DE202013003262U1

DE202013003262U1 - Speed measuring module for the safety of drive axles of industrial machines

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Publication number: DE202013003262U1
Application number: DE202013003262U
Authority: DE
Original assignee: Reer SpA
Current assignee: Reer SpA
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2013-04-09
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2023-04-10
Also published as: ITTO20120136U1

Abstract

Mess- und Sicherheitsüberwachungsmodul für die Geschwindigkeit einer Antriebsachse (10) in einer industriellen Maschine, das zum Empfangen eines Geschwindigkeitseingangssignals von einem mit der Antriebsachse in Verbindung stehenden Kodierer (22) geeignet ist, und welches Ketten (CPU1, CPU2) zur redundanten Verarbeitung des Geschwindigkeitseingangssignals umfasst, welche zum Ausgeben von Alarmsignalen über entsprechende Ausgangskanäle (64, 66) geeignet sind, sobald das Geschwindigkeitseingangssignal von vorgegebenen Parametern abweicht, dadurch gekennzeichnet, dass es außerdem wenigstens eine von den Verarbeitungsketten abgeleitete Ausgangsstufe (72, 74, 76) umfasst, um auf Ausgangskanälen (78, 80) das Geschwindigkeitssignal gemäß einem digitalen Standard auszugeben.Measurement and safety monitoring module for the speed of a drive axle (10) in an industrial machine, which is suitable for receiving a speed input signal from an encoder connected to the drive axle (22), and which chains (CPU1, CPU2) for redundantly processing the speed input signal which are suitable for outputting alarm signals via corresponding output channels (64, 66) as soon as the speed input signal deviates from predetermined parameters, characterized in that it additionally comprises at least one output stage (72, 74, 76) derived from the processing chains Output channels (78, 80) to output the speed signal according to a digital standard.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein für Geschwindigkeitsmessung für die Sicherheit von Antriebsachsen industrieller Maschinen verbessertes Modul.The present invention relates to a module improved for speed measurement for the safety of drive axles of industrial machines.

In der Welt der industriellen Automatisierung ist es üblich, dass die Antriebsachsen von Werkzeugmaschinen durch programmierbare logische Steuergeräte (programmable logic controller, PLC) gesteuert, bevorzugt programmiert und gesteuert, werden. Für die Steuerung müssen PLCs ständig über die Geschwindigkeit der jeweiligen Antriebsachsen informiert sein, und sie empfangen hierzu Signale von Detektoren, wie Kodierer, Sensoren und Ähnlichem, welche analog oder digital ausgeführt sein können. Insbesondere verwendet man digitale Kodierer oder Nahfeldsensoren (Proximity-Sensoren), deren Ausgänge on-off von den PLCs ohne die Notwendigkeit einer Analog-Digital-Wandlung unmittelbarer verwendbar sind.In the world of industrial automation, it is common for the drive axes of machine tools to be controlled, preferably programmed and controlled, by programmable logic controllers (PLCs). For control purposes, PLCs must be constantly aware of the speed of the respective drive axes, and for this purpose they receive signals from detectors, such as encoders, sensors, and the like, which may be analog or digital. In particular, one uses digital encoders or proximity sensors (proximity sensors) whose outputs are directly usable on-off from the PLCs without the need for analog-to-digital conversion.

Parallel zur Arbeitssteuerung besteht heutzutage auch die Notwendigkeit, die Geschwindigkeit von Antriebsachsen, insbesondere von Elektromotoren, für den ausschließlichen Zweck der Unfallprävention zu überwachen. Um Gefahren für Personen abzuwenden, muss das Sicherheitssteuerungssystem sich ständig vergewissern, dass gewisse Bedingungen eingehalten werden, wie beispielsweise:

– dass die durch den Motor bewirkte Bewegung beendet ist, damit ein Arbeiter Zugang zu einem Bereich haben kann, welcher andernfalls von der Maschine abgedeckt ist (Überwachung der Geschwindigkeit Null oder zero-speed monitoring)
– dass die durch den Motor bewirkte Bewegung auf einer geringeren Geschwindigkeit mit einer gewissen Schwelle stattfindet, um den Zugang des Arbeiters für Wartung oder Ähnliches zu den nicht stillstehenden, jedoch mit einer sicheren Geschwindigkeit bewegten Bestandteilen der Maschine zu erlauben (maintenance speed monitoring)
– dass die Bewegung eine vorgegebene Geschwindigkeitsschwelle nicht überschreitet, jenseits der die Automatisierung gefährlich wird, z. B. aufgrund der Möglichkeit einer Zerstörung eines Bohrkopfes oder einer anderen Einrichtung, oder aus anderen unterschiedlichen Gründen (Überwachung von Übergeschwindigkeit oder overspeed monitoring)
– dass die Bewegung sich innerhalb eines vorgegebenen Bereiches mit einer oberen Schwelle und einer unteren Schwelle abspielt (speed range monitoring)
– dass die Bewegung andere Parameterarten berücksichtigt, wie Beschränkungen im Bereich Drehmoment (safety torque monitoring), Beschleunigung, Steigung, usw.

Parallel to the work control there is nowadays also the need to monitor the speed of drive axles, in particular of electric motors, for the exclusive purpose of accident prevention. To prevent danger to persons, the safety control system must constantly check that certain conditions are met, such as:

That the movement caused by the motor is completed, so that a worker can have access to an area that is otherwise covered by the machine (zero speed monitoring or zero-speed monitoring)
The movement effected by the motor takes place at a lower speed with a certain threshold in order to allow the worker's access for maintenance or the like to the non-stationary but with a safe speed moving parts of the machine (maintenance speed monitoring)
- That the movement does not exceed a predetermined speed threshold beyond which the automation is dangerous, z. Due to the possibility of destruction of a drill bit or other device, or for other different reasons (monitoring of overspeed or overspeed monitoring)
That the movement takes place within a predetermined range with an upper threshold and a lower threshold (speed range monitoring)
The movement takes into account other types of parameters, such as safety torque monitoring, acceleration, inclination, etc.

Alle besagten sowie weitere ähnliche Sicherheitsüberwachungsfunktionen werden mittels dafür vorgesehener Steuerungseinrichtungen durchgeführt, wobei sie standalone oder in komplexeren Systemen integriert sind, wobei jene Sicherheits-PLCs oder sicherheitsprogrammierbaren Treiber die gefährliche Bewegung der Maschine mittels dafür vorgesehener mit der Versorgung oder mit der Motorwelle direkt verbundener Ausgänge blockieren, sofern die eingestellten Parameter nicht eingehalten werden.All said and other similar safety monitoring functions are performed by dedicated controllers, being standalone or integrated into more complex systems, with those safety PLCs or safety programmable drivers blocking dangerous movement of the machine by means of dedicated outputs directly connected to the supply or to the motor shaft , if the set parameters are not adhered to.

Welche Lösung auch immer ausgewählt wird, sie wird auf alle Fälle von der Möglichkeit gekennzeichnet sein, wenigstens eine gewisse Anzahl an Parametern (Schwellen, Hysteresen...) einzustellen, sowie, da es sich um Sicherheitsanwendungen handelt, gekennzeichnet sein, wenigstens einigen von den durch Vorschriften auf dem Gebiet vorgesehenen Eigenschaften zu genügen (z. B. sichere Konstruktionslösungen und insbesondere die Zuweisung eines Performance Levels (PL) oder eine Safety Integrity Levels (SIL)).Whatever solution is chosen, it will in any case be characterized by the possibility of setting at least a certain number of parameters (thresholds, hystereses ...) and, since they are security applications, at least some of them to comply with regulatory requirements in the field (eg safe design solutions and in particular the allocation of a Performance Level (PL) or a Safety Integrity Level (SIL)).

Für die hier genannte Sicherheitsüberwachung von Antriebsachsen hat man bisher unterschiedliche Techniken benutzt, darunter:

– Messung der inversen elektromotorischen Kraft, welche vom elektrischen Motor erzeugt wird, wenn er sich, obwohl nicht weiter gespeist, weiter dreht;
– Nahfeldsensoren, beispielsweise induktive, die mit dem Motor zum Erzeugen von Rechtecksignalen mit einer zur Geschwindigkeit proportionalen Frequenz verknüpft sind;
– digitale Kodierer, die mit der Motorwelle fest verbunden sind, auch in diesem Fall mit Aussendung eines Rechtecksignals mit einer zur Geschwindigkeit der Bewegung proportionalen Frequenz: die verwendeten Kodierer antworten gewöhnlich auf dem TTL (oder line driver) oder HTL (oder push-pull) Standard;
– analoger Sinus-/Cosinus-Kodierer, welcher zwei sinusförmige Signale auf zwei getrennten Ausgängen ausgibt, die zueinander um 90° phasenverschoben sind, auch hier mit einer zur überwachenden Geschwindigkeit proportionalen Frequenz.

For the safety monitoring of drive axles mentioned here, different techniques have hitherto been used, including:

Measurement of the inverse electromotive force, which is generated by the electric motor when it continues to rotate, although not fed further;
Near-field sensors, for example inductive, which are linked to the motor for generating square-wave signals with a frequency proportional to the speed;
Digital encoders fixed to the motor shaft, also in this case emitting a square wave signal with a frequency proportional to the speed of movement: the encoders used usually respond to the TTL (or line driver) or HTL (or push-pull) Default;
- Analog sine / cosine encoder which outputs two sinusoidal signals on two separate outputs, which are phase-shifted by 90 ° to each other, again with a frequency proportional to the monitoring speed.

Der Sinus-/Cosinus-Kodierer erlaubt das höchste Sicherheitsniveau in der Sicherheitsüberwachung für die Geschwindigkeit zu erreichen, da aufgrund der bekannten quadratischen Beziehung zwischen den beiden Signalen (sin²X + cos²X = 1), das Auswertungsmodul des Systems die beiden Hardwareausgänge ”Sinus” und ”Cosinus” in jeder Winkelposition, in der sich der Kodierer befindet, in Beziehung setzen kann, mit dem wesentlichen Vorteil, dass beide Ausgänge niemals gleichzeitig Null sein können. Daher kann man, indem man adäquate Realisierungsmaßnahmen sowohl für den Sinus-/Cosinus-Kodierer als auch für das elektronische Auswertungsmodul vorsieht, um gewisse Arten von gefährlichen Störfällen zu vermeiden, das höchste Maß an funktionaler Sicherheit erreichen, das für die industrielle Automatisierung vorgesehen ist (PL und/oder SIL₃), indem man einfach einen einzigen Kodierer benutzt, und folglich mit einem enormen ökonomischen Vorteil.The sine / cosine encoder allows to achieve the highest level of safety in the safety monitoring of the speed, because due to the known quadratic relationship between the two signals (sin ² X + cos ² X = 1), the evaluation module of the system the two hardware outputs " Sine "and" cosine "in each angular position in which the encoder is located, with the significant advantage that both outputs can never be zero simultaneously. Therefore one can, by getting adequate Implementation measures for both the sine / cosine encoder and the electronic evaluation module to avoid certain types of hazardous incidents that achieve the highest level of functional safety required for industrial automation (PL and / or SIL ₃ ) by simply using a single encoder, and therefore with a huge economic advantage.

Auch bilden die Kodierer mit digitalem Ausgang, wobei die Kodierer für den bereits erwähnten TTL und HTL Standard geeignet sind, gewöhnlich unterschiedliche Hardwaresignale, die im Ausgang voneinander getrennt sind, die in der Praxis als ”a” und ”nicht a” und ”b” und ”nicht b” definiert sind, wobei ”b” bezügliche dem ”a” um 90° phasenverschoben ist. Alles in allem steht aufgrund der Natur dieser Signale die Bedingung, dass immer wenigstens ein Signal mit einem Wert unterschiedlich von Null existiert, wie es beispielsweise im Sinus-/Cosinus-Kodierer der Fall ist, nicht in jeder Situation fest.Also, the digital output coders, which are suitable for the TTL and HTL standard already mentioned, usually form different hardware signals which are separated in output, which in practice are referred to as "a" and "not a" and "b". and "not b" are defined, where "b" is 90 degrees out of phase with respect to "a". All in all, due to the nature of these signals, the condition that at least one signal always exists with a value other than zero, as in the sine / cosine encoder for example, is not fixed in every situation.

Infolgedessen kann man viele der Hauptstörfälle, die für die Sicherheitsüberwachung der Geschwindigkeit mit Hilfe des Kodierers in Betracht gezogen werden müssten, nicht einfach ausschließen, und zwar jene, bei denen von beiden Leitungen ein Signal gleich Null kommt, während in Wirklichkeit der Motor sich dreht. Dieser Umstand kann beispielsweise im Falle des Entkoppelns der Drähte und des Leitungsabfalles am Kodierer, usw. eintreten, während der Motor still steht mit einem darauffolgenden Neustart des nicht mehr überwachten Motors.As a result, one can not easily rule out many of the major accidents that would need to be considered for speed safety monitoring using the encoder, namely those in which a zero signal comes from both lines, while in reality the motor is rotating. This circumstance may occur, for example, in the case of decoupling of the wires and the line drop at the encoder, etc., while the motor is stationary with a subsequent restart of the unsupervised motor.

Wenn einer dieser Störfälle eintreten würde, könnte hingegen mit dem Sinus/Cosinus-Kodierer das Geschwindigkeits-Sicherheitsüberwachungssystem, das beide Signale auf Null sieht, in Echtzeit die Fehlfunktion erkennen und somit die gefährliche Bewegung blockieren.On the other hand, if one of these incidents were to occur, the Sine / Cosine Encoder would allow the Speed Surveillance System, which sees both signals to zero, to detect the malfunction in real time and thus block the dangerous movement.

Es gibt daher einen Vorteil in der Verwendung eines Sinus-/Cosinus-Kodierers für die Sicherheitsmessung der Geschwindigkeit, da ein einziger Kodierer PL und/oder SIL₃ erreichen kann. Für die TTL und HTL Kodierer schreiben die Vorschriften und die Praxis hingegen vor, dass wenigstens zwei davon verwendet werden müssen, welche koaxial mit der einzigen Motorwelle verbunden sind, die man überwachen muss. Obwohl die Anwendung des Sinus-/Cosinus-Kodierers vorteilhaft zu sein scheint, sind in der Praxis im Bereich der industriellen Automatisierung die TTL und HTL Standards am weitesten verbreitet, da sie einerseits am ökonomischsten sind und andererseits das Auslesen des Signals mittels der Automatisierungs-PLCs erleichtern, ohne dass weitere Eingangsmodule für die Leitung analoger Signale notwendig sind, wie beispielsweise jener des Sinus-/Cosinus-Kodierers.There is therefore an advantage in using a sine / cosine encoder for speed safety measurement because a single encoder can achieve PL and / or SIL ₃ . For the TTL and HTL encoders, however, the regulations and practice dictate that at least two of them be used, which are coaxially connected to the only motor shaft that needs to be monitored. Although the application of the sine / cosine encoder seems to be advantageous, in practice in the field of industrial automation, the TTL and HTL standards are most prevalent, since on the one hand they are most economical and on the other hand the signal is read out by means of the automation PLCs facilitate, without further input modules for the conduction of analog signals are necessary, such as that of the sine / cosine encoder.

Wenn man am Kodierer eine Sicherheitssteuerung getrennt von dem die Bewegung steuernden Automatisierungs-PLC anbringt, so kommt es vor, dass man einen Signalteiler benutzen muss, um das Ausgangssignal vom Kodierer sowohl an das Modul als auch an den PLC zu leiten. Betrachtet man die typischen Charakteristiken des Kodierersignals (hohe Frequenzen, geringe Intensität, Impedanzen, usw.), so wird jener Teiler kein einfaches, kostengünstiger Gegenstand sein, sondern es wird sich normalerweise viel mehr um einen teuren Gegenstand handeln, der abgeschirmte Kabel, Optokoppler sowie weitere Maßnahmen umfasst, um die Qualität des Signals für beide Bestimmungen zu erhalten.When attaching a safety controller to the encoder separate from the motion controlling automation PLC, it happens that one must use a signal divider to route the output from the encoder to both the module and the PLC. Considering the typical characteristics of the encoder signal (high frequencies, low intensity, impedances, etc.), that divider will not be a simple, inexpensive item, but will normally be much more of an expensive item, the shielded cables, opto-couplers as well includes further measures to maintain the quality of the signal for both determinations.

Folglich findet sich ein Planer beim Ausrüsten eines Steuerungssystems für eine industrielle Maschine in der Notwendigkeit, unterschiedliche separate Einheiten anzuordnen, wie einen Analog/Digital-Wandler, Zweikanalsicherheitssteuerung, Signalteiler, PLC, häufig die Installation von wenigstens zwei unterschiedlichen digitalen und analogen Kodierern, mit dem Resultat, dass die gesamte Anordnung kompliziert, teuer und platzraubend ist.Thus, when providing a control system for an industrial machine, a designer finds it necessary to arrange different separate units, such as an analog-to-digital converter, two-channel safety controller, signal splitter, PLC, often installing at least two different digital and analog encoders Result that the entire arrangement is complicated, expensive and space consuming.

Die Erfindung hat nun das Ziel, ein Mess- und Sicherheitsüberwachungsmodul für die Geschwindigkeit eines Motors einer industriellen Maschine mit einem Sinus-/Cosinus-Kodierer zu verwirklichen, welcher geeignet ist, auch einen PLC für eine Arbeitssteuerung des Motors zu steueren, und welcher einerseits keine Vielzahl von Kodierern verlangt und andererseits die Notwendigkeit von Analog/Digital-Wandlern und separaten Signalteilern vermeidet, und so die Zusammensetzung der Anlage vereinfacht und die Kosten neben einer kompakten Bauweise reduziert.The invention now has the aim of realizing a measuring and safety monitoring module for the speed of an engine of an industrial machine with a sine / cosine encoder, which is suitable to control a PLC for a work control of the engine, and which on the one hand no On the other hand, it eliminates the need for analog-to-digital converters and separate signal dividers, thereby simplifying the composition of the equipment and reducing costs in addition to a compact design.

Jenes Ziel wird durch die Erfindung zusammen mit anderen Zielen und Vorteilen, die aus der folgenden Beschreibung ersichtlich werden, mit einem Mess- und Sicherheitsüberwachungsmodul für die Geschwindigkeit eines Motors in einer industriellen Maschine erreicht, welches die in dem Anspruch 1 dargelegten Merkmale aufweist. Die untergeordneten Ansprüche definieren weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung.That object is achieved by the invention together with other objects and advantages that will become apparent from the following description with a measurement and safety monitoring module for the speed of a motor in an industrial machine having the features set out in claim 1. The subordinate claims define further advantageous features of the invention.

Es werden einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung in Hinblick auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:Some preferred embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings, in which:

1 ein Blockdiagramm eines Systems zur Arbeitssteuerung und Sicherheitssteuerung eines Motors gemäß dem Stand der Technik ist; 1 a block diagram of a system for work control and safety control of a motor according to the prior art;

2 ein Blockdiagramm eines zu 1 alternativen Systems zur Arbeitssteuerung und zur Sicherheitssteuerung eines Motors ebenso gemäß dem Stand der Technik ist; 2 a block diagram of an 1 alternative system for work control and safety control of an engine also according to the prior art;

3 ein Blockschaltbild eines Sicherheitsmoduls gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist; 3 a block diagram of a security module according to the preferred embodiment of the invention;

4 ein Blockdiagramm eines Systems ähnlich dem in 2 ist, welches jedoch ein Sicherheitsmodul gemäß der 3 aufgenommen hat; 4 a block diagram of a system similar to the one in 2 is, however, a security module according to the 3 has taken up;

5 eine perspektivische Darstellung einer modularen Einheit, welche dazu ausgebildet ist, ein Sicherheitsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung aufzunehmen; und 5 a perspective view of a modular unit, which is adapted to receive a security module according to the present invention; and

6 eine perspektivische Darstellung einer weiteren, zweifach modularen Einheit, welche dazu geeignet ist, zwei Sicherheitsmodule gemäß der vorliegenden Erfindung aufzunehmen. 6 a perspective view of another, two-modular unit, which is adapted to receive two security modules according to the present invention.

1 stellt schematisch eine industrielle Bewegungseinrichtung gemäß dem Stand der Technik dar. In der Figur wird ein Motor 10, welcher beispielsweise einen Elektromotor mit einem Inverter zur Versorgung umfasst, durch einen PLC 12, bevorzugt in einer an sich bekannten Weise programmiert, über einer oder mehreren, mit Bezugszeichen 14 indizierten Steuerleitungen gesteuert. Um die gegenwärtige Geschwindigkeit der Antriebsachse zu kennen, empfängt der PLC 12 von einem digitalen Kodierer 18 ein Rechtecksignal auf einer Eingangsleitung 16, welcher mit der Achse des Motors 10 verknüpft ist. 1 Fig. 12 schematically illustrates an industrial moving device according to the prior art. In the figure, a motor 10 which comprises, for example, an electric motor with an inverter for supply, by a PLC 12 , preferably programmed in a manner known per se, via one or more, with reference numerals 14 controlled indexed control lines. To know the current speed of the drive axle, the PLC receives 12 from a digital coder 18 a square wave signal on an input line 16 , which with the axis of the engine 10 is linked.

Sofern verlangt wird, dass die Bewegungseinrichtung mit Unfallschutz ausgestattet ist, umfasst die Einrichtung der 1 gemäß dem Stand der Technik auch ein Sicherheitssteuerungsmodul (SAFE) 20, welches dazu ausgebildet ist, die Geschwindigkeit des Motors zu überwachen und ein Alarmsignal auszusenden, wenn jene Geschwindigkeit von vorgegebenen Parametern abweicht, z. B. wenn die Geschwindigkeit überhöht ist, oder wenn im Zustand des Stillstandes die resultierende Geschwindigkeit von Null verschieden ist, oder wenn sie hingegen Null ist, wenn vorgesehen ist, dass sich die Maschine in Bewegung befindet. Das Modul SAFE umfasst typischerweise zwei Verarbeitungketten (nicht dargestellt), welche im Zuge der Redundanz das gleiche Signal parallel überwachen, und welche während der Verarbeitung wechselseitige Informationen für eine wechselseitige Steuerung austauschen. Für das Modul SAFE ist das Geschwindigkeitssignal ein analoges Sinus/Cosinus-Signal, das von einem analogen Kodierer 22 erzeugt wird und das am Modul SAFE 20 über eine oder mehrere Eingangsleitungen 24 ankommt. Das Alarmsignal wird vom Modul SAFE auf einer oder mehreren Leitungen 26 ausgegeben, welche einerseits einen Arbeiter in Alarmzustand versetzen können, andererseits den Motor 10 zum Stillstand bringen können.If it is required that the movement device is equipped with accident protection, the device includes the 1 according to the prior art also a safety control module (SAFE) 20 which is adapted to monitor the speed of the motor and to emit an alarm signal when that speed deviates from predetermined parameters, e.g. For example, when the speed is excessive, or when the resulting speed is nonzero in the standstill state, or when it is zero, when the machine is intended to be in motion. The SAFE module typically includes two processing chains (not shown) which, in the course of redundancy, monitor the same signal in parallel, and which exchange mutual information for mutual control during processing. For the SAFE module, the speed signal is an analog sine / cosine signal produced by an analog encoder 22 is generated and the module SAFE 20 via one or more input lines 24 arrives. The alarm signal is issued by the SAFE module on one or more lines 26 issued, which can put a worker on the one hand on the alert, on the other hand, the engine 10 can bring to a standstill.

Aus 1 ist ersichtlich, dass die der herkömmlichen Arbeitssteuerung 12, 14, 16, 18 zusätzlich hinzugefügte Sicherheitssteuerung 20, 22, 24, 26 neben der Installation der SAFE Module als solche auch die Installation der Kodierer 22 mit sich bringt.Out 1 It can be seen that the conventional work control 12 . 14 . 16 . 18 additionally added safety control 20 . 22 . 24 . 26 Besides the installation of the SAFE modules as such also the installation of the encoders 22 brings with it.

Um die Verdopplung der Kodierer zu vermeiden, sieht der Stand der Technik eine wie in 3 dargestellte Lösung vor, wenn man einen einzigen analogen Kodierer für beide Steuerungen verwenden möchte und wenn man den digitalen Kodierer eliminieren möchte, wobei hier ein Quadrierer 28 zum Umwandeln des Sinus-/Cosinus-Signals in ein Rechtecksignal sowie ein Teiler 30 zum Weiterleiten des Signals des analogen Kodierers 22 an das Modul SAFE 20 über die Leitung 31 und zum Quadrierer 28 über die Leitung 33 notwendig ist. Die Lösung ist folglich kompliziert und aufwendig.In order to avoid the doubling of the coder, the prior art sees one as in 3 presented solution, if you want to use a single analog encoder for both controls and if you want to eliminate the digital encoder, here is a squarer 28 for converting the sine / cosine signal into a square wave signal and a divider 30 for forwarding the signal of the analog encoder 22 to the module SAFE 20 over the line 31 and to the squarer 28 over the line 33 necessary is. The solution is therefore complicated and expensive.

Um die oben beschriebenen Nachteile zu überwinden sieht die vorliegende Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsweise vor, ein Sicherheitsmodul gemäß dem Schaltkreisschema der 3 zu verwirklichen. Es umfasst eine doppelte Eingangsstufe 40, mit dem zwei Differenz-Leitungen 42, 44 verbunden sind, welche von einem herkömmlichen analogen, nicht dargestellten, Kodierer stammen, um entsprechende sinusförmige Signale in Rechtecksignale umzuwandeln (sin und cos). Der Eingang 40 wird aus zwei Differenzempfängern 46, 48 gebildet, denen jeweilige Quadrierer 50, 52 und Optokoppler 54, 56 folgen, welche jeweilige Digitalleitungen 58, 60 steuern können, auf denen folglich entsprechende identische Rechtecksignale erscheinen, die zueinander um 90° phasenverschoben sind.In order to overcome the disadvantages described above, the present invention provides in a preferred embodiment, a safety module according to the circuit diagram of 3 to realize. It includes a double input stage 40 , with the two difference lines 42 . 44 which originate from a conventional analogue, not shown, encoder to convert corresponding sinusoidal signals into square wave signals (sin and cos). The entrance 40 becomes from two differential receivers 46 . 48 formed, which respective squarers 50 . 52 and optocouplers 54 . 56 follow which particular digital lines 58 . 60 can thus control, on which consequently corresponding identical rectangular signals appear, which are phase-shifted by 90 ° to each other.

Die Leitungen 58, 60 sind zu den jeweiligen Mikroprozessoren CPU₁, CPU₂ hin aufgeteilt, welche eine an den Rechtecksignalen redundante Überwachung durchführen, wie auf dem technischen Gebiet bereits bekannt ist. Außerdem kommunizieren die beiden Mikroprozessoren untereinander über eine wechselseitige Verbindung 62 zur gegenseitigen Überwachung, wie bereits auf dem technischen Gebiet bekannt ist, und bilden ihre redundanten Ausgangssignale auf den Leitungen 64, 66.The wires 58 . 60 are divided into respective microprocessors CPU ₁ , CPU ₂ which perform redundant monitoring on the square wave signals, as already known in the art. In addition, the two microprocessors communicate with each other via a mutual connection 62 for mutual monitoring, as is already known in the technical field, and form their redundant output signals on the lines 64 . 66 ,

Von den Ausgangsleitungen 58, 60 der doppelten Eingangsstufe 40 sind außerdem Leitungen 68, 70 zu einer Ausgangsstufe 71 hin abgeleitet, wo sie über jeweilige Optokoppler 72, 74 die Eingänge eines TTL Treibers 76 steuern, der auf den beiden Leitungen 78, 80 außerhalb des Moduls identische Rechtecksignaline A und B bildet, die zueinander um 90° phasenverschoben sind.From the output lines 58 . 60 the double entrance level 40 are also cables 68 . 70 to an output stage 71 derived from where they have respective optocouplers 72 . 74 the inputs of a TTL driver 76 control that on the two wires 78 . 80 forms outwardly of the module identical square wave signals A and B, which are phase-shifted by 90 ° with respect to each other.

Das Sicherheitsmodul der 3 kann somit installiert sein, um ein wie in 4 dargestelltes System zu erhalten, wo das Modul SAFE der Erfindung nicht nur die Eliminierung des digitalen Kodierers 18 der 1 ermöglicht sondern auch den Teiler 30 und den Quadrierer 28 in der 2 mit bemerkenswerten Einsparungen an Kosten.The security module of 3 can thus be installed to a like in 4 the system SAFE of the invention not only the elimination of the digital encoder 18 of the 1 allows but also the divider 30 and the squarer 28 in the 2 with remarkable savings in costs.

Darüber hinaus bleibt zu beobachten, dass das Modul zur Sicherheitsüberwachung der Geschwindigkeit, insbesondere die zusätzlichen Leitungen, keine zusätzlichen Kosten mit sich bringen. In der Tat muss es naturgemäß Komponenten, wie Optokoppler, Dämpfer, LC-Schaltkreise als Filter, beinhalten, um das in Richtung des PLC ausgesendet Kodierer Signal problemlos verwertbar zu machen. So kann man überflüssige Redundanzen im Bereich der Hardware vermeiden, indem man die gemeinsam im Modul vorhandenen Hardwarekomponenten vollständig auch für jene Zwecke ausnutzt, für die der Stand der Technik bisher zusätzliche, kostenintensive externe Komponenten einsetzen musste.In addition, it remains to be observed that the module for monitoring the safety of the speed, in particular the additional lines, entail no additional costs. In fact, it must naturally incorporate components such as optocouplers, dampers, LC circuits as filters to make the signal sent to the PLC easy to exploit. So you can avoid redundant redundancies in the hardware, by fully exploiting the common in the module hardware components for those purposes for which the state of the art previously had to use additional, costly external components.

In der praktischen Ausführung kann die Sicherheitssteuerung der vorliegenden Erfindung vorzugsweise in einer gemäß der in 5 dargestellten modularen Einheit für die Steuerung der Antriebsachse aufgenommen sein, um eine Antriebsachse zu steuern, wo die Differenz-Eingangsleitungen 42, 44 und die TTL Ausgangsleitungen 78, 80 der 3 mit jeweiligen konventionellen mehrpoligen Steckern 90, 92, die vorzugsweise von der Art RJ45 sind und weitgehend im technischen Gebiet standardisiert sind, verknüpft sind. Wie in 6 dargestellt, kann die modulare Einheit der 5 aber auch in zweifacher Ausführung realisiert sein, um zwei Module gemäß der 3 mit einer Gesamtanzahl von vier Steckern aufzunehmen, falls zwei Motorachsen gesteuert werden müssen.In practice, the safety control of the present invention may preferably be implemented in accordance with the method described in 5 be taken to control a drive axle, where the differential input lines 42 . 44 and the TTL output lines 78 . 80 of the 3 with respective conventional multipole connectors 90 . 92 , which are preferably of the type RJ45 and are largely standardized in the technical field, are linked. As in 6 shown, the modular unit of 5 but also be realized in duplicate to two modules according to the 3 with a total of four plugs, if two motor axes need to be controlled.

Es bleibt festzustellen, dass zur Vereinfachung die in der Beschreibung erwähnten Leitungen als einzelne in den 1, 2 und 4 dargestellt sind, diese in der Realität in vielen Fällen jedoch häufig aus einer Gruppe mehrerer kohärenter Leitungen bestehen, und dass dieselbe Anmerkung auch für die entsprechenden Signale auf den jeweiligen Leitung gilt. So stellt die Leitung 26 in der 4 symbolisch die beiden Leitungen 64, 66 in der 3 und die entsprechenden Signale dar. Ebenso impliziert das Sinus-/Cosinus-Signal zwei voneinander getrennte Pfade für die beiden Wellenformen. Übrigens sind die Bezeichnungen ”Leitung” und ”Signal” sowohl in der Beschreibung als auch in den Ansprüchen so zu interpretieren, wie sie für den Fachmann auf dem technischen Gebiet als offensichtlich erscheinen.It should be noted that, for simplicity, the lines mentioned in the description as individual in the 1 . 2 and 4 In many cases, however, these are often composed of a group of several coherent lines, and the same remark also applies to the corresponding signals on the respective line. This is how the line represents 26 in the 4 symbolically the two lines 64 . 66 in the 3 and the corresponding signals. Also, the sine / cosine signal implies two separate paths for the two waveforms. Incidentally, the terms "lead" and "signal" in the specification as well as in the claims are to be interpreted as appearing obvious to those skilled in the art.

Die in 4 dargestellte bevorzugte Ausführungsform des Moduls ist natürlicherweise Modifizierungen und Abwandlungen innerhalb des Umfangs des erfinderischen Konzepts zugänglich. Beispielsweise könnte der TTL Treiber 76 durch einen HTL Treiber ersetzt sein, oder beide Treiber könnten im selben Modul vorhanden sein, um der Umgebung ein Signal in beiden Standards verfügbar zu machen, um unterschiedlichen Anforderungen zu genügen. Ferner ist eine Sicherheitsmodulvariante möglich, welche dazu bestimmt ist, mit einem digitalen oder mit einem analogen Kodierer (natürlicherweise nur im Falle, dass ein niedrigeres Sicherheitsmodul erwünscht ist) zu funktionieren, und in diesem Fall ist das Modul nicht mit Quadrierern 50, 52 der 3 vorgesehen, wobei die Funktion des Signalteilers noch vorhanden wäre. Diese und weitere Varianten, die dasselbe innovative Konzept verwirklichen, sind im Umfang der Erfindung als enthaltend betrachtet.In the 4 The illustrated preferred embodiment of the module is naturally susceptible to modifications and variations within the scope of the inventive concept. For example, the TTL driver might be 76 be replaced by an HTL driver, or both drivers could be present in the same module to make the environment a signal in both standards available to meet different requirements. Further, a security module variant is provided which is designed to work with a digital or analog encoder (naturally only in case a lower security module is desired), and in this case the module is not with squarers 50 . 52 of the 3 provided, the function of the signal divider would still exist. These and other variants, which realize the same innovative concept, are considered to be included within the scope of the invention.

Claims

Measuring and safety monitoring module for the speed of a drive axle ( 10 ) in an industrial machine adapted to receive a speed input signal from an encoder ( 22 ), and which comprises chains (CPU ₁ , CPU ₂ ) for redundantly processing the speed input signal, which is used to output alarm signals via corresponding output channels ( 64 . 66 ), as soon as the speed input signal deviates from predetermined parameters, characterized in that it also comprises at least one output stage derived from the processing chains ( 72 . 74 . 76 ) on output channels ( 78 . 80 ) output the speed signal according to a digital standard.

Module according to Claim 1, characterized in that the speed signal is inputted from an analogue encoder ( 22 ) is analogous sine / cosine signal, and the module is squarer ( 50 . 52 ) in order to convert the speed signal into square signals, the output stage ( 72 . 74 . 76 ) is controlled by the squarers.

Module according to claim 1 or 2, characterized in that the digital standard is the TTL standard.

Module according to claim 1 or 2, characterized in that the digital standard is the HTL standard.

Module according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the redundant processing chains comprise two microprocessors (CPU ₁ , CPU ₂ ) programmed as communicating with one another.

Module according to claim 1, characterized in that the speed input signal is a square wave signal generated by a digital coder.

Modular unit for industrial electronic circuits, comprising at least one pair of multipolar connectors ( 90 . 92 ), which accommodates a module according to one of claims 1 to 6, in which the input of the speed signal ( 42 . 44 ) is associated with a first one of the multi-pin connectors, and the output of the speed signal of the drive axle ( 78 . 80 ) is linked to a second multi-pin connector.

Modular unit according to Claim 7, characterized by the inclusion of a further module according to one of Claims 1 to 6, in which the input and output are linked to a further pair of multipole connectors.

Modular unit according to Claim 7 or 8, characterized in that the multipolar connectors are of the RJ45 type.