkabel lose, Wicklungsschluß, Entmagnetisierung u. a.), an der Mecha­ nik (Schwergängigkeit u. a.) oder am Leistungselektronikteil mit Wechselrichter, Phasenstromregler oder an den BUS-Systemen oder Peripheriekomponenten zur Kommunikation zwischen Leistungselektronikteil, Winkellagegebern und Signal­ verarbeitungseinheit auf, läßt sich dies insbesondere durch Winkellage-Vergleich aller Funktionsteile und entsprechender Fehleranalyse aller Fehlermeldungen er­ kennen. Dem dient eine Erfindungsalternative, indem das Sicherheitssystem zum Plausibilitätsvergleich der Winkellagen oder Winkelgeschwindigkeiten der Funkti­ onsteile und gegebenenfalls zur Identifikation des gestörten Funktions- bzw. Ma­ schinenteils verwendet wird. Zudem kann das Si­ cherheitssystem ferner zum Vollzug von Sicherheitsmaßnahmen eingesetzt wer­ den, indem vom gestörten Funktionsteil oder dessen Winkellage oder - geschwindigkeit Leitwerte oder Vorgaben für die noch intakten Funktionsteile ab­ geleitet werden. Das gestörte Funktionsteil wird gewissermaßen zur "Leit-Achse" für die noch funktionstüchtigen Maschinenteile.

Nach einer anderen Verwendungsalternative dient das Sicherheitssystem dazu, daß die Ausgänge der Winkellagegeber bzw. deren entsprechende Signale auf einem Bus auf Plausibilität hin überwacht und ge­ gebenenfalls das gestörte Funktionsteil identifiziert und gemeldet wird. Daraufhin kann mit dem Umschalten auf redundante Winkellagegeber reagiert werden. Um demgegenüber den Aufwand an Baukomponenten einzusparen, besteht eine Maßnahmenalternative darin, den Elektroantrieb des Funktionsteiles mit dem ge­ störten Winkellagegeber nicht mehr zu regeln, sondern nur noch unter Inkauf­ nahme vergrößerter Winkellageabweichungen zu steuern und dabei eine Brems­ rampe einzuprägen. Vor allem im Anwendungsfall auf Bogendruckmaschinen eig­ net sich dabei der Einsatz von Synchronmotoren hoher Polpaarzahl; werden diese bei jeweiligen Winkellagegeber-Ausfall voll bestromt, läßt sich bei einer Polpaar­ zahl von 22 eine Lage-Abweichungstoleranz von unter 12 mm erzielen. Die son­ stigen Funktionsteile mit funktionsfähigen Winkellagegebern können einem Bremsbetrieb mit entsprechender Rampenfunktion wie beim Funktionsteil mit ge­ störtem Winkellagegeber unterworfen werden.

Nach einer einer Erfindungsalternative besitzt das Leistungselektronikteil des elektri­ schen Antriebssystems neben einer Phasenstromregelung auch eine Lagerege­ lung mit Anschluß an den Winkellagegeber am Elektromotorenläufer oder am zu verschwenkenden oder zu drehenden Funktionsteil. Bei dieser Ausbildung läßt sich das Sicherheitssystem besonders effektiv dahingehend einsetzen, daß es mit Überwachungsmittel sowohl auf dem Leistungselektronikteil als auch auf der Si­ gnalverabeitungseinheit bei gestörter Kommunikation zwischen diesen oder bei Abschaltmeldung seitens der Signalverarbeitungseinheit über eine Umschaltein­ richtung die Umstellung der Phasenstromregelung auf Lageregelung mit Winkel­ lagegeber und jeweiliger Bremsrampe ohne Leitachse mit hardwaremäßig syn­ chronisiertem Start herbeiführt.

Eine weitere Verwendungsalternative des Sicherheitssystems nach der Erfindung geht aus von der Anordnung einer Zwischenkreis-Versorgungseinheit für die Elektromotoren und/oder Leistungselektronikteile. Das Sicherheitssystem kann zur Analyse und Überwachung der Netz- oder Zwischenkreisspannung eingesetzt werden, wobei entsprechende Sicherheitsfunktionen zweckmäßig vor allem auf der Signalverarbeitungseinheit implementiert sind. In Reaktion auf die Erkennung eines Fehlers wird dann eine generatorische Bremsung gegebenenfalls mit Kon­ densatorpufferung eingeleitet. Letztere ist vorteilhaft wegen Zeitverzögerungen bzw. Zeitbedarfs bei Umschalten auf Betrieb mit Ohmschen Ballastwiderständen. Ferner liefert die Kondensatorpufferung kurz vor Stillstand Energie, um Reibungs­ verluste auszugleichen und ein synchrones Abbremsen zu ermöglichen. Letzteres kann über geeignete Aufteilung der Funktionsteile in einerseits generatorisch und andererseits motorisch betriebene Achsen erfolgen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Diese zeigen jeweils als schematische Funk­ tions- und Blockschaltbilder in

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 mit durch unterschiedliche Schraffuren angedeutete Funktionsbereiche des Sicherheitssystem,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 ist das erfindungsgemäße Antriebssystem in einer Bogendruckma­ schine 1 für fünf Farben verwendet. Entsprechend sind fünf Druckwerke 2 je mit einem Plattenzylinder 3, einem Gummizylinder 4 und einem Gegendruckzylinder 5 angeordnet. Zwischen zwei Gegendruckzylindern 5 befindet sich jeweils ein Über­ gabezylinder 6, der dazu dient, die im Anleger 7 aufeinandergestapelten Bögen 8 von einem Druckwerk zum nächsten Druckwerk 2 zu transportieren, bis sie zum Ausleger 9 gelangen. Zur Sicherstellung der Bogenübergabe sind der Gegen­ druckzylinder 5 und der Übergabezylinder 6 jeweils mit Greifelementen 10 verse­ hen (schematisch als Umfangsaussparungen angedeutet). Zur Gewährleistung eines präzisen Bogendrucks hoher Qualität müssen im Übergabezeitpunkt die Greifelemente 10 unterschiedlicher Zylinder bzw. Walzen 5, 6 einander mög­ lichst synchron begegnen bzw. exakt gegenüberliegen. Dabei sind Lageabwei­ chungen von höchstens 5 µm tolerierbar. Bei Störung des Synchronlaufs kommt ferner die Gefahr hinzu, daß die über den Umfang des jeweiligen Zylinders 5, 6 hinausragenden Greifelemente den Umfang des jeweils benachbarten Zylinders beschädigen bzw. mit diesem kollidieren können.

Gemäß Fig. 1 ist jedes der Druckwerke 2 mit einem elektrischen Direktantrieb- Synchronmotor 11 versehen, dessen Läufer direkt und steif mit dem Achsstummel des jeweiligen Gegendruckzylinders 5 verbunden ist. Um eine Lageregelung der Zylinderachsen von hoher Güte zu erreichen, sind hochauflösende Winkellagege­ ber 12 in Form von Sinus/Kosinus-Gebern lastseitig, das heißt die Winkellage des Gegendruckzylinders 5 unmittelbar abtastend angeordnet.

Die Synchronmotoren 11 werden von je einem Leistungselektronikteil 13 ange­ steuert, das aus einem Wechselrichter 14 und einem Regler 15 mit Lichtwellen­ leiter-Schnittstelle 16 zusammengesetzt ist. Der Regler 15 auf dem Leistungse­ lektronikteil 13 umfaßt zwei Regelungsmodule, nämlich eine digitale Antriebs- /Phasenstromregelung mit einem Pulsweiten-Modulationstakt von 8 Kilohertz so­ wie eine Lageregelung mit (nicht gezeichnetem) Anschluß an die Winkellagegeber 12. Beide Regelungsmodule können alternativ aktiviert werden. Der Gleichspan­ nungszwischenkreis wird von zwei Einspeiseeinheiten 17, 17a mit 36 kW bzw. 18 kW versorgt, die mit externen, Ohmschen Ballastwiderständen 18 und einer Po­ wer-Fail-Einrichtung 19 versehen sind. Zwischen den Versorgungseinheiten 17, 17a und den Leistungselektronikteilen 13 ist eine Kondensator- Energiespeichereinheit 20 angeordnet, welche die oben angesprochenen Energie- Pufferfunktionen ausführt. Die Wechselrichter 14, Regler 15, Versorgungseinhei­ ten 17, 17a und die Energiespeichereinheit 20 werden von der Anmelderin bereits unter den Typenbezeichnungen BUS 624, BUS 6-E LWL, BUG 623, BUG 622 und BUK auf den Markt gebracht (vgl. Katalog der Firma BAUMÜLLER NÜRNBERG GMBH "Regelbare Antriebssysteme, Steuerungen, Dienstleistungen 1995").

Gemäß Fig. 1 werden die Ausgänge der Winkellagegeber 12 Umsetzerbaugrup­ pen 21 mit je zwei Eingangskanälen zugeführt. Auf diesen Umsetzerbaugruppen kann noch ein Netzteil für die Versorgung des Winkellagegebers 12 untergebracht sein. Wegen weiterer Einzelheiten wird auf das Produkt UMS-APM 02 der Anmel­ derin verwiesen (vgl. Katalog aaO). Zweikanalige Achsperipheriemodule 22 die­ nen der Umsetzung der Lichtwellenleiter-Signale 16 von den Leistungselektronik­ teilen 13 und der Signale aus den Umsetzerbaugruppen 21 in Digitalsignale für das Kommunikations- und BUS-System 23. An dieses ist gleichsam als Stemmit­ telpunkt eine digitale Signalverarbeitungseinheit 24 angelegt, in der eine Software zur Mehrachsregelung implementiert ist. Diese ist zur entkoppelten Motorführung der hochpoligen Synchronmaschinen 11 mit Permanenterregung ausgelegt. Mit der Software erfolgt eine simultane Sollwertgenerierung nach dem Konzept der Lagesteuerung mit Umfangsregister. Wegen weiterer Einzelheiten wird auf die Produkte der Anmelderin APM-02, DSP-C30 und PSB 03 (vgl. Katalog aaO) sowie deren Offenlegungsschrift DE 43 22 744 A1 und Prospekt "Direktantriebstechnik" vom September 1994 verwiesen. Das letztgenannte Produkt bildet eine Stromver­ sorgungseinrichtung 25, die entweder von einem Gleichstrom-Netzteil 26 oder einer Batterie 27 gespeist wird. Zur Umschaltung zwischen diesen beiden Gleich­ strom-Versorgungsalternativen dient ein beispielsweise nach dem Ruhestromprin­ zip arbeitender Umschalter 28, der bei mangelndem Stromfluß aus dem Netzteil 26 abfällt und dabei die Batterie 27 sowohl an die Stromversorgungseinheit 25 als an die Versorgungseinheiten 17, 17a herbeiführt.

Gemäß Fig. 2 ist das Sicherheitssystem in mehrere Überwachungs- und Reakti­ onsbereiche untergliedert, die durch unterschiedliche Schraffuren LA ("Leitachse"), SM ("gesteuerte Synchronmaschine"), OL ("dezentrale Regler ohne Leitachsen"), BA ("Umschaltung auf Batterie") und GB ("Umschaltung auf Gene­ ratorische Bremsung") markiert sind.

Mit seinem Bereich LA erfaßt das Sicherheitssystem Störungen, Fehler und Aus­ fälle der Zylinder 3, 4, 5, 6 im Wirkungsbereich eines Druckwerks 2, des Syn­ chronmotors 11 und im Leistungselektronikteil 13. Der Übersichtlichkeit halber ist in die Fig. 2 nur eines der fünf Druckwerke mit dem Funktionsbereich LA des Si­ cherheitssystems markiert. Die Fehlererkennung läßt sich in diesem Funktionsbe­ reich vor allem durch Vergleich der Winkellagen aller Achsen in der Signalverar­ beitungseinheit 24 bewerkstelligen. Als Reaktion bzw. Sicherheitsmaßnahme wird die gestörte Achse zur Leit-Achse von der Signalverarbeitungseinheit 24 dekla­ riert, welche das Auslaufen und Abschalten auch aller sonstigen Achsen der Lei­ tachse entsprechend bestimmt.

Der Funktionsbereich SM des Sicherheitssystems erfaßt Störungen, Fehler und Ausfälle im Zusammenhang mit dem Winkellagegeber 12, dem Umsetzer 21 und dem Achseperipheriemodul 22 als Geberkanal. Die Fehlererkennung kann über Fehlermeldungen des Winkellagegebers 12 oder Geberauswertungen in der Si­ gnalverarbeitungseinheit 24 erfolgen. Gemäß Fig. 2 wird als Sicherheitsmaßnah­ me auf die weitere Geberauswertung verzichtet und der Synchronmotor 11 der gestörten Achse nur noch im Steuerungsverfahren mit gleichsam aufgeschnittener Regelschleife betrieben. Alle übrigen Synchronmotoren werden entsprechend ei­ ner Rampenfunktion geregelt gebremst.

Der Sicherheits-Funktionsbereich OL bezieht sich auf Fehler in der Signalverar­ beitungseinheit 24 oder dessen Stromversorgungseinheit 25. Dies läßt sich über an sich bekannte time-out-Funktionen im Zusammenhang mit dem BUS-System 23 und Überwachungsmitteln auf den Leistungselektronikteilen 13 erkennen. Auch wenn das BUS-System 23 gestört ist und Mehrfach-Geberfehler erzeugt, kann eine Abschaltung des Signalverarbeitungseinheit 24 implementiert sein. Als ent­ sprechende Sicherheitsmaßnahme ist dann das Umschalten der Regler 15 auf dem jeweiligen Leistungselektronikteil 13 vom Phasenstrom-Regelungsbetrieb auf dezentralen Lageregelungsbetrieb unter Verwertung der Signale der Winkellage­ geber 12 vorgesehen. Dabei wird für die jeweiligen Gegendruckzylinder 5 - ähnlich wie bei der obigen Reaktion SM (gesteuerte Synchronmaschine) - eine Brems­ rampe realisiert, allerdings dezentral und mit einem hardwaremäßig synchroni­ siertem Start für die einzelnen Antriebseinheiten.

Treten Störungen, Fehler und Ausfälle im Netzanschluß der Versorgungseinheiten 17, 17a auf, geben darauf angelegte Überwachungsmittel Fehlermeldungen für Power-Fail oder aufgrund Selbstdiagnose ab, oder erkennt die Signalverarbei­ tungseinheit 24 Unregelmäßigkeiten in der Zwischenkreisspannung aus den Ver­ sorgungseinheiten 17, 17a, wird der Sicherheitsfunktionsbereich GB mit Einleitung einer generatorischen Bremsung aktiv. Diese kann eventuell mit Kondensatorpuf­ ferung über die Energiespeichereinheit 20 erfolgen.

Der Sicherheitsfunktionsbereich BA wird aktiv, wenn die beispielsweise 24 Volt Ausgangsspannung des Netzteils 26 ausfallen oder fehlerhaft sind, was durch den oben genannten, speziell zur Überwachung ausgelegten Umschalter 28 erkannt werden kann. Dieser legt dann selbsttätig die bereitstehende Batterie 27 an die Versorgungseinheiten 17, 17a und die Stromversorgungseinheit 25.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 unterscheidet sich von dem vorherigen da­ durch, daß zusätzlich zu den ersten Winkellagegebern 12 für jedes Druckwerk 2 zweite, redundante Winkellagegeber 12a angeordnet sind. Infolgedessen kann bei Ausfall eines ersten Winkellagegeber. 12 auf Betrieb mit dem zweiten Winkella­ gegeber 12a umgeschaltet werden, wie durch den Funktions- und Sicherheitsbe­ reich 2G des Sicherheitssystems angedeutet. Da dieser dann den vorher erläuter­ ten Bereich SM ("gesteuerte Synchronmaschine") ersetzt, ist für die beiden Berei­ che bzw. Sicherheitsmaßnahmen 2G, SM die gleiche Schraffur verwendet wor­ den. Allerdings erfordert die Sicherheitsfunktion "zweiter Geber" 2G einen erhöh­ ten Hardware-Aufwand in Form zusätzlicher Kanäle in nach der Konfiguration ge­ mäß Fig. 1 und 2 bereits vorhandenen Umsetzern 21 und Achsperipheriemodulen 22 sowie zusätzlichen Umsetzern 21a und Achsperipheriemodulen 22a, welche dem Anschluß der redundanten Winkellagegeber 12a an das BUS-System 23 dienen. Dieses ist vom im Fall der Fig. 3 entsprechend erstreckten Funktionsbe­ reich OL des Sicherheitssystems überwacht.

Die Funktionsbereiche LA, SM/2G des Sicherheitssystems sind der Anschaulich­ keit halber nur für ein einziges Druckwerk 2 gezeichnet, sind aber funktionsgleich auch auf die anderen Druckwerke zu übertragen.

In den nachfolgenden Tabellen ist die Funktionsweise der Erfindung noch weiter veranschaulicht, wobei die Positionsnummern der ersten beiden Tabellen in der Tabelle 3 entsprechend verwendet sind. Ist Kollisionsschutz in der Tabelle 3, rechte äußere Spalte, bejaht, laufen die jeweils benachbarten Gegendruck- und Übergabezylinder 5, 6 zueinander so ausreichend synchron, daß eine Kollision im Zusammenhang mit den Greifelementen 10 nicht zu befürchten ist.

Tabelle 1 - Fehlererkennungsmatrix und Reakionsmatrix

Tabelle 2 - Reaktionsmatrix

Tabelle 3 - Fehlerursachen- und -behebungsmatrix

Claims (11)

1. Elektrisches Antriebssystem zur Verstellung von mehreren dreh- und/oder verschwenkbaren Funktionsteilen in ihrer Winkellage oder -geschwindigkeit, mit mehreren Elektromotoren (11), die mit einem jeweils zugeordneten Funktionsteil (5) verbunden sind, mit mehreren, digitale Stromregler (15) umfassenden Leistungselektronikteilen (13), die ausgangsseitig mit je ei­ nem Elektromotor (11) zu dessen Ansteuerung verbunden sind, und mit wenigstens einer Signalverarbeitungseinheit (24), die zur Aufnahme von Leit-, Steuer-, Soll- und/oder Winkellage- oder Winkelgeschwindigkeits- Signalen von Winkellagegebern (12) an den Funktionsteilen (5) oder Läu­ fern der Elektromotoren (11) ausgebildet und mit dem oder den jeweiligen Leistungselektronikteilen (13) zu deren steuerungs- oder regelungstechni­ schen Kontrolle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Lei­ stungselektronikteil (13) zusätzlich mit einem Winkellage- und/oder Winkel­ geschwindigkeits-Regler (15), der über eine Schnittstelle mit einem Win­ kellagegeber (12) am Elektromotorläufer oder Funktionsteil (5) verbunden ist, und mit einem Sicherheitssystem (OL) ausgebildet ist, das auf dem Lei­ stungselektronikteil (13) implementierte Überwachungs- und Umschaltmittel aufweist, wobei die Überwachungsmittel zur Fehlererkennung in der Kom­ munikation mit der Signalverarbeitungseinheit (24) ausgebildet sind und bei gestörter Kommunikation mit der Abschaltung der Signalverarbeitungsein­ heit (24) reagieren und das Umschaltmittel zur Umstellung des Leistungse­ lektronikteils (13) von Strom- auf Lageregelung (15) ansteuern, und im Rahmen des Lageregelbetriebs das oder die Funktionsteile entsprechend einer Rampenfunktion gebremst beziehungsweise in Stillstand versetzt werden, wobei mehrere Winkellage- und/oder Winkelgesehwindigkeits- Regler (15) mit einer gemeinsamen Triggereinrichtung (29) zum synchroni­ sierten Start verbunden sind.

2. Elektrisches Antriebssystem zur Verstellung von mehreren dreh- und/oder verschwenkbaren Funktionsteilen in ihrer Winkellage oder -geschwindigkeit, mit mehreren Elektromotoren (11), die mit einem jeweils zugeordneten Funktionsteil (5) verbunden sind, mit mehreren, digitale Regler (15) umfas­ senden Leistungselektronikteilen (13), die ausgangsseitig mit je einem Elektromotor (11) zu dessen Ansteuerung verbunden sind, und mit wenig­ stens einer Signalverarbeitungseinheit (24), die zur Aufnahme von Leit-, Steuer-, Soll- und/oder Winkellage- oder Winkelgeschwindigkeits-Signalen von Winkellagegebern (12) an den Funktionsteilen (5) oder Läufern der Elektromotoren (11) ausgebildet und mit dem oder den jeweiligen Leistung­ selektronikteilen (13) zu deren steuerungs- oder regelungstechnischen Kontrolle verbunden ist, gekennzeichnet durch eine Zwischenkreis- Versorgungseinheit (17, 17a) für die Leistungselektronikteile (13) und ein auf der Signalverarbeitungseinheit (17, 17a, 24) implementiertes Sicherheitssy­ stem (GB) mit Überwachungsmittel für Netz- und/oder Zwischenkreisüber­ wachung, die mit der Zwischenkreis-Versorgungseinheit (17, 17a) kommuni­ zieren, wobei bei Fehlererkennung in der Netz- oder Zwischenkreisspan­ nung über die Signalverarbeitungseinheit (24) ein für die Elektromotoren (11) synchronisierter generatorischer Bremsvorgang eingeleitet wird.

3. Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antrie­ be der Funktionsteile (5) zum Ausgleich von Reibungsverlusten aufgeteilt nach Generatorbremsbetrieb und Motorbetrieb derart geregelt werden, daß die Synchronisation der Funktionsteile (5) beibehalten wird.

4. Antriebssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenkreis-Versorgungseinheit (17, 17a) einerseits und dem oder den Leistungselek­ tronikteilen (13) andererseits eine Energiespeichereinheit (20) zur Zwi­ schenpufferung generatorischer Bremsenergie zwischengeschaltet ist.

5. Elektrisches Antriebssystem gemäß Oberbegriff des Anspruchs 2, gekenn­ zeichnet duch ein in der Signalverarbeitungseinheit (24) implementiertes Sicherheitssystem (LA), das zum Zugriff auf Winkellagen oder Winkelge­ schwindigkeiten der Elektromotoren (11) oder Funktionsteile (5) über ein mit der Signalverarbeitungseinheit (24) und den Winkellagegebern (12, 12a) ge­ koppeltes Bussystem (22, 23) sowie zur Ausgabe erzeugter Fehlermeldesi­ gnale ausgebildet ist, wobei die Winkellagen- oder -geschwindigkeitssignale aller Funktionsteile (5) oder Motoren und/oder Motorströme einem Plausibi­ litätsvergleich unterworfen und im Fehlerfall das gestörte Funktionsteil iden­ tifiziert wird, und von der Winkellage oder -geschwindigkeit des gestörten Funktionsteils Leit- oder Sollwerte für die Winkellagen oder - geschwindigkeiten der nicht gestörten Funktionsteile (5) abgeleitet und zur synchronisierten Nachführung der nicht gestörten Funktionsteile verwendet werden.

6. Antriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das ge­ störte Funktionsteil (5) abgeschaltet und so zum Auslaufen gebracht wird.

7. Elektrisches Antriebssystem gemäß Oberbegriff des Anspruchs 2, wobei die Elektromotoren (11) als Synchronmotoren ausgeführt sind, gekennzeich­ net durch ein in der Signalverarbeitungseinheit implementiertes Sicher­ heitssystem (SM), das zum Zugriff auf Signale der Winkellage- oder Win­ kelgeschwindigkeitssignale der Elektromotoren (11) oder Funktionsteile (5) über ein mit der Signalverarbeitungseinheit (24) gekoppeltes Bussystem (22, 23) sowie zur Ausgabe erzeugter Fehlermeldesignale ausgebildet ist, wobei die Ausgänge der Winkellagegeber (12, 12a) einem Plausibilitätsver­ gleich unterworfen und im Fehlerfall der gestörte Winkellagegeber iden­ tifiziert wird, und daraufhin jeweils von der Signalverarbei­ tungseinheit (24) auf der Basis einer Rampenfunktion das Funktionsteil (5) des gestörten Winkellagegebers (12) gesteuert gebremst und die sonstigen Funktionsteile (5) geregelt gebremst werden.

8. Antriebssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Zwi­ schenkreis-Versorgungseinheit (17, 17a) für die Elektromotoren (11) und/oder Leistungselektronikteile (13) und mit einem damit verbundenen, Gleichstrom ausgebenden Netzteil (26), gekennzeichnet durch eine redun­ dant zum Netzteil (26) angeordnete Not-Batterie (27) und einen automati­ schen beziehungsweise selbsttätigen Umschalter (28) zwischen Netzteil (26) und Batterie (27), der bei mangelndem Stromfluß aus dem Netzteil (26) die Batterie (27) aktiviert.

9. Antriebssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Sicherheitssystem (LA, SM, 2G, OL, BA, GB) drei Submodule vorzugsweise in Baum-, Tabellen- oder Matrixform aufweist, die zur Fehlererkennung beziehungsweise -diagnose, zur Reaktionsentschei­ dung je nach Fehlerart und -größe und zum Vollzug entsprechender Si­ cherheitsmaßnahmen ausgebildet und logisch beziehungsweise funktionell in der genannten Reihenfolge hintereinandergeschaltet sind.

10. Elektrisches Antriebssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche gekenn­ zeichnet durch ein in der Signalverarbeitungseinheit (24) implementiertes Sicherheitssystem (2G), das zum Zugriff auf Signale der Winkellage- oder Winkelgeschwindigkeitssignale der Elektromotoren (11) oder Funktionsteile (5) über ein mit der Signalverarbeitungseinheit (24) gekoppeltes Kommuni­ kationssystem (22, 23) sowie zur Ausgabe erzeugter Fehlermeldesignale ausgebildet ist, wobei für ein oder mehrere Funktionsteile (5) und/oder Elektromotorenläufer jeweils mehrere Winkellagegeber (12, 12a) zueinander redundant angeordnet sind und die Ausgänge der Winkellagegeber (12, 12a) einem Plausibilitätsvergleich unterworfen und im Fehlerfall der ge­ störte Winkellagegeber identifiziert und gemeldet wird, und daraufhin von der Signalverarbeitungseinheit (24) für den weiteren Betrieb die Ausgangs­ signale des zum gestörten Winkellagegeber (12 bzw. 12a) redundant ange­ ordneten Winkellagegebers (12a bzw. 12) verarbeitet werden.

11. Antriebssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kom­ munikationssystem (23) mit peripheren Schnittstellen (21a, 22a) verbunden ist, die den redundanten Winkellagegebern (12a) zugeordnet sind.