DE3424246A1

DE3424246A1 - Verfahren zur ueberwachung eines antriebssystems

Info

Publication number: DE3424246A1
Application number: DE19843424246
Authority: DE
Inventors: Peter 6800 Mannheim Bufe; Karl-Ludwig Dipl.-Ing. 6905 Schriesheim Eiffert
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1984-06-30
Filing date: 1984-06-30
Publication date: 1986-01-09
Anticipated expiration: 2004-07-01
Also published as: DE3424246C2

Description

Verfahren zur Überwachung eines Antriebssystems
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Antriebssystems, enthaltend einen Antriebsmotor mit einem Positionssensor, einem Lageregler, dem ein Positionssollsignal und'das Signal des Positionssensors zugeführt wird zur Erzeugung eines den Motor steuernden Stellsignals, und ein Monitorsystem.
Antriebssysteme der genannten Art dienen beispielsweise der Erzeugung des Bewegungsablaufs bei Werkzeugmaschinen.
Hierbei wird eine hohe Positionsgenauigkeit und eine große Verstellgeschwindigkeit gefordert. Aus der EP-A 54 935 ist ein solches System bekannt. Zur Einhaltung der geforderten Genauigkeit ist ein Monitorsystem, d. h. eine Überwachungseinrichtung vorgesehen, die den Einlauf des Motors in die Nullstellung sensiert und eine Abweichung anzeigt bzw. korrigiert. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei Antriebssystemen, die eine hohe Funktionssicherheit aufweisen müssen, diese Art der Überwachung nicht ausreicht. Insbesondere bei Systemen, die zur Verstellung von Auftriebsflächen bei Luftfahrzeugen dienen, wird eine Zuverlässigkeit gefordert, die mit der üblichen Positionsüberwachung nicht erreicht werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Überwachung eines Antriebssystems zu schaffen, das eine hohe Zuverlässigkeit gewährleistet und evtl. auftretende Fehler zugeordnet anzeigt.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die im Antriebssystem enthaltenen Komponenten mittels des Monitorsystems einem Plausibilitätstest unterworfen werden und bei Nichteinhaltung bestimmter festgelegter Bedingungen Fehlersignale erzeugt werden.
Der Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein Fehler sich nicht unbedingt sofort durch eine Positionsabweichung bemerkbar macht. Daher ist es vorteilhaft, kontinui erl ich oder zyklisch die Komponenten einzeln zu überwachen derart, daß ein von der Norm oder von festgelegten Grenzen abweichendes Verhalten sensiert und durch eine Fehlermeldung angezeigt wird. Weiterbildungsgemäß wird vorgeschlagen, das Fehlersignal bzw. die Fehlermeldung zum Blockieren oder zum Erzeugen einer Stellbewegung in eine abgesicherte Stellung, z.B. in eine Endstellung, zu verwenden.
Zur Erkennung eines Defekts des Lagereglers wird weiterbildungsgemäß vorgeschlagen einen weiteren Lageregler anzuordnen, dem die gleichen Eingangssignale zugeführt werden, um durch Vergleich der Ausgangssignale der beiden Lageregler ein fehlerbehaftetes Ausgangssignal festzustellen.
Eine weitere Uberwachung ist in einer Ausgestaltung der Erfindung durch den Vergleich der Motorbewegung mit der daraus resultierenden Stellbewegung vorgesehen. Dazu wird die Motorbewegung aus dem ai Motor zugeordneten Drehzahl sensor oder aus den Kommutierungssignalen abgeleitet.
Sollte der die Stellbewegung sensierende, beispielsweise analog arbeitende, Positionssensor ein Signal erzeugen das außerhalb der in den Endstellungen gebildeten Signal -spannungen liegt, so kann dieser Fehler durch eine Sensorbereichüberwachung erkannt werden, d.h., liegt die Sensorspannung außerhalb festgelegter Werte, wird ein Fehlersignal erzeugt. Andere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind beispielsweise die Sensierung der Motortemperatur, die Überwachung des Motorstillstandes bei nicht erfolgter Ansteuerung, die Erkennung einer falschen Laufrichtung und bei Anwendung einer Feststellbremse deren ordnungsgemäße Funktionen wie Lösung oder Erzeugen einer ausreichenden Haltekraft.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 die Gesamtschaltung zur Überwachung der Komponenten eines Antriebssystems, Fig. 2 in einer Detaildarstellung die Sensorbereichs-und Lageregl erüberwachung, Fig. 2a in einer Detaildarstellung die Stellsignalüberwachung, Fig. 3 in einer Detaildarstellung die Kommutierungssignal- und Drehrichtungssignalüberwachung, Fig. 4 in einer Detaildarstellung die Temperaturüberwachung, Fig. 5 in einer Detaildarstellung die Drehüberwachung Fig. 6 in einer Detaildarstellung die Richtungsüberwachung, Fig. 7 u. 8 in einer Detaildarstellung die Feststellbremsüberwachung, Fig. 9 in einer Detaildarstellung die Überwachung der Taktfrequenz.
Die mit Fig. 1 bezeichnete Gesamtschaltung zeigt die Signalbildung der einzelnen Komponenten eines Antriebssystems, wie Positionssensor 1, dessen Signal Sp die Position des Stellglieds darstellt und das einer Bereichsüberwachungseinheit 2 und als Istsignal einem Lageregler 3 zugeführt wird. Die Bereichsüberwachungseinheit erzeugt bei Bereichsüberschreitung ein Fehlersignal Fg, der Lageregler 3 neben dem Stellsignal A q , welches dem Motor zugeführt wird, ein Reglerabweichungssignal FL. Zur Sensierung der Motordrehrichtung R/L und dem tatsächlich zurückgelegten Weg f ist ein Sensorelement 4 vorgesehen.
Die Ausgangssignale dieses Sensorelements 4 werden mit dem Vorzeichen der Regelabweichung (sign a ç ) zur Drehrich-tungsüberprüfung und mit dem Positionssignal Sp zur Überprüfung der ordnungsgemäßen Übertragung der Motordrehung auf das Stellglied in der Überwachungsschaltung 5 verknüpft und ein Fehlersignal FD gebildet.
Mittels in den Motorwicklungen angeordneten Temperaturfühlern 6 wird die Motortemperatur gemessen und einer Temperaturüberwachung 7 zugeführt. Bei Überschreitung einer Maximaltemperatur erzeugt die Überwachung 7 ein Fehlersignal Fv. Es wird zusätzlich eine Vorwarnung TW erzeugt.
Die mit Codierscheibe und Lichtschranken gebildeten Kommutierungssignale der Kommutierungsschaltung 8 werden mit der Kommutierungsüberwachung 9 auf Plausibilität überprüft. Ein Fehler erzeugt ein Signal FO, das in einer OR-Schaltung mit den anderen Fehlersignalen ein gemeinsames Fehlersignal F bildet.
Die Kommutierungssignale bzw. das Signal wenigstens eines Sensors und das Signal Q f werden einer Verknüpfungsschaltung 10 zugeführt zur Erzeugung eines Fehlersignals FR bei ankommenden K*ommutierungssignalen, ohne das Vorhandensein eines Signals A ç .
Eine Blockierüberwachung 11, der das Signal zum Lösen der Feststellbremse 12 und das Drehzahl signal des Motors zugeführt wird, erzeugt bei fehlerhaft blockierter Bremse ein Fehlersignal FF.
Ebenso stellt eine Gleitüberwachung 13 bei Durchdrehen der Feststellbremse aufgrund der Bildung von Kommutierungssignalen einen Fehler FG fest.
Letztendlich wird der für Zähler und Zeitverzögerungsglieder benötigte Takt bzw. eine Oszillatorschaltung 14 auf Funktion überwacht und bei Ausfall einer der redundant aufgebauten Schaltungen ein Warnsignal W1 erzeugt.
Fallen beide Schaltungen aus, wird ein Fehlersignal FT erzeugt.
Aufgrund der Bedeutung des Lagereglers wird dieser - wie in Fig. 2 dargestellt - doppelt ausgeführt (3a, 3b) und beiden sowohl das vom Positionssensor 1 gebildete Ist-Signal, als auch das Sollsignal zugeführt. Beide Lageregler erzeugen deshalb bei ordnungsgemäßer Funktion identische Stellsignale d *, die beide einer Vergleichseinrichtung 15 eingegeben werden. Ein Fehler eines Lage- reglers macht sich in einer Differenz zwischen den Stellsignalen bemerkbar. Der Vergleicher 15 zeigt durch Ausgabe eines Fehlersignals FL einen Defekt an.
Das Signal des analog arbeitenden Posi ti onssensors 1 bewegt sich beispielsweise in dem Spannungsbereich von l-11V. Liegt die Signalspannung auf einem außerhalb dieses Bereichs liegenden Werts wird die Bereichsüberwachungseinheit2aktiviert und stellt einen Fehler FB im Positionssensor fest.
Das Signal des Positionssensors 1 wird nach Fig. 2a mit Hilfe der am Motor vorhandenen hochauflösenden Spur des Sensorelements 4 auf Richtigkeit überwacht.
Die von der inkrementalen Spur erzeugten Signale werden mittels des Zählers 16 gezähl tnd üi -i-n-ein~Analogsignal gewandelt. Diese-s--~~Signãi wird--fMt dem Positionssignal des Positionssensors 1 verglichen (Vergleicher 28). Überschreitet die Abweichung eine bestimmte Schwelle, wird ein Fehlersignal FD erzeugt. Benutzt man zwei Positionssensoren, kann dann, wenn diese beide Unterschiede zeigen, der Sensor am Motor zur Auswahl des richtigen Positionssensors benutzt werden und eine Fehlerwarnung ausgegeben werden.
Die in Fig. 3 dargestellte Überwachung dient dazu, die Sensorsignale O 1, 2, 3 mittels der Kommutierungsüberwachung zu überprüfen. Dies geschieht durch eine logische Verknüpfung der Sensorsignale, die einen Ausfall eines oder mehrerer Sensoren signalisiert. Die Überwachung 9 ist in einem PROM integriert, welches gleichzeitig aus den Sensorsignalen # 1, 2, 3 die Ansteuersignale a-f für die Motorwicklungen bildet. Das Sensorelement 4 wird ebenfalls durch eine Verknüpfungsschaltung 17 auf Funktion überprüft.
Jede der drei Motorwicklungen enthält beispielsweise im Wickelkopf einen Temperaturfühler (Fig. 4). Die Ausgangssignale vl-3 der Temperaturfühler 6 werden der Temperaturüberwachung 7 zugeführt, die bei Erreichen eines Grenzwertes ein Fehlersignal Fu erzeugt. Um während eines Positionsvorgangs nicht die Anlage abschalten zu müssen, wird ein Vorwarnsignal Tw bei Erreichen eines ersten Grenzwertes ausgegeben. Danach ist die Anlage nur noch in der Lage einen oder mehrere Positioniervorgänge auszuführen, je nach Höhe der Vorwarntemperatur.
In Fig. 5 ist die Drehüberwachung dargestellt. Diese ist in der Lage eine unzulässige Motorbewegung aus der Erzeugung von Kommutierungssignalen zu erkennen. Ein Fehler FR wird dann erzeugt, wenn Kommutierungssignale auflaufen, obwohl kein Startsignal gesetzt ist und eine Lageabweichung Aç nicht vor t en ist. Durch das von dem AND-Gatter 23 erzeugtc Fehlersignal wird eine unzulässige Motorbewegung blockiert.
Nachfolgend wird die Fig. 6 beschrieben. Die Soll drehrichtung des Motors wird durch den Lageregler 3 festgelegt. Damit ist der Motor in der Lage zu treiben und zu bremsen, je nach Vorzeichen der Lageabweichung. Sollte durch einen Fehler in der Elektronik der Motor in die falsche Richtung drehen, d.h., das einem EXNOR-Glied 18 zugeführte Vorzeichen der Lageabweichung A9 und die Ist-Drehrichtung (festgestellt aus der inkrementalen Spur der Kommutierung) sind unterschiedlich, beginnt ein Zähler 19 mit einem vorgegebenen Takt T hochzuzählen.
Bei einem bestimmten Zählerstand wird ein Fehlersignal Fd erzeugt, das gespeichert bleibt. Durch die AND-Verknüpfung 24 des negierten Fehlersignals F mit dem Motor- Stop-Signal wird der Zähler über das OR-Glied 25 bei Motorstillstand zurückgesetzt.
Durch die in der Anlage vorhandene Feststellbremse- wird dann, wenn der Motor positioniert hat, das Stellglied- in Position gehalten und anschließend der Motor abgeschaltet. Damit wirkt über die Last an dem Stellglied ein Moment auf die Bremse.
S-ollte der Fall eintreten, daß die Bremse nicht mehr löst, obwohl der Motor drehen sollte, kann der Zustand "Bremse blockiert" mit der in Fig. 7 gezeigten Schaltung sensiert werden. Soll der Motor starten und es liegt kein Fehler vor, so beginnt ein Zähler 20 mit einem bestimmten Takt zu laufen. Überschreitet der Motor innerhalb einer vorgegebenen Zeit nicht eine Minimal drehzahl imins die aus dem Signal des Sensorelements 4 abgeleitet wird, erreicht der Zähler 20 einen bestimmten Stand. Damit wird ein Fehlersignal am Ausgang des AND-Gat-ters 37 erzeugt, das gespeichert bleibt. Erreicht der Motor eine höhere Drehzahl als die vorgegebene Schwelle, wird der Zähler 20 rückgesetzt. Außerdem wird der Zähler 20 bei Erzeugung eines Stop-Signals, wie in Fig. 6 dargestellt, über das OR-Gatter 25 zurückgesetzt. Hat der Motor die Sollposition erreicht, muß die Bremse eine bestimmte Last halten.
Ein Durchdrehen bzw. ein Gleiten der Feststellbremse würde zu Kommutierungssignalen führen. Diese werden deshalb auch dann genutzt, ein Gleiten anzuzeigen. Das Signal O1 liegt am Takteingang eines D-Flip-Flops 21, dessen Q-Ausgang dem D-Eingang eines weiteren Flip-Flops 22 zugeführt wird. Dem Flip-Flop 22 wird über den Takteingang das Signal 2 zugeführt. Durch die Verwendung zweier Kommutierungssignale ffll, o2 wird eine fehlerhafte Beurteilung eines instabilen Zustandes nur eines Kommutierungs- signals vermieden. Das Signal O2 wird außerdem noch einem Zähler 26 negiert zugeführt, der dazu dient, dem Motor noch eine Auslaufzeit zu gewähren, ohne schon ein Fehlersignal bei Anstehen eines Stop-Si gnal s zu erzeugen. Das Fehlersignal FG wird von dem Q-Ausgang des D-Flip-Flops erzeugt und gleichzeitig mit dem Ausgangssignal des Zählers über ein NOR-Gatter 39 verknüpft zum Rücksetzen der Flip-Flop 21 und 22 verwendet.
Eine Taktoszillatorüberwachung Fig. 9 dient zur Umschaltung und Überwachung zweier von nicht dargestellten Taktoszillatoren gebildeten Taktsignalen T1, T2. Diese werden jeweils einem Monoflop 29, 30 zugeführt, wobei die nachfolgende Verknüpfung mittels vier NAND-Gattern bei Ausfall eines Taktsignals ein Warnsignal W1 erzeugen und eines der Taktsignale auf einen Zähler 35 geschaltet wird, an dessen Ausgängen A1-A4 verschiedene Frequenzen abgegriffen werden können. Das Ausgangssignal A2 wird weiterhin einem retriggerbaren Monoflop 36 zugeführt; ein fehlendes Signal führt hier zu einem Ausgangssignal FT, das den Ausfall beider Taktoszillatoren bzw. der Überwachungsschal tung anzeigt. Das Warnsignal W1 wird - wie aus Fig. 1 ersichtlich - mit dem Temperaturwarnsignal der Temperaturüberwachungsschaltung 7 mit einem OR-Glied 37 zu einem Summenwarnsignal W verknüpft.
Bezugszeichen 1 Positionssensor 2 Bereichsüberwachungseinrichtung 3 Lageregler 4 Sensorelement 5 Überwachungsschaltung 6 Temperaturfühler 7 Temperaturüberwachung 8 Kommutierungsschaltung 9 Kommutierungsüberwachung 10 Verknüpfungsschaltung 11 Blockierüberwachung 12 Feststellbremse 13 Gleitüberwachung 14 Oszillatorschaltung 15 Vergleicher 16 Zähler 17 Verknüpfungsschaltung 18 EXNOR-Glied 19 Zähler 20 Zähler 21 Flip-Flop 22 Flip-Flop 23 AND-Gatter 24 AND-Verknüpfung 25 OR-Glied 25a OR-Glied 26 Zähler 27 OR-Schaltung 28 Vergleicher 29 Monoflop 30 Monoflop 31 NAND-Gatter 32 NAND-Gatter 33 NAND-Gatter 34 NAND-Gatter 35 Zähler 36 Monoflop 37 OR-Glied 38 AND-Gatter 39 NOR-Glied

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Überwachung eines Antriebssystems, enthaltend einen Antriebsmotor mit einem Positionssensor, einen Lageregler, dem ein Positionssollsignal und das Signal des Positionssensors zugeführt wird, zur Erzeugung eines den Motor steuernden Stellsignals und ein Monitorsystem, dadurch gekennzeichnet, daß die im Antriebssystem enthaltenen Komponenten mittels des Monitorsystems einem Plausibilitätstest unterworfen werden und bei Nichteinhaltung bestimmter festgelegter Bedingungen ein Fehlersignal erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlersignale mittels einer OR-Schaltung (27) verknüpft und das Ausgangssignal (F) dieser Schaltung zur Absicherung des Antriebssystems führt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein weiterer Lageregler (36) vorgesehen ist, dem ebenfalls das Signal des Positionssensors (1) und das Sollsignal zugeführt wird und daß dem Monitorsystem die Stellsignale der Lageregler A q zugeführt werden, wobei dieses bei einer Differenz zwischen den Stellsignalen, die eine bestimmte Schwelle überschreitet, ein Fehlersignal erzeugt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines am Motor angeordneten Drehzahlsensors (4) dessen Drehzahl (f) abgegriffen wird und ein Vergleicher (28) vorgesehen ist, der die integrierte Drehzahl mit dem Signal des Positionssensors vergleicht und bei einer Abweichung zwischen den Signalen ein Fehlersignal (FD) erzeugt.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bereichüberwachung (2) vorgesehen ist, der das Signal des Positionssensors (1) zugeführt wird, wobei die Signalspannung bei Überschreitung bestimmter Grenzen ein Fehlersignal (FD) erzeugt.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur (A<) der Motorwicklungen mittels Temperaturfühler (6) festgestellt und bei Überschreitung einer Grenztemperatur ein Warnsignal und/oder bei Überschreitung einer Maximaltemperatur ein Fehlersignal (Fv) erzeugt wird.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellsignal (E ) und ein die Drehung des Motors anzeigendes Signal (R/L) und ein negiertes Startsignal mittels einer AND-Schaltung (23) verknüpft ist, wobei das Ausgangssignal der AND-Schaltung ein Fehlersignal (FR) bildet.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehrichtungsistsignal (R/L) und ein die Polarität des Stellsignals darstellendes Signal (sign A t) verglichen und bei unterschiedlicher Polarität ein Fehlersignal (Fd) erzeugt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlersignal (Fd) mittels eines Zeitgliedes (19) verzögert wird.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feststellbremse (12) vorgesehen ist, die eine Stellbewegung während des Motorstillstandes verhindert und welche bei Ansteuerung des Motors gelöst wird und bei einer Blockierung der Feststellbremse (12) bei Motoransteuerung ein Fehlersignal FF erzeugt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zähler (26) vorgesehen ist, der nach Aufhebung des Stop-Signals startet und nach einer bestimmten Zeit bei Ausbleiben eines die Überschreitung einer Minimal drehzahl (imin) anzeigenden Reset-Signals die Erzeugung des Fehlersignals FF initfiert.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verringerung der Wirkung der Feststellbremse durch die Entstehung von Drehimpulsen O 1, 2 bei anliegendem Stop-Signal festgestellt und ein Fehlersignal FG nach Überschreiten einer Zeitkonstanten gebildet wird.