DE3614979C2 - Sicherheitssystem für eine Druckmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitssystem für eine Druckmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Erfüllung sicherheitstechnischer Auflagen sind verschiedene Sicherheitseinrichtungen an Druckmaschi­ nen bekannt. So sind beispielsweise die verschiede­ nen Antriebe einer Druckmaschine mit Bremsen verse­ hen, bei welchen die Bremskraft von Federn ausgeübt wird und zum Lösen bzw. Lüften der Bremsen Elektro­ magnete mit einer entsprechenden Spannung beauf­ schlagt werden.

Dabei werden bei bekannten Druckmaschinen die Brem­ sen sowohl als Betriebsbremsen als auch für den Not­ fall benutzt.

Ferner sind an verschiedenen Stellen der Druckma­ schine und gegebenenfalls auch in deren Umgebung Not-Aus-Schalter vorgesehen, mit deren Hilfe ein Anhalten der Druckmaschine vorgenommen werden kann. Damit ein Anhalten der Motore ebenso wie ein Anlegen der Bremsen ohne elektrische Hilfsenergie möglich ist, sind bei bekannten Sicherheitseinrichtungen die Not-Aus-Schalter mit je einem Ruhekontakt versehen und in Reihe geschaltet.

Des weiteren sind elektronische Antriebssteuerungs- und Überwachungssysteme bekannt, bei denen die Soll- und Istwerte der Drehzahl eines Motors auf ihr Vorhandensein überwacht werden. Bei einer länger anstehenden Abweichung zwischen Soll- und Istwert, weil z. B. eine Tachomaschinenleitung unterbrochen ist, wird von einer Überwachungsbaugruppe ein Aus-Kommando gegeben. Das Aus-Kommando bewirkt eine Reglersperre und ein verzögertes Abschalten eines Hauptschützes (DE-Z: Siemens-Energietechnik 1 (1979) Heft 4, S. 114-117).

Nachteilig hierbei ist, daß diese Überwachungssysteme versagen, wenn der Regler selbst und die ihm nachgeschalteten Leistungsstellglieder defekt sind, was sich nachteilig auf die Sicherheit der angetriebenen Maschine auswirkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein auf dem Antrieb einer Druckmaschine wirkendes Sicherheitssystem zu entwickeln, daß es ermöglicht, bei einem Defekt in der Steuer- und Regeleinrichtung oder in den Leistungsstellgliedern des Antriebes und/oder bei einer Havarie an der Druckmaschine oder bei einem Haltesignal die angetriebenen Teile der Maschine aus der Bewegung heraus schnell zum Halten zu bringen, wobei die Zuverlässigkeit des Sicherheitssystems erhöht sein soll.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Sicherheitssystem entsprechend den Merkmalen im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist gewährlei­ stet, daß die Steuerung des Bewegungsablaufs der Druckmaschine rein elektrisch erfolgt, so daß auch vorgegebene Verzögerungen möglich sind. Dabei werden die Bremsen nur dann benötigt, wenn in der elektroni­ schen Steuereinrichtung Fehler auftreten.

Zur weiteren Sicherheit ist gemäß einer Weiterbil­ dung der Erfindung vorgesehen, daß die Betätigung der Bremsvorrichtung dadurch erfolgt, daß ein die Bremse entgegen einer Federkraft lösender Elektromagnet abgeschaltet wird.

Um auch dagegen geschützt zu sein, daß die Antriebs­ vorrichtung nicht zum Stillstand gebracht werden kann, wenn durch einen Fehler, beispielsweise in den Leistungsstufen, das höchstmögliche Drehmoment aufge­ bracht wird, ist die Bremsvorrichtung gemäß einer anderen Weiterbildung derart ausgelegt, daß die Druckmaschine auch dann zum Stillstand gebracht wer­ den kann, wenn die Antriebsvorrichtung das höchst­ mögliche Drehmoment aufbringt.

Bei einer Reihe von Defekten in der elektronischen Steuereinrichtung ist selbst bei einer unzulässig hohen Abweichung zwischen Soll- und Istwert keine Betätigung der Bremsvorrichtung erforderlich, solan­ ge die Leistungsstufen und gegebenenfalls mit ihnen verbundene Steuerstufen noch arbeiten. Für solche Fälle ist gemäß einer anderen Weiterbildung vorgese­ hen, daß die Überwachungsschaltung vor der Betäti­ gung Steuersignale zum Stillsetzen der Druckmaschine an die Leistungsstufen abgibt und erneut die Abwei­ chung zwischen Soll- und Istwert der Drehzahl prüft.

Da die Bremsvorrichtung bei dem erfindungsgemäßen System sehr selten benutzt wird, könnte ein trotzdem auftretender Defekt an der Bremsvorrichtung nicht bemerkt werden. Es ist deshalb gemäß einer anderen Weiterbildung vorgesehen, daß durch Betätigung der Bremsvorrichtung, Steuerung der Antriebsvorrichtung auf das höchstmögliche Drehmoment und Auswertung des Drehzahl-Istwertes die Bremsvorrichtung überprüft wird. Dabei erfolgt die Überprüfung vorzugsweise nach dem Einschalten der elektronischen Steuerein­ richtung.

Durch die in den weiteren Unteransprüchen aufgeführ­ ten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich. Besonders vor­ teilhaft ist es, wenn Not-Aus-Signale parallel der Überwachungsschaltung, den Leistungsstufen und einem Rechner bzw. mehreren Rechnern zuführbar sind.

Eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Sicherheitssystems ist dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Notschalter jeweils parallel betätigbare erste und zweite Kontaktpaare aufweisen, daß die ersten Kontaktpaare in Reihe geschaltet sind und einen Sicherheitsstromkreis bilden und daß die zwei­ ten Kontaktpaare einzeln mit Eingängen der elektroni­ schen Steuereinrichtung verbunden sind.

Durch diese Weiterbildung wird eine zusätzliche Sicherheit und die Möglichkeit erreicht, den jeweils ausgelösten oder fehlerhaften Not-Aus-Schalter zu lokalisieren. Dabei bleiben die grundsätzlichen Vor­ teile der Reihenschaltung sämtlicher Not-Aus-Schal­ ter erhalten. Insbesondere kann eine Not-Aus-Abschal­ tung nicht deshalb unterbleiben, weil eine für die Weitergabe eines Not-Aus-Signals erforderliche Span­ nungsquelle nicht vorhanden ist.

Eine besondere Ausgestaltung dieser Weiterbildung besteht darin, daß der Sicherheitsstromkreis mit Netzwechselspannung gespeist ist und daß in Reihe mit den ersten Kontaktpaaren die Primärwicklung eines Transformators geschaltet ist, dessen Sekundär­ wicklung über einen Gleichrichter mit den Leistungs­ stufen der Überwachungsschaltung und dem Rechner bzw. den Rechnern verbunden ist.

Durch diese Ausgestaltung ist eine Anpassung des Sicherheitsstromkreises an Halbleiterschaltungen mög­ lich, ohne daß die den Sicherheitsstromkreis versor­ gende Spannung so niedrig ist, daß durch die Reihen­ schaltung vieler Kontakte ein sicherer Stromfluß in Frage gestellt ist.

Die durch die zusätzlichen Kontaktpaare gewonnenen zusätzlichen Informationen können in verschiedenster Weise ausgewertet werden.

Die Not-Aus-Schalter dienen dazu, im Falle einer Gefahr, die gesamte Maschine möglichst schnell zum Stehen zu bringen. Es sind jedoch Störungen möglich, welche lediglich ein Stillsetzen der Maschine in auf­ einanderfolgenden Schritten erfordern.

Eine andere Weiterbildung besteht deshalb darin, daß in der elektronischen Steuereinrichtung verschiedene Programme zum Anhalten der Druckmaschine aufrufbar sind. Dazu können weitere Schalter mit Eingängen der elektronischen Steuereinrichtung verbunden sein.

Damit ist ein gezieltes Stillsetzen der Druckmaschi­ ne möglich - je nachdem, welcher dieser Schalter be­ tätigt wurde. So kann es beispielsweise bei Betäti­ gung eines Schalters im Bereich des Papaieranlegers zweckmäßig sein, den Antrieb des Papaieranlegers zwar sofort zu stoppen, jedoch den Hauptantrieb noch solange laufen zu lassen, bis die in der Maschine befindlichen Druckbögen die Maschine verlassen ha­ ben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich­ nung an Hand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer elektronischen Steuereinrichtung und

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer weiteren elektro­ nischen Steuereinrichtung mit einer Not-Aus- Einrichtung gemäß einer Weiterbildung der Erfindung.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Bei der in Fig. 1 dargestellten elektronischen Steuereinrichtung werden ein Hauptantrieb 61 und verschiedene Hilfsantriebe, von denen lediglich zwei Hilfsantriebe 71, 72 dargestellt sind, von zwei Rechnern 52, 53 gesteuert. Die Rechner 52, 53 sind untereinander und mit einer Steuerelektronik 56 mit Hilfe eines Bus-Systems 55 verbunden.

Jeweils eine Hauptantriebselektronik 6 und eine Hilfsantriebselektronik 7 umfaßt neben Leistungsstu­ fen auch zugehörige Ansteuerstufen, die bei einem praktisch ausgeführten erfindungsgemäßen System unter anderem mit Mikroprozessoren ausgerüstet sind.

Die Steuerelektronik 56 hat vielseitige Aufgaben und umfaßt verschiedene Komponenten. Zum Verständnis der vorliegenden Erfindung ist jedoch lediglich die Erläuterung einer Überwachungsschaltung, welche Teil der Steuerelektronik 56 ist, erforderlich.

Der Überwachungsschaltung wird von einem Tachometer 9 der Istwert der Maschinengeschwindigkeit bzw. der Drehzahl des Hauptantriebes zugeführt. Ein Sollwert wird über das Bus-System 55 zugeleitet. Solange die Abweichung zwischen Soll- und Istwert in einem Be­ reich ist, der einer normalen Regelabweichung ent­ spricht, werden von der Steuerelektronik zwei in Fig. 1 nicht dargestellte Schütze mit Strom ver­ sorgt, so daß die Hauptantriebsbremse gelöst ist.

Die Überwachungsschaltung in der Steuerelektronik 56 gibt bei Überschreiten einer zulässigen Abweichung zwischen Soll- und Istwert Signale zur Hauptantriebs­ elektronik 6, um den Hauptantrieb 61 stillzusetzen. Diese Signale können eine Sperre der Zündimpulse der Leistungsstufen und/oder einer Ansteuerung der Lei­ stungsstufen mit elektrischer Bremsung zur Folge haben.

Ist bei einem Defekt die Hauptantriebselektronik 6 funktionsfähig, so wird bei einem von der Überwa­ chungsschaltung zur Stillsetzung des Hauptantriebs abgegebenen Signal die Maschinengeschwindigkeit durch die elektrische Bremsung schnell sinken, so daß weitere Maßnahmen nicht erforderlich sind.

Falls jedoch ein Defekt in der Hauptantriebselektro­ nik 6 vorliegt, der zu einem Versagen der elektri­ schen Bremsung führt, so kann die Druckmaschine durch Betätigung der Hauptantriebsbremse 60 stillge­ setzt werden. In diesem Fall gibt die Überwachungs­ schaltung ein Signal zur Zündimpulssperre an die Hauptantriebselektronik 6, um zu vermeiden, daß der Hauptantrieb 61 weiterhin mit Strom versorgt wird - falls der Defekt in der Hauptantriebselektronik 6 dieses zuläßt.

Die Überwachungsschaltung überwacht ferner die Funk­ tion der Rechner 52, 53 und kann gegebenenfalls bei Ausfall eines Rechners sicherheitsrelevante Funktio­ nen auf den anderen Rechner übertragen.

Außerdem überwacht die Überwachungsschaltung die Hilfsantriebselektronik 7, die Hilfsantriebe 71, 72 sowie eine dem Hilfsantrieb 71 zugeordnete Bremsvor­ richtung 70.

Wird ein Not-Aus-Signal von einer entsprechenden Ein­ richtung 57 ausgelöst, so wird es zu den Rechnern 52, 53, zur Hauptantriebselektronik 6, zur Hilfsan­ triebselektronik 7 und zur Steuerelektronik 56 gelei­ tet. Sofern kein Defekt in der elektronischen Steuer­ einrichtung vorliegt, wird die Druckmaschine wie oben beschrieben ohne Zuhilfenahme der Bremsen ange­ halten. Erst wenn ein Defekt vorliegt, der dieses verhindert, wird die Druckmaschine mit Hilfe der Bremsen stillgesetzt.

Fig. 2 zeigt Not-Aus-Schalter 11 bis 1n, welche an ein elektronisches Steuersystem für eine Druckma­ schine angeschlossen sind. Letzteres besteht aus einer Ein/Ausgabe-Einheit 4, einer Recheneinheit 5 und Leistungsteilen 6, 7, welche Motoren 61, 71 zuge­ ordnet sind. Die Leistungsteile entsprechen im we­ sentlichen der Hauptantriebselektronik 6 und der Hilfsantriebselektronik 7 (Fig. 1). Der Übersicht­ lichkeit halber wurden lediglich zwei Motoren, näm­ lich der Motor 61 des Hauptantriebes und ein Motor 71 eines Hilfsantriebes dargestellt, obwohl Druckma­ schinen über wesentlich mehr Motore verfügen können. Die Auslegung des elektronischen Steuersystems im einzelnen ist in vielfältiger Weise möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Bei dem ge­ zeigten Ausführungsbeispiel umfaßt die Ein/Ausgabe- Einheit 4 zwei Ein/Ausgabe-Karten 41, 42, welche je­ weils eine Vielzahl von Eingängen und Ausgängen 43, 44 aufweisen. Die Ein/Ausgabe-Karten 41, 42 sind untereinander und mit der Ein/Ausgabe-Steuerkarte 51, welche unter anderem die Überwachungsschaltung enthält, der Recheneinheit über ein Bussystem 45 verbunden.

In der Recheneinheit sind zwei Rechner 52, 53 vorge­ sehen, welche an sich verschiedene Aufgaben erfül­ len, jedoch derart programmiert sind, daß bei Aus­ fall eines der Rechner 52, 53 der andere Rechner Aufgaben des ausgefallenen Rechners, insbesondere sicherheitsrelevante Steuerungen, übernimmt. Die Rechnereinheit 5 umfaßt ferner eine Speicherkarte 54 zur Speicherung von Daten, beispielsweise Daten der Druckmaschine und Daten der zu bearbeitenden Aufträ­ ge. Dazu sind auf der Speicherkarte 54 nichtflüch­ tige Speicher vorgesehen. Bei einem praktisch ausge­ führten elektronischen Steuersystem wurden die Pro­ gramme selbst in Nur-Lese-Speichern abgelegt, welche auf den Karten der Rechner 52 und 53 angeordnet sind. Es sind jedoch auch andere Konfigurationen zur Speicherung der Programme im Rahmen der Erfindung möglich. Ein Bussystem 55 verbindet die Ein/Ausgabe- Steuerung 51, die Rechner 52, 53 und die Speicher­ karte 54.

Während bei dem dargestellten elektronischen Steue­ rungssystem die Ein/Ausgabe-Einheit 4 für binäre Signale vorgesehen ist (beispielsweise Schalter ge­ schlossen, Schalter offen; Relais anziehen, Relais abfallen), erfolgt die Ausgabe von digitalen Signa­ len, welche zur Steuerung der Leistungsteile 6, 7 und damit der Motoren 61, 71 dienen, über die Ein/ Ausgabe-Steuerung 51. Der Ein/Ausgabe-Steuerung 51 wird ferner von einem Tachometer 9 ein der Maschinen­ geschwindigkeit entsprechendes Signal zugeführt.

Von mehreren den Motoren zugeordneten Bremseinrich­ tungen ist lediglich die dem Hauptantrieb zugeord­ nete Bremseinrichtung schematisch dargestellt. Dabei wird ein Elektromagnet 63 zum Lüften der Bremse über zwei Kontakte 64, 65 zweier Schütze 67, 68 mit bei 66 zugeführter Betriebsspannung versorgt. Die Kontak­ te 64, 65 sind als Arbeitskontakte ausgelegt, so daß die Bremse nur dann gelüftet wird, wenn beide Kontak­ te 64, 65 geschlossen sind, was wiederum nur der Fall ist, wenn beide Schütze 67, 68 von der Ein/Aus­ gabe-Einheit 4 mit Spannung versorgt werden.

Die Notschalter, von denen der Übersichtlichkeit halber lediglich die Notschalter 11, 12, 13 und 1n dargestellt sind, können mit Pilzdruckknöpfen ver­ sehen sein. Es können jedoch auch andere Betätigungs­ vorrichtungen, wie beispielsweise Hebel, Trittlei­ sten und Schalter, die beim Öffnen von Schutzgittern betätigt werden, vorgesehen werden. Jeder der Not­ schalter 11 bis 1n weist zwei als Ruhekontakt arbei­ tende Kontaktpaare 21 bis 2n, 31 bis 3n auf. Die jeweils ersten Kontaktpaare 21 bis 2n sind in Reihe geschaltet und verbinden einen mit Netzspannung ver­ sehenen Anschluß 1 mit der Primärwicklung 81 eines Transformators.

An die Sekundärwicklung 82 des Transformators ist ein Gleichrichter 83 angeschlossen. Es wird somit eine galvanische Trennung zwischen dem durch die Reihenschaltung der jeweils ersten Kontaktpaare und der Primärwicklung 81 gebildeten Sicherheitsstrom­ kreis und den nachfolgenden Schaltungen erzielt. Außerdem wird die Schaltspannung auf einen zur An­ steuerung von Halbleiter-Schaltungen geeigneten Wert herabgesetzt, während die den Sicherheitsstromkreis speisende Spannung einen genügend großen Wert auf­ weist, um trotz der Reihenschaltung vieler Kontakt­ paare einen sicheren Stromfluß zu gewährleisten. Über ein Schütz 84 sind entsprechende Eingänge der Leistungsteile 6, 7, der Rechner 52, 53 und der Ein/Ausgabe-Steuerung 51 mit dem Sicherheitskreis verbunden.

Die jeweils zweiten Kontaktpaare 31 bis 3n der Not­ schalter 11 bis 1n sind an Eingänge der Ein/Ausgabe- Einheit 4 des elektronischen Steuersystems ange­ schlossen.

Bei Betätigung eines der Not-Aus-Schalter 11 bis 1n wird der Sicherheitsstromkreis unterbrochen, so daß die Primärwicklung 81 nicht mehr über den Anschluß 1 mit Netzspannung versorgt wird. Daraufhin wird auch die Sekundärspannung sowie die Ausgangsspannung des Gleichrichters 83 zu 0, und das Schütz 84 fällt ab. Diese Vorgänge benötigen eine gewisse Zeit, während - ausgelöst vom Öffnen des zweiten Kontakts des betätigten Not-Aus-Schalters - in der elektronischen Steuereinrichtung 5 bereits entsprechende Programm­ schritte zum Stillsetzen der Druckmaschine eingelei­ tet werden.

Sollten in der Ein/Ausgabe-Einheit 4 oder in der Recheneinheit 5 Defekte vorliegen, welche eine wirk­ same Weiterleitung der von den jeweils zweiten Kon­ takten 31 bis 3n der Not-Aus-Schalter 11 bis 1n abge­ gebenen Signale verhindern, so wird die Druckmaschi­ ne trotzdem über den von den jeweils ersten Kontak­ ten 11 bis 1n, dem Transformator 81, 82, dem Gleich­ richter 83 und dem Schütz 84 gebildeten Sicherheits­ kreis angehalten.

Erst wenn die elektronische Steuereinrichtung nicht in der Lage ist, die Druckmaschine durch elektrische Bremsung anzuhalten, wird - wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben - die Bremsvorrichtung 63 betä­ tigt. Dazu werden die Schütze 67, 68 stromlos ge­ schaltet, wodurch die Magnetspule 63 mit Hilfe der Kontakte 64, 65 von der bei 66 zugeführten Betriebs­ spannung getrennt wird. Bei der Einrichtung nach Fig. 2 erfolgt die Steuerung der Schütze 67, 68 zwar über die Ein/Ausgabe-Einheit 4, es sind jedoch zur Gewährleistung einer hohen Sicherheit zwei getrennte Ausgangskreise für die Schütze 67, 68 vorgesehen.

Auch wenn keine ausgesprochene Notsituation vor­ liegt, kann ein außerplanmäßiges Anhalten der Druck­ maschine erwünscht sein. Dazu können weitere Schal­ ter 85, 86 mit Eingängen der Ein/Ausgabe-Einheit 4 verbunden sein. Durch diese Schalter können Program­ me abgerufen werden, welche ein der jeweiligen Situ­ ation entsprechendes, gezieltes Stillsetzen der Druckmaschine zur Folge haben.

Claims (3)

1. Sicherheitssystem für eine Druckmaschine,

• - bei dem eine Steuer- und Regeleinrichtung für den elektromotorischen Antrieb der Druckmaschine vorgesehen ist,
  die mit je einem Geber für den Soll- und den Istwert der Drehzahl der Antriebsvorrichtung verbunden ist,
  und die mit elektronischen Leistungsstellgliedern für mindestens einen Motor in Verbindung steht,
• - bei dem weiterhin mindestens ein Notausschalter zum schnellen Anhalten des Antriebes vorgesehen ist, der mindestens zwei Ruhekontakte aufweist, wobei jeweils einer der Ruhekontakte mit einer Eingangsschaltung verbunden ist,
• - und bei dem weiterhin mindestens eine auf den Antrieb wirkende elektromechanische Bremse vorgesehen ist, die über mindestens einen Kontakt eines Relais betätigbar ist, dessen Erregungswicklung mit der Eingangsschaltung in Verbindung steht,
  dadurch gekennzeichnet,
• - daß innerhalb der Steuer- und Regeleinrichtung (56) eine Überwachungsschaltung (51) vorgesehen ist, die mit einem Vergleicher für die Soll-Istwert-Differenz der Drehzahl gegenüber einem vorgegebenen Drehzahl-Grenzwert ausgebildet ist, und die mit der Eingangsschaltung (4) verbunden ist,
• - daß die Steuer- und Regeleinrichtung (56) mit der Überwachungsschaltung (51) sowie die Leistungsstellglieder (6, 7) mit separaten Steuereingängen versehen sind,
• - daß die jeweils einen von den mindestens zwei Ruhekontakte (21, 22, 23, 2n) der Notausschalter (11, 12, 13, 1n) untereinander in Reihe geschaltet sind und daß die Reihenschaltung mit dem separaten Steuereingängen in Verbindung stehen.

2. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Regeleinrichtung (56) zwei redundant wirkende Rechner (52, 53) enthält, und daß die Rechner (52, 53) über ein Bussystem (55) mit der Überwachungsschaltung (51), über ein Bussystem (45) mit der Eingangsschaltung (4) und über ein weiteres Bussystem mit Ansteuerstufen der Leistungsstellglieder (6, 7) verbunden sind.

3. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß jeweils einer der Ruhekontakte (21, 22, 23, 2n) der Notausschalter (11, 12, 13, 1n) in Reihe mit einer netzverbundenen Primärwicklung (81) eines Transformators (82) geschaltet ist, wobei eine von der Primärwicklung (81) galvanisch getrennte Sekundärwicklung des Transformators (82) über einen Gleichrichter (83) mit einem Schütz (84) verbunden ist, von dem ein an einem festen Potential angeschlossener Kontakt jeweils mit separaten Steuereingängen der Steuer- und Regeleinrichtung (56) und der Leistungsstellglieder (6, 7) in Verbindung stehen.