DE19733547C2

DE19733547C2 - Steuerung und Positionserfassung von Förderanlagen mit Linear-Synchronmotoren-Antrieb

Info

Publication number: DE19733547C2
Application number: DE19733547A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Bauer
Original assignee: Noell Crane Systems GmbH
Current assignee: Demag Cranes and Components GmbH
Priority date: 1997-08-02
Filing date: 1997-08-02
Publication date: 2003-12-18
Anticipated expiration: 2017-08-03
Also published as: DE19733547A1

Description

Die Erfindung betrifft die Steuerung und die Positionserfassung von Förderanlagen, die mit Linear-Synchronmotoren angetrieben werden. Solche Anlagen können eingesetzt werden zum Transport von Ladeeinheiten, z. B. Containern und Wechselbrücken, bei automatischen Parkhäusern, Palettenförderanlagen und Amüsierfahrgeschäften.

Es ist bekannt, daß Förderfahrzeuge, die mit Lineartechnik angetrieben werden, spurgeführt über Fahrbahnen bewegt werden. Dabei befinden sich in den Fahrbahnen der Linearmotor, in Form von sogenannten Statoren, und in dem Förderfahrzeug oder auf der Förderpalette Magnetleisten. Die Förderfahrzeuge oder Förderpaletten haben keine eigene Energieversorgung. Sie werden dadurch angetrieben, daß bei Bestromung der Linearmotoren mit einem frequenzvariablen Wechselstrom ein magnetisches Wanderfeld erzeugt wird, welches eine Kraft auf die Magnetleisten der Fahrzeuge ausübt und diese entlang der Fahrbahnen bewegt.

Der frequenzvariable Wechselstrom wird durch Frequenzumrichter oder Wechselrichter erzeugt, welche jedoch zur Motorphasenkommutierung ein Signal von einem Pollagesensor benötigen. Weiterhin sind bei Förderanlagen Sensoren notwendig, welche die aktuelle Istposition eines jeden Förderfahrzeuges auf der Anlage erfassen und einer elektronischen Positioniereinrichtung sowie dem Materialflußrechner zur Verfügung stellen. Da die Sensoren, es sind meistens Hallsensoren, die das Magnetfeld der Dauermagnetleiste detektieren, orstfest in der Anlage angebracht sind, müssen jeweils die Signale desjenigen Sensors, über dem sich gerade ein Förderfahrzeug oder eine Palette befindet, zum zugehörigen Umrichter bzw. zur Positioniereinrichtung oder zum Leitrechner durchgeschaltet werden.

Aus DE 39 00 511 A1 ist eine automatische Guttransportvorrichtung mit linearmotorgetriebenem Transportelementen bekannt, wobei auf der Fahrbahn, im Abstand kleiner als die Länge einer Magnetbahnleiste des Förderwagens, Sensorblöcke angeordnet sind und die Magnetleiste mit Permanentmagneten abwechselnd in Nord-Süd-Richtung bestückt ist.

Von automatischen Parkhäusern her sind Systeme bekannt, die auf der Basis von Digitaltechnik mit einer Vielzahl von miteinander vernetzten Microcomputern, im allgemeinen als Istwertrechner oder Sondenrechner bezeichnet, die Signale von schaltenden, d. h. digitalen Hallsonden auswerten und über ein Feldbussystem an einen Zentralrechner weiterschalten, der dann den Frequenzumrichter und die Positioniersteuerung über serielle Schnittstellen mit den notwendigen Signalen versorgt. Solche Systeme sind aber wegen ihrer Komplexität sehr aufwendig, umfangreich und störanfällig.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Steuerung und Positionserfassung für Förderanlagen mit Linear-Synchronmotoren- Antrieb zu entwickeln, die auf Basis von Analogtechnik mit erheblich geringerem technischen Aufwand als digitale Systeme arbeiten.

Zur Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, daß auf der Fahrbahn Sensorblöcke angeordnet werden. Die Sensorblöcke bestehen aus jeweils zwei analogen Hallsensoren, die im Abstand einer halben Polteilung der Magnetleiste montiert werden. Deren analoges Signal ist proportional zur magnetischen Induktion des von der Magnetleiste erzeugten Magnetfeldes. Die Magnetleiste wird mit Permanentmagneten abwechselnd in Nord-Süd Richtung bestückt, so daß der Versatz der Sensoren um eine halbe Polteilung die Abgabe von sinusförmigen und cosinusförmigen Signalen ermöglicht. Hinter den Hallsensoren werden ein Analogmultiplizierer sowie eine Resolverschnittstelle und ein Frequenzumrichter angeordnet. Damit werden die Analogsignale der Hallsensoren mit dem Trägersignal einer Resolverschnittstelle moduliert, so daß für die Resolverschnittstelle die gleichen Eingangssignale wie bei einem bekannten Resolver zur Verfügung stehen.

Der Abstand der Sensorblöcke ist kleiner als eine Länge der Magnetleiste des Förderwagens. Der Abstand der Hallsensoren zur Magnetleiste wird so gewählt, daß die Hallsensoren weder übersteuert noch deren Signale zu klein werden. Vorteilhaft ist ein Abstand von etwa 20 mm.

Erfindungsgemäß ist weiterhin, daß alle Sensorblöcke über jeweils ein Signalkabel mit dem Eingang eines Analogmultiplexers verbunden sind. Zur Verstärkung der Signale der Hallsensoren können elektronische Verstärker eingebaut werden.

Anhand der beigefügten Abbildung wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 den Aufbau der Steuerung.

Die Fahrbahn auf der sich die Förderwagen 1 bewegen, wird mit Sensorblöcken 4 ausgestattet. Die Sensorblöcke sind im Abstand kleiner als die Länge einer Magnetleiste 2 auf der Fahrbahn angebracht. Sie bestehen aus jeweils zwei analogen Hallsensoren, die im Abstand einer halben Polteilung auf der Magnetleiste 2 montiert werden. Diese geben ein analoges Signal, Spannung oder Strom, ab, welches proportional zur magnetischen Induktion des von der Magnetleiste erzeugten Magnetfeldes ist. Wenn sich der Förderwagen 1 und damit die dort angebrachte Magnetleiste 2 über den Sensorblock 4 bewegt, geben die Hallsensoren sinusförmige Signale ab und zwar deshalb, weil die Permanentmagnete auf der Magnetleiste 2 immer abwechselnd in Nord-Süd Ausrichtung angeordnet sind. Wegen des Versatzes des einen Sensors um eine halbe Polteilung ist das Signal dieses Sensors gegenüber dem anderen Signal um 90 Grad verschoben, d. h. dieser Sensor gibt ein Cosinus-Signal ab, wenn das Signal des ersten Sensors als Sinussignal bezeichnet wird. In den Sensorblöcken können elektronische Verstärker zur Verstärkung der Hallsensorensignale eingebaut werden.

Die Sensorblöcke 4 auf der Fahrbahn haben einen Abstand, der kleiner als die Länge einer Magnetleiste 2 des Förderwagens 1 ist. Damit ist gewährleistet, daß immer mindestens ein Sensorblock 4 von der Magnetleiste 2 des Förderwagens überdeckt ist, wenn sich der Förderwagen 1 bewegt.

Der Abstand der Hallsensoren zur Magnetleiste 2 ist so gewählt, daß die Hallsensoren weder übersteuert werden, noch daß deren Signale zu klein werden, 20 mm ist ein mittlerer Wert.

Die Signale aller Sensorblöcke 4 werden über jeweils ein Signalkabel auf die Eingänge eines Analogmultiplexers 5 gelegt. Dieser Analogmultiplexer 5 besteht im wesentlichen aus Analogschalter-IC (Integrierte Schaltkreise), welche über Digitalsignale ausgewählte Analogeingänge auf seine Analogausgänge schalten. Damit ist über Digitalsignale der Sensorblock 4 anwählbar, dessen Signale auf einen Frequenzumrichter 8 aufgeschaltet werden sollen.

Der Frequenzumrichter 8 ist ein Standardgerät mit Resolvereingang.

Beispielsweise sitzt bei einem Servomotor auf der Motorwelle ein Resolver, der die Pollage und Istposition des Rotors erfaßt und dessen Signale der Regelung des Frequenzumrichters über den Resolvereingang zugeführt werden. Die Signale werden mit einer Trägerfrequenz von ca. 4000 Hz als modulierte Sinus- und Cosinus-Signale zugeführt. Der Regler des Frequenzumrichters errechnet aus den Signalen am Resolvereingang die aktuelle Pollage zwecks Motorphasenkommutierung sowie (bei den meisten Geräten als Option) die Istposition der angetriebenen Maschine. Da die Resolvereingangssignale des Frequenzumrichters 8 mit dessen Trägerfrequenz moduliert sein müssen, sind zwischen den Ausgangasignalen des Analogmultiplexers 5 und den Resolver-Eingängen des Frequenzumrichters 8 noch analoge Multiplizierer 6 geschaltet, welche die vom Frequenzumrichter 8 als Ausgangssignale zur Verfügung gestellte Trägerfrequenz mit den Hallsensorsignalen moduliert. Der Frequenzumrichter 8 bekommt also die gleichen Eingangssignale wie von dem Resolver eines rotierenden Servomotors.

Die Ansteuerung des Analogmultiplexers 5 zur Sensorweiterschaltung erfolgt durch eine Steuerung. Diese kann ausgeführt werden als:

a) Speicherprogrammierbare Steuerung oder Teilfunktion einer SPS;
b) festverdrahtete Hardware-Steuerung, elektronische Steuerkarte;
c) Projektierbare optionale Teilfunktion des Umrichters, z. B. mit Ergänzungsbaugruppen;
d) Mischung aus a, b und oder c.

Die Steuerung überwacht die Sensorsignale auf Schwellwertüberschreitung und bildet so digitale "Sensor belegt"-Signale, mit welchen der Analogmultiplexer 5 angesteuert wird, um den jeweiligen belegten Sensor zum Frequenzumrichter 8 durchzuschalten.

Mit dieser Anordnung sind Steuerung und Positionserfassung der Förderwagen auf einer Förderanlage mit Linear-Synchronmotoren-Antrieb exakt und technisch zuverlässig zu betreiben.

Liste der verwendeten Bezugszeichen

1

Förderwagen

2

Magnetleiste

3

Linearantrieb (Statoren)

4

Sensorblöcke

5

Analogmultiplexer

6

Multiplizierer

7

Steuerung

8

Frequenzumrichter

Claims

1. Steuerung und Positionserfassung von Förderanlagen mit Linear- Synchronmotoren-Antrieb bestehend aus einer Fahrbahn mit Linearmotoren und sich darauf bewegenden Förderwagen, wobei auf der Fahrbahn im Abstand kleiner als die Länge einer Magnetleiste des Förderwagens Sensorblöcke angeordnet sind und die Magnetleiste mit Permanentmagneten abwechselnd in Nord-Süd- Richtung bestückt ist, dadurch gekennzeichnet, daß
die Sensorblöcke (4) jeweils aus zwei analogen Hallsensoren bestehen, welche einen Abstand einer halben Polteilung der Magnetleiste (2) aufweisen
und deren analoges Signal proportional zur magnetischen Induktion des von der Magnetleiste (2) erzeugten Magnetfeldes ist und der Versatz der Sensoren um eine halbe Polteilung die Abgabe von sinusförmigen und cosinusförmigen Signalen ermöglicht und hinter den Hallsensoren Analogmultiplizierer (6) sowie eine Resolverschnittstelle und ein Frequenzumrichter (8) angeordnet werden, so daß die Analogsignale der Hallsensoren mit dem Trägersignal einer Resolverschnittstelle moduliert werden und damit der Resolverschnittstelle solche Eingangssignale wie bei einem bekannten Resolver zur Verfügung stehen.

2. Steuerung und Positionserfassung von Förderanlagen mit Linear- Synchronmotoren-Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Hallsensoren zur Magnetleiste (2) etwa 20 mm beträgt, so daß die Hallsensoren weder übersteuert noch deren Signale zu klein werden.

3. Steuerung und Positionserfassung von Förderanlagen mit Linear- Synchronmotoren-Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor einem Analogmultiplexer (5) eine Steuerung (7) angeordnet ist, so daß der Analogmultiplexer (5) angesteuert wird, um den jeweiligen belegten Sensor zum Frequenzumrichter (8) durchzuschalten.

4. Steuerung und Positionserfassung von Förderanlagen mit Linear- Synchronmotoren-Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgangssignalen des Analogmultiplexers (5) und den Resolvereingängen des Frequenzumrichters (8) analoge Multiplizierer (6) geschaltet sind.