DE19628238C2

DE19628238C2 - Verfahren zum Steuern eines elektrischen Torantriebes

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Publication number: DE19628238C2
Application number: DE1996128238
Authority: DE
Inventors: Christoph Stark
Original assignee: Berner Kurt
Current assignee: Berner Torantriebe GmbH
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1996-07-12
Publication date: 1999-01-07
Anticipated expiration: 2016-07-13
Also published as: DE19628238A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern von Torantrieben.

Torantriebe werden für Garagentore, Tore für Einfahrten und dergleichen eingesetzt, wobei der Antrieb mindestens einen elektrischen Antriebsmotor, Kraftübertragungseinrichtungen vom Motor auf das Tor sowie Einrichtungen für das Starten und Stoppen des Antriebsmotors zumindest in den beiden Endpositionen des Tores aufweist, von denen eine dem vollständig geöffneten und die andere dem vollständig geschlossenen Zustand des Tores entspricht.

Bei den Toren kann es sich sowohl um vertikal, als auch um horizontal öffnende Tore als auch um Mischformen handeln, wobei entsprechend während eines Durchlaufes des Tores sich die für den Antriebsmotor relevanten elektrischen Parameter spezifisch ändern.

Dies hängt mit der - je nach Öffnungsrichtung und Art des Tores - beträchtlichen Veränderung des Kraft- und Energiebedarfes entlang des Verfahrweges des Tores zusammen.

Der Kraftbedarf und damit Energiebedarf, bei elektrischen Antriebsmotoren verkörpert durch das Drehmoment des Motors, wird jedoch gleichzeitig als Sicherheitskriterium bei derartigen Toren verwendet, da das unzulässig starke Ansteigen des Kraftaufwandes und damit des Drehmomentes für den Antriebsmotor bedeutet, daß das Tor irgendeine Hemmung erfährt, was häufig ein im Bewegungsweg des Tores befindliches Hindernis ist.

Für diesen Fall soll der Torantrieb automatisch gestoppt werden.

Da bei elektrischen Motoren aus der Stromstärke (Gleichstrommotore) bzw. aus Stromstärke, Spannung und/oder dem Schlupf (Wechselstrommotore) auf das Drehmoment geschlossen werden kann, wird in der Praxis vorzugsweise die Stromstärke als Mass und Regelgrösse für das Drehmoment gemessen und weiterverarbeitet. Wenn im Folgenden vom Drehmoment die Rede ist, kann damit jeweils auch einer der vorgenannten Ersatz-Parameter gemeint sein.

Die Schwierigkeit liegt jedoch darin, daß ein Torantrieb in der Regel als separate Einheit verkauft wird, und nicht nur zusammen mit einem bestimmten Tor. Je nachdem, ob ein und derselbe Torantrieb an einem Tor mit größerem oder geringerem Gewicht eingesetzt wird, ob die Reibungsverhältnisse beim Öffnen und Schließen des Tores optimal oder schlecht sind, ob die mechanische Kopplung des Torantriebes mit dem Tor sehr gut oder sehr schlecht bei der Montage vollzogen wurde, und auch abhängig von weiteren Faktoren, ist der individuell an diesem Tor für den Torantrieb benötigte Kraftaufwand und damit Energieaufwand unterschiedlich hoch.

Die bereits werksseitige Festlegung von zulässigen Höchst-Drehmomenten, oberhalb derer eine Abschaltung des Antriebes aus Sicherheitsgründen erfolgen soll, ist deshalb problematisch.

Es wurde ferner bereits in der Vergangenheit berücksichtigt, daß z. B. bei den typischen Schwingtoren, wie sie als Garagentore häufig verwendet werden, eine Kollision mit einer vor der Garage stehenden Person oder einem vor der Garage stehenden Auto beispielsweise beim Öffnen des Tores nur im unteren Teil des Bewegungszustandes des Tores wahrscheinlich ist, und daher die zulässigen Höchst- Drehmomente in den unterschiedlichen Zonen des Bewegungsablaufes des Tores unterschiedlich festgelegt werden. Dies ergibt zwar prinzipiell eine bessere Annäherung des zulässigen Höchst-Drehmomentes an das Ist-Drehmoment, vermeidet jedoch nicht die individuelle Veränderung des tatsächlichen Drehmomentes bei ein und demselben Torantrieb je nach Anwendungsfall und den dabei spezifisch auftretenden Einflußgrößen. Zusätzlich wird bei derartigen Torantrieben häufig eine Geschwindigkeitsreduzierung vor dem Erreichen der Endposition des Tores durchgeführt, um die mechanische Belastung des gesamten Systems beim Anschlag in der Endposition sowie die dabei auftretende Geräuschentwicklung zu verringern.

Diese Geschwindigkeitsreduzierung, in der Branche meist "Soft-Stop" genannt, läßt sich dann relativ einfach bewerkstelligen, wenn die absolute Lage des Torantriebes zwischen den beiden Endpositionen jederzeit bekannt ist oder wenigstens an der Stelle des Bewegungsweges, an der ein Umschalten auf die reduzierte Geschwindigkeit erfolgen soll, ein Lagesensor vorhanden ist. Grundsätzlich ist man jedoch bestrebt, Lagesensoren, also beispielsweise Endschalter etc., vor allem sofern sie am tatsächlichen Bewegungsweg des Tores angebracht werden müssen, zu vermeiden, da derartige Sensoren leicht und häufig mechanisch beschädigt, verstellt oder sonstwie außer Funktion gesetzt werden können.

Wird jedoch versucht, den Schaltpunkt der Geschwindigkeitsreduzierung ohne die absolute Lage des Torantriebes und lediglich aufgrund des Verstreichens eines bestimmten Zeitintervalls zu realisieren, so wird meist das Zeitintervall, in denn der Antrieb mit der verringerten Geschwindigkeit laufen soll, vorab festgelegt, und anschließend überwacht und ggf. nachgestellt. Diese Vorgehensweise ist aber mit dem Nachteil behaftet, daß die Länge dieses Zeitintervalls, in dem mit der verringerten Geschwindigkeit gefahren wird, nicht unbedingt mit der Soll-Weglänge korreliert, in der mit verringerter Geschwindigkeit gefahren werden soll, da die den Zusammenhang zwischen Weg und Zeit beeinflussende Belastung des Antriebsmotores, also des von ihm abverlangten Drehmomentes, nicht bekannt ist.

Da das Ziel jedoch darin besteht, die Wegstrecke und damit auch das Zeitintervall, in welcher mit verringerter Geschwindigkeit gefahren wird, so kurz wie möglich zu halten, um die Gesamtlaufzeit des Tores nicht unnötig zu erhöhen, kann mit dieser bekannten Lösung keine optimale "Soft-Stop"-Phase erreicht werden.

Weiterhin ist es aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 083 947 A1 bereits bekannt, in einem Referenzlauf, der vorzugsweise vor der ersten regulären Inbetriebnahme erfolgt, die auftretenden Ist-Drehmomente zu ermitteln und als eine über den Bewegungsweg oder die Bewegungszeit des Tores aufgetragene Funktion in einem Speicher der Antriebssteuerung abzulegen. Sobald im späteren regulären Betrieb das Drehmoment über den für diesen Bewegungszustand in der Funktion abgelegten Funktionswert mehr als einen vorgegebenen Differenzwert überstiegt, stoppt das Tor.

Der Differenzwert ist dabei vorzugsweise über den gesamten Bewegungsweg gleich, und die Funktion wird kontinuierlich über den gesamten Bewegungsweg erstellt.

Dies erfordert eine relativ aufwendige und schnelle Steuerung, da zu jedem Zeitpunkt ein neuer Maximalwert (Funktionswert + Differenzwert) auf Einhaltung durch den momentanen Istwert hin überprüft werden muß.

Es ist daher die Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Steuern eines Torantriebes zu schaffen, welches in möglichst einfacher Weise und mit möglichst wenig Aufwand für die Steuerung und eventuell auch ohne Kenntnis der absoluten Lage des Torantriebes eine Sicherungsfunktion bei Anlauf des Tores gegen ein Hindernis sowie eine Nachregelung des Schaltpunktes für die Geschwindigkeitsreduzierung in Abhängigkeit der Belastung des Antriebsmotors, jeweils insbesondere unabhängig von der Laufrichtung des Tores, gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch den Meßdurchlauf wird der tatsächliche Kraftbedarf des Torantriebs über den Verfahrweg des Tores ermittelt, und zwar separat ermittelt für die beiden Laufrichtungen des Tores, welche sich aus dem individuellen Einsatzumfeld dieses Torantriebs jeweils neu ergeben, und theoretisch nur schwer zu ermitteln ist. Ein Meßdurchlauf umfaßt mindestens einen, vorzugsweise jedoch zwei, vollständige Öffnungs- und Schließzyklen des Torantriebes, und soll zumindest vor der ersten Inbetriebnahme des Torantriebes, aber auch danach wenigstens ab und zu, z. B. nach Auftreten von Torkollisionen durchgeführt werden. Ebenso kann jeder normale Betriebszyklus des Torantriebes zusätzlich als Messdurchlauf benutzt und ausgewertet werden.

Konkret wird dabei das Drehmoment des Elektromotors des Torantriebes anhand seiner Ist-Stromstärke während der gesamten Bewegungsphase des Tores, also entweder kontinuierlich oder in kurzen Abständen, ermittelt.

Bereits an dieser Stelle sei - stellvertretend für die gesamten weiteren Erläuterungen - ausgeführt, daß es sich bei diesen Abständen sowohl um zeitliche Abstände als auch Längenabstände innerhalb des Bewegungsverlaufes des Tores handeln kann, je nachdem, welche Art von Sensoren vorhanden ist: sind wegabhängige Sensoren beispielsweise in der Antriebseinheit oder auch am Laufweg des Tores bei den dazwischen befindlichen Kraftübertragungseinrichtungen vorhanden, so können die Meßwerte direkt in Abhängigkeit von bestimmten Wegpunkten innerhalb des Bewegungsweges des Tores ermittelt werden. Da es jedoch das Ziel ist, möglichst ohne mechanisch beschädigbare Lage- und Längensensoren auszukommen, wird vorzugsweise die Ermittlung in Abhängigkeit von der Zeit innerhalb der Bewegungsdauer des Tores ermittelt.

Aus dem Meßdurchlauf, welcher mit maximaler Geschwindigkeit, also ohne Geschwindigkeitsreduzierung am Ende des Bewegungsweges des Tores durchgeführt werden kann, wird das zulässige Höchst-Drehmoment ermittelt, das für den nachfolgenden Normalbetrieb des Tores nicht überschritten werden darf. Eine Überschreitung des zulässigen Höchst-Drehmomentes wird als Anlauf des Tores gegen ein Hindernis gewertet und führt zur sofortigen Abschaltung des Torantriebes.

Daher liegt das zulässige Höchst-Drehmoment über dem gemessenen Ist- Drehmoment. Das zulässige Höchst-Drehmoment kann entweder über den gesamten Bewegungsweg des Tores, ggf. jedoch ausgenommen der durch höhere Drehmomentn gekennzeichneten Anlaufphase und Endphase, festgelegt werden, oder separat für einzelne Zonen dieser mittleren Phase, in denen unterschiedlich hohe zulässige Höchst-Drehmomente gelten können. Die getrennte Ermittlung für die beiden Laufrichtungen des Tores (Öffnen und Schließen) ist deshalb sinnvoll, weil beispielsweise bei vertikal öffnenden Schwingtoren bei der Öffnungsbewegung innerhalb der mittleren Phase der Bewegung das Drehmoment im ganzen gesehen eher steigt und beim Schließen in dieser mittleren Phase das Drehmoment insgesamt betrachtet eher sinkt. Gerade bei Anwendung des Torantriebes bei den üblichen Schwingtoren als Garagentore hat es sich als sinnvoll erwiesen, diese mittlere Phase der Torbewegung in nur zwei Zonen zu unterteilen, für die unterschiedliche zulässige Höchst-Drehmomente gelten.

Die zulässigen Höchst-Drehmomente in den jeweiligen Zonen der Torbewegung werden beispielsweise aus dem Verlauf des Ist-Drehmomentes, jedoch ohne Berücksichtigung der Anfangs- und Endphase des Torlaufes, ermittelt, indem zunächst das maximale und minimale Ist-Drehmoment festgehalten werden und als Eckwerte für die Ermittlung der zulässigen Höchst-Drehmomente verwendet werden. Beispielsweise kann das maximale Ist-Drehmoment direkt als höchstes zulässiges Höchst-Drehmoment gesetzt werden, also als zulässiges Höchst- Drehmoment in derjenigen Zone mit dem höchsten Kraft- und damit Energiebedarf.

Da das zulässige Höchst-Drehmoment immer höher liegen muß als das in dieser Zone tatsächlich im Regelfall auftretende Ist-Drehmoment kann das minimal festgestellte Ist-Drehmoment nicht als minimales zulässiges Höchst-Drehmoment verwendet werden. Als minimales zulässiges Höchst-Drehmoment, also das Höchst- Drehmoment in derjenigen Zone mit dem geringsten Kraft- und damit Energiebedarf, wird somit aus einer Mischung des maximalen und minimalen Ist- Drehmomentes ermittelt, beispielsweise als arithmetischer Mittelwert zwischen diesen beiden Werten, wenn die zu betrachtende mittlere Phase in nur zwei Zonen unterteilt wird, oder ein Drittel über dem minimal gemessenen Ist-Drehmoment, wenn eine Unterteilung in drei Zonen vorgenommen wird etc.

Für die Unterteilung in Zwischenwerte für das zulässige Höchst-Drehmoment - bei Einteilung in mehr als zwei Zonen - können entweder gleiche Drehmoment differenzen zwischen den einzelnen Stufen und deren zulässigen Höchst- Drehmomenten angesetzt werden, oder - in Abhängigkeit des jeweiligen Antriebssystems und/oder prinzipieller Anwendungsfälle für den Antrieb - ungleiche Abstände zwischen den zulässigen Höchst-Drehmomenten, was vor allem dann sinnvoll ist, wenn der Verlauf des Ist-Drehmomentes in der mittleren Phase sich als grob von einem linearen Verlauf abweichend herausgestellt hat.

Auch die Dauer der einzelnen Zonen, innerhalb derer ein gleichbleibender zulässiger Höchst-Drehmoment-Wert gilt, muß festgelegt werden. Die Dauer der einzelnen Zonen kann dabei entweder gleich lang oder - bei nichtlinearem Verlauf des Ist-Drehmomentes - ungleich lang sein.

Eine Möglichkeit der Bestimmung der Schaltpunkte von einer Zone auf die nächste Zone liegt in der Festlegung von Mindest- bzw. Höchst-Differenzbeträgen Δm_max bzw. Δm_min, die innerhalb einer Zone zwischen den zulässigen Höchst- Drehmomenten und dem Verlauf des Ist-Drehmomentes, welches bei einem Meßdurchlauf ermittelt wurde, höchstens bzw. mindestens auftreten darf.

Geht man beispielsweise von einem Öffnungsvorgang des Tores aus, bei dem in der relevanten mittleren Phase der Torbewegung das Ist-Drehmoment im Ganzen betrachtet eher ansteigt, so wird von der ersten Zone mit dem niedrigsten zulässigen Höchst-Drehmoment in die nächste Zone mit höherliegendem Höchst- Drehmoment an dem Punkt weitergeschaltet, an dem das im Meßdurchlauf ermittelte Ist-Drehmoment in seinem Verlauf bis auf einen minimalen Differenzbetrag Δm_min an das zulässige Höchst-Drehmoment dieser ersten Zone herangekommen ist.

Weiterhin soll während der Öffnungs- und Schließbewegung des Tores auch der Schaltpunkt für die Geschwindigkeitsreduzierung - getrennt für die Öffnungs- und Schließrichtung - möglichst allein aus den während der letzten Öffnungs- bzw. Schließbewegung ermittelten Parametern, also insbesondere dem Verlauf des Ist- Drehmomentes, optimal spät, aber noch ausreichend, festgelegt und ggf. nachgeregelt werden.

Dies geschieht mit Hilfe eines Reglers, der für jeden neuen Öffnungs- bzw. Schließvorgang den Umschaltzeitpunkt neu regelt unter Berücksichtigung der Abweichung der Ist-Gesamtlaufzeit des Tores (wenn die Geschwindigkeit in der Endphase reduziert wird) aus der letzten entsprechenden Öffnungs- oder Schließbewegung gegenüber der hierfür berechneten Soll-Gesamtlaufzeit.

Für diese Abweichung kann ein maximaler noch akzeptabler Abweichungswert a vorgegeben werden.

Der Regler bestimmt dann den Schaltzeitpunkt für die Geschwindigkeitsreduzierung, indem er von der Soll-Gesamtlaufzeit die Laufzeit, welche mit verringerter Geschwindigkeit gefahren werden muß, abzieht. Diese Laufzeit der Phase mit verringerter Geschwindigkeit wird wiederum mit Hilfe einer Funktion ermittelt, welche die im speziell vorliegenden Antrieb gegebenen Parameter berücksichtigt, also die Art des Motors, seine spezifische stationäre Kennlinie, das Verhalten der Energiequelle, die spezifisch vorhandenen Belastungen des Antriebs etc.

Da das mittlere Drehmoment des Motors, welcher bei jedem Öffnungs- bzw. Schließvorgang oder bei einem Öffnungs- bzw. Schließvorgang mit maximaler Geschwindigkeit ermittelt wird (in grober Annäherung kann dies das arithmetische Mittel zwischen dem maximalen Ist-Drehmoment und der minimalen Ist- Drehmoment sein, eine bessere Annäherung gibt jedoch die Integration des Ist- Drehmomentes über die Gesamtlaufzeit bei maximaler Geschwindigkeit, also ohne Reduzierung in der Schlußphase, und Rückberechnung eines mittleren Drehmomentes hieraus) stellt einen guten repräsentativen Wert für diese Vielzahl von Faktoren dar, da sie sich in der Belastung des Antriebs und damit dessen Drehmoment niederschlagen.

Falls der Meßdurchlauf des Torantriebes mehr als einen vollständigen Öffnungs- und Schließzyklus umfaßt, wird vorteilhafterweise der letzte vollständige Zyklus des Meßdurchlaufes dazu benutzt, die aus dem bzw. den ersten Durchgängen des Meßdurchlaufes ermittelte zulässige Höchst-Drehmoment sowie Schaltpunkte durch einen quasi Praxislauf zu überprüfen. Der Praxislauf ist noch Teil des Meßdurchlaufes, erfolgt aber unter Praxisbedingungen, also einschließlich z. B. der Reduzierung der Antriebsgeschwindigkeit am Ende der Bewegung des Tores (Soft- Stop).

Dabei wird überprüft, ob in der Praxis die vorher ermittelte Relation des zulässigen Höchst-Drehmomentes zu dem auftretenden Ist-Drehmoment bei Benutzung der festgelegten Schaltpunkte eingehalten wird. Ggf. erfolgt in dieser letzten Phase des Meßdurchlaufes dann noch eine Nachkorrektur der zulässigen Höchst-Drehmoment bzw. Schaltpunkte, und ggf. auch noch eine Veränderung der Zoneneinteilung durch Erhöhung oder Erniedrigung der Zonenanzahl, in Abhängigkeit von für den Probelauf vorgegebenen Toleranzwerten.

Anhand der Zeichnung wird das Verfahren gemäß der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1: ein Prinzipschaltbild eines Torantriebes,

Fig. 2: das Drehmoment des Motors beim Öffnen des Tores,

Fig. 3: das Drehmoment beim Schließen des Tores, und

Fig. 4 die Schaltung eines Reglers für die Ermittlung des Schaltpunktes für die Geschwindigkeitsreduzierung zur Soft-Stop-Phase.

Fig. 5a, b die Schaltungen von Reglern zur Bewältigung unvollständiger Öffen-/Schließzyklen.

Fig. 1 zeigt den Motor M, der über - nicht dargestellte - Kraftübertragungs einrichtungen mit dem anzutreibenden Tor verbunden ist. Dieser insbesondere elektrisch betriebene Motor wird über eine Steuerung 1 mit Energie versorgt, indem dem Motor M Strom der Stromstärke i_m zugeführt wird, welchen dieser in ein Drehmoment m umsetzt.

Eine Meßeinheit 2 steht aktiv und passiv mit der Steuerung 1 in Verbindung, und mißt zusätzlich das Drehmoment m_M des Motors M. Die Meßeinheit 2 kann vorzugsweise eine Zeitmeßeinheit 4 umfassen und/oder der Motor M bzw. das nicht dargestellte Tor stehen mit einem Weggeber 3 in Verbindung, dessen Signale ebenfalls von der Meßeinheit 2 aufgenommen werden.

Das Ziel besteht darin, mittels der Steuerung 1 und Meßeinheit 2 einerseits dem Motor M des Torantriebes das Drehmoment m_M zuzuführen, andererseits jedoch bei einem unzulässigen Anstieg dieses Drehmomentes m_M die sofortige Abschaltung des Motors zu veranlassen.

In den Fig. 2 und 3 sind die Verläufe des Drehmomentes m_M für den Motor M beim Öffnen des Tores bzw. beim Schließen des Tores dargestellt.

Wie zu erkennen, ist in beiden Bewegungsrichtungen sowohl die Anlauf- als auch die Endphase der Bewegung durch ein deutlich erhöhtes Drehmoment erkennbar. In der Endphase kann dies zwar durch eine sogenannte Soft-Stop-Schaltung, bei der die Geschwindigkeit in der Endphase reduziert ist, verringert, jedoch nicht ganz vermieden werden, vor allem wenn der Betrieb ohne Endschalter durchgeführt wird. Die Phase der reduzierten Geschwindigkeit (Soft-Stop) am Ende der Bewegung des Tores, wie beispielsweise in Fig. 2 eingezeichnet, beginnt in der Regel vor dem Anstieg des Drehmomentes in der Endphase, die durch den Anlauf des Tores am Endanschlag bewirkt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden zunächst anhand der Fig. 2 erläutert.

Zunächst wird ein wenigstens einfacher Meßdurchlauf des Tores vollzogen, bei dem vorzugsweise mit maximaler Geschwindigkeit, also ohne Geschwindigkeits reduzierung am Ende der Bewegungsphase, gefahren wird. Der Meßdurchlauf muß mindestens einen vollständigen Öffnungsvorgang sowie einen vollständigen Schließvorgang umfassen. Für den Öffnungsvorgang ergibt sich daraus der tatsächliche Drehmomentverlauf m_ist, wie in Fig. 2 mit durchgezogener Kurve dargestellt. Von diesem Ist-Drehmomentverlauf wird nur die mittlere Phase zur Ermittlung von Eckwerten, nämlich des maximalen und minimalen tatsächlich aufgetretenen Drehmomentes (m_max, m_min) herangezogen. Die Anlaufphase und Endphase, in welcher der Drehmomentverlauf steil ansteigende und abfallende Flanken aufweist, bleibt bei der Ermittlung außer Betracht.

Für die mittlere Phase wird nun aus dem maximalen Ist-Drehmoment m_max und dem minimalen Ist-Drehmoment m_min wenigstens ein zulässiges Höchst-Drehmoment m-zul ermittelt. Dabei wird diese mittlere Phase in mehrere, vorzugsweise zwei, Zonen unterteilt, wobei für jede Zone ein separater, anderer Wert des zulässigen Höchst-Drehmomentes m-zul₁, m-zul₂ festgelegt wird.

Im Beispiel der Fig. 2 wurde als m-zul₂ direkt das maximale Ist-Drehmoment m_max gewählt, und als m-zul₁ der Mittelwert zwischen maximalem und minimalem Ist- Drehmoment, also (m_max + m_min)/2.

Die tatsächlich auftretenden Drehmomente m_ist innerhalb der einzelnen Zonen 1 und 2 übersteigen damit niemals die festgelegten zulässigen Höchst-Drehmomente m-zul₁, m-zul₂.

In Fig. 2 ist das Drehmoment m_M wahlweise über der Zeit oder der Länge des Bewegungsweges des Torantriebes aufgetragen dargestellt, je nachdem, ob gemäß Fig. 1 der Torantrieb über einen Weggeber 3 oder eine Zeitmeßeinrichtung 4 verfügt. Bevorzugt wird dabei die zeitabhängige Lösung.

Um den Schaltpunkt für den Zonenwechsel schalt_z1 von der Zone 1 zur Zone 2 festzulegen, sind ebenfalls unterschiedliche Lösungen denkbar:

Es können die Dauer der Zone 1 und Zone 2 gleich groß gesetzt werden, so daß der Schaltpunkt schalt_z1 in der Mitte zwischen dem Ende der Anlaufphase und dem Beginn der Endphase liegt.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, einen minimalen Differenzbetrag an Drehmoment (Δm_min) vorzugeben. Der Schaltpunkt schalt_z1 ergibt sich dann an der Stelle, an der in Zone 1 das Ist-Drehmoment m_ist bis auf diesen minimalen Differenzbetrag Δm_min sich von unten her an das zulässige Höchst-Drehmoment m-zul₁ annähert.

In Fig. 3 ist das Drehmoment m_M des Motors M während eines vollständigen Schließvorganges dargestellt.

Während beim Öffnen des Tores in Fig. 2 ersichtlich in der mittleren Phase das Ist- Drehmoment im wesentlichen zunimmt, ist beim Schließvorgang in dieser mittleren Phase im Durchschnitt betrachtet ein relativ starker Abfall zu beobachten.

Aus diesem Grund ist in Fig. 3 für das Schließen die mittlere Phase auch beispielhaft in drei Zonen unterteilt. Dabei wurde das höchste zulässige Höchst- Drehmoment m-zul_max, welches in der ersten Zone des Schließvorganges, der Zone 3 gelten soll, wiederum mit dem maximal aufgetretenen Ist-Drehmoment m_max gleichgesetzt.

Wegen des starken Abfalls des Ist-Drehmomentes in der mittleren Phase wird das in der letzten Zone festzusetzende minimal zulässige Höchst-Drehmoment m-zul_min nicht auf den Mittelwert zwischen m_max und m_min gesetzt, sondern beispielsweise um nur 30% dieses Differenzbetrages oberhalb von dem minimalen Drehmoment m_min.

Die Unterschiede zwischen dem einzelnen zulässigen Höchst-Drehmoment m-zul₃, m-zul₄, m-zul₅ können gleich hoch gesetzt werden, um sozusagen gleich hohe Stufen des zulässigen Höchst-Drehmomentes von Zone zu Zone zu erreichen.

Die Festlegung der Schaltpunkte für den Zonenwechsel von Zone 3 nach Zone 4 (schalt_z3) bzw. Zone 4 nach Zone 5 (schalt_z4) werden analog zur Vorgehensweise in Fig. 2 wiederum so ermittelt, daß ein Zonenwechsel dort gesetzt wird, wo innerhalb der momentanen Zone, z. B. Zone 3, das Ist-Drehmoment m_ist um einen maximalen Differenzbetrag des Drehmomentes Δm_max unterhalb des momentan gültigen Höchst-Drehmoments (m-zul₃ bzw. m-zul₄) absinkt.

Wird im Praxisbetrieb mit in der Soft-Stop-Phase reduzierter Geschwindigkeit gefahren, so bleibt am Ende der mittleren Phase der beim Meßlauf ermittelte, in den Fig. 2 und 3 dargestellte Verlauf des Ist-Drehmomentes m_ist jeweils unverändert. Eine Abflachung des Anstieges in der Endphase findet jedoch in der Regel statt.

Um den Schaltpunkt für die Geschwindigkeitsreduzierung (schalt_red) zu ermitteln, wird beispielsweise ein Regler gemäß Fig. 4 eingesetzt.

Dabei besteht das Ziel darin, die Phase mit verringerter Geschwindigkeit möglichst kurz zu halten, um die Gesamtlaufzeit nicht unnötig zu verlängern. Andererseits soll jedoch am Endpunkt der Öffnungs- bzw. Schließbewegung der Toranschlag mit Sicherheit mit der gewünschten reduzierten Geschwindigkeit stattfinden.

Zu diesem Zweck wird die Soll-Gesamtlaufzeit des Tores t_{g soll}, also die Laufzeit einschließlich der Phase mit reduzierter Geschwindigkeit, ständig, vorzugsweise bei jedem neuen Öffnungs- bzw. Schließvorgang, nachgeregelt, also neu festgelegt. Von der Soll-Gesamtlaufzeit des Tores t_{g soll} wird zur Bestimmung des Schaltpunktes für die Geschwindigkeitsreduzierung schalt_red die Laufzeit, während der das Tor mit reduzierter Geschwindigkeit fahren soll t_red abgezogen. Die Laufzeit mit reduzierter Geschwindigkeit t_red wird aus einer Funktion ermittelt, die die spezifischen Größen des vorliegenden Antriebs berücksichtigt, weshalb im konkreten Fall dies eine Funktion der ermittleten mittleren Drehmomentes m_mitt oder des zulässigen Drehmomentes m_zul ist.

Dieses mittlere Drehmoment m_mitt wird aus dem tatsächlichen Drehmomentverlauf, insbesondere ermittelt bei Torbewegung mit maximaler Geschwindigkeit, also ohne Reduzierung der Geschwindigkeit in der Endphase, bestimmt. Eine einfache Art der Ermittlung ist der arithmetische Mittelwert zwischen dem maximalen Ist- Drehmoment m_max und dem minimalen Ist-Drehmoment m_min, eine exaktere Ermittlung ist dagegen die Bestimmung des mittleren Drehmomentes m_mitt durch Integration des Ist-Drehmomentes über der Gesamtlaufzeit und Berechnung des mittleren Wertes m_mitt hieraus.

Aus der Subtraktion der Laufzeit mit reduzierter Geschwindigkeit t_red von der Soll- Gesamtlaufzeit t_{g soll} ergibt sich unmittelbar der Schaltpunkt schalt_red für den Beginn der Geschwindigkeitsreduzierung.

Die Anpassung der Soll-Gesamtlaufzeit t_{g soll} erfolgt dadurch, daß zunächst vom bisherigen Wert t_{g soll} die Ist-Gesamtlaufzeit t_{g ist} aus der letzten Öffnungs- bzw. Schließbewegung abgezogen wird. Der ermittelte Differenzwert ist die Eingangsgröße eines nichtlinearen Verstärkers. Liegt der Differenzwert unterhalb eines vorgegebenen Abweichungswertes ±a, so gibt der nichtlineare Verstärker den Wert 0 als Ausgangsgröße ab, falls der Differenzwert den vorgegebenen Abweichungswert a überschreitet, ist der Ausgangswert des nichtlinearen Verstärkers eine vorgegebene Differenzzeit ΔT. Dabei kann a auch gleich Null gesetzt werden.

Der Ausgangswert des nichtlinearen Verstärkers dient als Eingangswert für einen Integrator, also einen diskreten Integrator, dessen Ausgangswert der neue Wert für die Soll-Gesamtlaufzeit t_{g soll} ist.

Handelt es sich bei dem momentanen Öffnungs- bzw. Schließvorgang um den ersten Öffnungs- bzw. Schließvorgang nach der Inbetriebnahme bzw. nach einer Stromunterbrechung, so wird im Regelkreis, insbesondere dem diskreten Integrator, die Ist-Gesamtlaufzeit bei maximaler Geschwindigkeit, also ohne Geschwindigkeitsreduzierung in der Soft-Stop-Phase, t_g0, insbesondere als Ersatz für die nicht bekannte Gesamtlaufzeit t_{g ist} aus dem vorangehenden Lauf, vorgegeben.

Eine zusätzliche Problemstellung für den erfindungsgemäßen Regler sind unvollständige Öffnungs- und Schließzyklen. Wenn also z. B. während des Öffnens der Öffnungsvorgang z. B. durch die Bedienungsperson gestoppt wird, und anschließend das Tor geschlossen wird, kann bei diesem nun unvollständigen Schließvorgang (in Fig. 5 gekennzeichnet durch *) die Laufzeit mit reduzierter Geschwindigkeit t*_red u. U. nicht optimal kurz festgelegt werden.

Durch den in Fig. 5 dargestellten Regler werden auch diese unvollständigen Öffnungs- und Schließzyklen berücksichtigt:

Zunächst muß ein unvollständiger Öffnungs- und Schließvorgang festgestellt werden. Dies erfolgt durch Vergleich des Schaltpunktes für die Geschwindigkeitsreduzierung Schalt_red mit der Ist-Gesamtlaufzeit des Tores t_{g ist} in einer Umschaltlogik. Ist t_{g ist} größer, handelt es sich um einen vollständigen Zyklus, und die obere Hälfte der Fig. 5, welche mit dem Regler gemäß Fig. 4 übereinstimmt, wird durchlaufen. Dabei sollte bemerkt werden, daß dieser Ast des Reglers immer, auch bei Fig. 4, quasi doppelt vorhanden ist, nämlich separat für die Öffnungs- und Schließbewegung.

Bei Feststellen eines unvollständigen Öffnungs- oder Schließzyklus wird die untere Hälfte des Reglers gemäß Fig. 5 durchlaufen.

Dabei liegt - siehe Fig. 2 und 3 - die Schwierigkeit darin, daß selbst bei Feststellung des Zeitpunktes t_stop und damit der Zeitdauer Δt_stop seit dem Beginn der Torbewegung diese Zeitspanne Δt_stop nicht einfach als Restlaufzeit des anschließenden unvollständigen Schließvorganges (siehe Fig. 3) betrachtet werden kann, da die Restlaufzeit der anschließenden unvollständigen Schließbewegung u. a. von dem in dieser Restlaufzeit zulässigen oder tatsächlichen Drehmoment abhängt.

Wenn also beispielsweise Δt_stop in Fig. 2 zehn Sekunden betrug und m_zul1 doppelt so hoch war wie m_zul5 in Fig. 3, so würde dadurch Δt_stop in Fig. 3 nur etwa halb so lange dauern wie in Fig. 2.

Deshalb wird gemäß Fig. 5 die Ermittlung des Schaltpunktes für die Geschwindigkeitsreduzierung Schalt*_red bei der jetzt vorliegenden unvollständigen Bewegung wiederum ermittelt durch Substrahierung der Laufzeit mit reduzierter Geschwindigkeitt t*_red(z) in der jetzt vorliegenden Öffnungs- bzw. Schließphase z von der Ist-Gesamtlaufzeit des Tores im vorhergehenden, vollständigen Bewegungszyklus t_{g ist}(z - 1). Diese Ist-Gesamtlaufzeit des Tores beim letzten Bewegungszyklus kann aus dem bekannten zulässigen Moment des letzten vollständigen Bewegungszyklus m_zul(z - 1) ermittelt werden, was die exakte Vorgehensweise ist, wie in Fig. 5A dargestellt oder sie kann direkt als vorhandene Größe t_{g ist}(z - 1) des letzten vollständigen des letzten vollständigen Schließzyklus aus dem Speicher entnommen werden, wie in Fig. 5B dargestellt.

Die Laufzeit mit reduzierter Geschwindigkeit t*_red im unvollständigen Zyklus läßt sich ebenfalls aus dem zulässigen Moment m_zul(z) des vorliegenden unvollständigen Bewegungszyklus ermitteln. Die Laufzeit mit reduzierter Geschwindigkeit t*(z) im vorliegenden unvollständigen Zyklus kann auch auf andere Weise ermittelt werden, beispielsweise

- als Funktion des mittleren Momentes im vorangehenden vollständigen Zyklus (t_red(z) = f₁(m_mitt(z - 1)) oder
- als Funktion des zulässigen Momentes im vorangegangenen vollständigen Zyklus t_red(z) = f₂(m_zul(z - 1)) oder
- bei entsprechenden Verläufen der Ist-Momente, z. B. einen konstanten Verlauf, in Abhängigkeit der Ist-Gesamtlaufzeit des vorhergehenden gesamten Zyklus t_red*(z) = f(t_{g ist}(z - 1)) oder
- als Funktion der Ist-Gesamtlaufzeit des vorhergehenden ganzen Bewegungszyklus abzüglich einer Zeitkonstante, die für den Antrieb spezifisch ist und beispielsweise von der Drehzahl des Motors in Abhängigkeit des Momentes zu ermitteln ist, t_red*(z) = T_{g ist}(z - 1) - T_red

Bezugszeichenliste

1

Steuerung

2

Meßeinheit

3

Weggeber

4

Zeitmeßeinheit
mDrehmoment
tZeit
lLänge
ΔTDifferenzzeit
aAbweichungswert
MMotor
m_mitt

mittleres Drehmoment
m_ist

Ist-Drehmoment
m_max

maximales Ist-Drehmoment
m_min

minimales Ist-Drehmoment
m-zul_max

maximales zulässiges Drehmoment
m-zul_min

minimale zulässige Drehmoment
t_{g ist}

Ist-Gesamtlaufzeit des Tores
t_{g soll}

Soll-Gesamtlaufzeit des Tores
t_g0

Ist-Laufzeit bei maximaler Geschwindigkeit
t_red

Laufzeit mit reduzierter Geschwindigkeit
ΔiDifferenzbetrag
m-zul₁

zulässige Höchst-Drehmoment
schalt_red

Schaltpunkt Geschwindigkeitsreduzierung
schalt_z1

Schaltpunkt Zonenwechsel

Claims

1. Verfahren zum Steuern eines elektrischen Torantriebes, insbesondere Vertikaltor-Antriebes, wobei

1. wenigstens vor der ersten Inbetriebnahme des Torantriebes wenigstens ein Meß-Durchlauf vollzogen wird, wobei wenigstens das Ist-Drehmoment (m_ist) des Antriebes in Abhängigkeit von der Zeit der Bewegung des Tores ermittelt wird und
2. für den späteren Torbetrieb als Steuergröße zulässige Höchst Drehmomente (m-zul₁, m-zul₂, ...) in Abhängigkeit der Zeit der Bewegung des Tores festgelegt werden, die oberhalb der in dieser Zone ermittelten Ist- Drehmomente liegen,
3. bei Überschreiten der zulässigen Höchst-Drehmomente der Antrieb gestoppt wird,
4. das Ermitteln der Ist-Drehmomente (m_ist) und (m_ist') separat jeweils für den Öffnungs- und den Schließvorgang durchgeführt wird und
5. die jeweils zulässigen konstanten Höchst-Drehmomente (m-zul₁, m-zul₂, ...) für einzelne Zonen des Bewegungszustandes separat jeweils für den Öffnungs- und Schließvorgang festgelegt werden.

2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Meß-Durchlauf ein Durchlauf mit der maximalen Geschwindigkeit des Antriebsmotors durchgeführt wird oder ein normaler Torbetriebsdurchlauf mit in der Endphase reduzierter Geschwindigkeit.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Festlegung der zulässigen Höchst-Drehmomente (m-zul₁, m-zul₂, ...) innerhalb der um die Anlauf-Phase und End-Phase bereinigten mittleren Phase des Bewegungszustandes des Tores innerhalb dieser mittleren Phase beim Meßdurchlauf das maximale und minimale Ist-Drehmoment (m_max, m_min) ermittelt und daraus die zulässigen Höchst-Drehmomente (m-zul₁, m-zul₂, ...) berechnet werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von den festzulegenden zulässigen Höchst-Drehmomenten (m-zul₁, ra-zul₂, ...) das niedrigste zulässige Höchst-Drehmoment (m-zul_min) um einen festen Prozentsatz, insbesondere 50%, der Differenz zwischen dem maximalen und minimalen Ist- Drehmoment (m_max) und (m_min) über dem minimalen Ist-Drehmoment (m_min) liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als höchste zulässiges Höchst-Drehmoment (m-zul_max) der festzulegenden zulässigen Höchst-Drehmomente (m-zul₁, m-zul₂, ...) das maximal gemessene Ist-Drehmoment (m_max) oder ein um einen festen Prozentsatz über dem maximalen Ist-Drehmoment (m_max) liegender Wert gewählt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zulässigen Höchst-Drehmomente (m-zul₁, m-zul₂, ...) in Abhängigkeit der Anzahl einzelner Zonen innerhalb der mittleren Phase des Bewegungszustandes des Tores in Abständen des Drehmomentes zwischen dem festgelegten höchsten und niedrigsten zulässigen Höchst-Drehmoment (m-zul_min, m-zul_max) festgelegt werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltpunkte (schalt₁, schalt₂), die den Wechsel von einer Zone zur nächsten darstellen, empirisch festgelegt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltpunkte (schalt₁, schalt₂), die den Wechsel von einer Zone zur nächsten darstellen, so festgelegt werden, daß bei der an den Schaltpunkt angrenzenden Zone mit dem niedrigeren zulässigen Höchst-Drehmoment (m-zul₂) dieses zulässige Höchst-Drehmoment (m-zul₂) noch einen festgelegten Differenzbetrag (Δm) über dem in dieser Zone während des Meßdurchlaufes tatsächlich gemessenen partiell höchsten Ist-Drehmoment (m_ist) liegt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltpunkt der Geschwindigkeitsreduzierung (schalt_red) abhängig vom Motormoment und der Differenz der Ist-Gesamtlaufzeit des Tores (t_{g ist}) gegenüber der Soll-Gesamtlaufzeit des Tores (t_{g soll}) geregelt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltpunkt für die Geschwindigkeitsreduzierung (schalt_red) für die Phase mit verringerter Geschwindigkeit am Ende des Bewegungszustandes des Tores ermittelt wird aus der Differenz zwischen der Ist-Gesamtlaufzeit des Tores (t_{g ist}) und der Soll- Gesamtlaufzeit des Tores (t_{g soll}) unter Berücksichtigung der Ist-Gesamtlaufzeit des Tores, welche bei maximaler Geschwindigkeit des Tores erzielt wird ((t_{g 0}) und der Laufzeit t_s) des Tores, welche von dem mittleren Drehmoment (m_mitt) abhängt, welches aus den einzelnen zulässigen Drehmomenten (m-zul₁, m-zul₂) in der mittleren Phase unter Berücksichtigung deren Dauer erhalten wird.