ITMI941854A1

ITMI941854A1 - Dispositivo di azionamento con un dispositivo di sicurezza per funzionamento speciale

Info

Publication number: ITMI941854A1
Application number: IT94MI001854A
Authority: IT
Inventors: Guenther Boesche; Rupert Weber; Olaf Kunz; Alfred Punzert; Gerhard Froehlich
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1993-09-13
Filing date: 1994-09-09
Publication date: 1996-03-09
Also published as: DE4330823A1; IT1275023B; GB9416483D0; CH689133A5; GB2281826A; ITMI941854A0; GB2281826B; DE4330823C2

Abstract

Viene proposto un dispositivo di azionamento con un motore a commutazione elettronica, un circuito intermedio a tensione continua, un invertitore ad esso collegato per il coniando del motore, nonché con un dispositivo di sicurezza, che in un tipo di funzionamento speciale sorveglia la velocità di rotazione del motore per il mantenimento di un valore massimo prestabilito. Se un segnale di velocità di rotazione è superiore al valore massimo prestabilito, il dispositivo di sicurezza interrompe l'alimentazione di energia al motore. Un primo segnale di velocità di rotazione viene formato mediante rilevamento del segnale fornito da un sensore di velocità di rotazione. Il dispositivo di sicurezza forma un altro segnale di velocità di rotazione dall'andamento nel tempo della corrente in almeno una delle linee di alimentazione di fase (17) del motore (14), rilevato mediante un sensore (18,18').(Figura 1).

Description

Dispositivo di azionamento con un dispositivo di sicurezza

Descrizone

Sitato della tecnica

L'invenzione deriva da un dispositivo di azionamento secondoil preambolo della rivendicazione principale. I dispositivi di azionamento di tale tipo sono generalmente noti. Essi trovano largo impiegano fra l'altro in mac- _ chine utensili e robot, ove servono per l'azionamento di elementi mobili. Nel normale funzionamento, sia con macchine che co robot, dai movimenti di elementi mobili deriva un periclo di esercizio per l'utente. Per la prevenzione degli infortuni gli impianti di tale tipo presentano quindi di regola un dispositivo di sicurezza, che consente un funzionamento degli elementi mobili soltanto quando sia garantito che nessun utente si trovi nel raggio di azione della macchina o del robot. Ciò avviene facilmente, per esempio, mediante coperture o porte, che come presupposto per un normale funzionamnto devono essere chiuse. Regolarmente si creano però situazioni nelle quali un utente deve collocarsi nel campo di azione della macchina o del robot, per esempio per sostituire utensili, per preparare una macchina o per addestrare un robot. Affinchè ciò sia possibile, una parte delle condizioni di sicurezza che devono essere soddisfatte nel funzionamento normale deve venire disattivata. Per garantire anche in questo tipo di funzionamento, che nel seguito è deonominato funzionamento speciale, una sufficiente sicurezza diesercizio, è richiesto per esempio dalle norme VDI 2854 che per'tutti gli assi mobili la velocità di moviemnto venga limitata ad un valore massimo di 2 m/min. La prescrizione normativa richiede inoltre che il rilevamento della velocità per ciascun asse avvenga in modo ridondante, ossia almeno due volte. Un modo semplice, per soddisfare in particolare questa ultima esigenza, consiste nel disporre sul motore o nella parte mobile due tachimetri, uno dei quali usualmente è comunque presente, per sorvegliare i segnali di entrambi i sensori riguardo al superamento di un valore massimo. Tuttavia , con la disposizione di un altro sensore tachimetrico sul motore l'ingombro del motore, soprattutto per motori piccoli, in certi casi viene considerevolmente aumentato. Inoltre, per lo stesso motivo si crea un rincaro dell'azionamento.

E' quindi scopo della presente invenzione indicare un dispositivo di azionamento con motore a commutazione elettronica, che senza dispendio addizionale considerevole per quanto riguarda la sua struttura e perquanto riguarda i costi ad essa connessi, garantisca anche nel funzionamento speciale una elevata sicurezza per l'utente.

Questo scopo viene raggiunto mediante un azionamnto con le caratteristiche distintive della rivendicazione principale.

Un dispositivo di azionamento secondo l'invenzione richiede di un solo sensore tachimetrico, comunque presente. Un altro segnale tachimetro perassicurare il rilevamento ridondante viene ricavato dall'analisi dialmeno una corrente di fase del motore. Il concetto è realizzabile con poco dispendio addizionale. Di regola, è necessario unicamente un sensore di corrente addizionale nelle linee di alimentazione del motore. Esso offre inoltre il vantaggio di essere applicabile a posteriori su impianti esistenti. Esso soddisfa anche senz'altro le prescrizioni per la protezione antinfortunistica contenute per esempio nella norma VDI 2854.

Vantaggiosamente , la determinazione del secondo segnale tachimetrico viene eseguita in una unità di comando centrale, che esegue anche il comando del motore. Il segnale rilevato dal sensore di corrente viene a tale scopo opportunmente digitallizato.

Secondo un'altra opportuna realizzazione per l'ottenimeneto di un secondo valore tachimetrico, dal segnale fornito dal sensore di corrente, mediante un filtro analogico, viene filtrata la fondamentale, per ricavare da essa un'informazione tachimetrica.

E' particolarmente vantaggioso sorvegliare, accanto alla velocità di rotazione di per sè, addizionalmente almeno uno dei segnali interni nella regolazione del motore che comanda il comportamento dinamico dell 'azionamento. In tal modo può vantaggiosamente venire riconosciuto in anticipo se la velocità di moviemnto di un asse supererà un vaiore limite prestabilito. Una tale sorveglianza offre parimenti il vantaggio di essere adattabile ad azionamenti esistenti. Essa può infine venire vantaggiosamente impiegata nella sorveglianza di macchine o di robot durante il funzionamento normale.

Nel seguito un esempio di esecuzione dell'invenzione verrà meglio chiarito con riferimento al disegno. Disegno

La figura mostra uno schema circuitale a blocchi di un dispositivo di azionamento proposto.

Descrizione

Sono parti costituenti principali dell'azionamento rappresentato in fig. 1 un raddrizzatore di rete 11 per l'alimentazione di un circuito intermedio a tensione continua 12, un invertitore 13 ad esso collegato nonché un motore 14 alimentato dall'invertitore. Fra raddrizzatore 11 e rete a corrente alternata 24 sono collegati una protezione o un interruttore di potenza elettromagnetico 16 paragonabile. Su almeno una delle linee di alimentazione di fase 17 del motore 14 si trova un sensore 18 per il rilevamento della corrente di fase alimentata al motore 14. Al motore 14 è collegato direttamente un sensore tachimetrico 15. Importanti partì costituenti del raddrizzatore 11 e dell'invertitore 13 sono rispettivi semiconduttori di potenza. Il loro pilotaggio avviene da parte di un dispositivo di comando 10, che comanda anche l'interruttore di potenza 16. A tale scopo esso è collegato con gli elementi raddrizzatore 11, invertitore 13 e interruttore di potenza 16 bidirezionalmente. Attraverso collegamenti di regola eseguiti unidirezionalmente vengono inoltre applicati al dispositivo di comando il selgnale del sensore tachimetrico 15 nonché il segnale di corrente rilevato dal sensore 18, 18'.

Costituenti principali del dispositivo di comando 10 - la cui struttura rappresentata è stata scelta a chiarimento dell'invenzione qui descritta, ma non è vincolante e può in pratica scostarsi da quella rappresentata -sono un'unità di comando centrale 20, che esegue soprattutto il comando del motore 14, ossia la regolazione della velocità di rotazione n, della posizione del rotore L e della corrente I, una memoria 23, un circuito logico integrato 19 (ASIC) specificatamente previsto per l'utente, che analizza i segnali del sensore tachimetrico 15, di regola ad alta risoluzione, e in base ad essi mette a disposizione della unità di comando centrale 20 informazioni sulla posizione L del rotore e sulla velcità di rotazione n dell1azionamento 14 sotto forma di dati binari, nonchéuna unità di ingresso/uscita 22. L’unità di comando centrale 20 e il circuito logico 19 formano inoltre i costituenti principali di un dispositivo di sicurezza, la cui funzione verrà chiarita nel seguito. Tutti gli elementi citati sono collegati fra loro tramite un canale dati 24. Per la digitalizzazione dei valori di misura provenienti dal sensore 18, 18' serve inoltreun convertitore analogico/_ digitale 21 collegato a monte della unità di comando centrale 20.

La disposizione rappresentata presenta il seguente modo di funzionamento. Quando l'azionamento 14 si trova nel modo di funzionamento speciale, il dispositivo di comando 10 sorveglia l'elemento mosso dall'azionmento 14 in merito al mantenimento di un valore massimo prestabilito della velocità di movimento. Esso è opportunamente registrato come segnale tachimetrico - proporzionale alla velocità dì movimento dell'elemento in movimento - in una speciale regione della memoria 23. La sorveglianza avviene in due modi. Innanzitutto il dispositivo di comando 10 sorveglia il segnale tachimetrico n fornito dal sensore tachimetrico 15 in merito al superamento del valore limite prestabilito. Ciò avviene opportunamente con l'ausilio del circuito logico integrato specificatamente adattato all'utente (ASIC) 19, al quale viene inettamente applicato il valore di misura del talchimetro 15. Il circuito logico 19 opera per quanto riguarda questa sorveglianza della velocità di rotazione indipendentemente dal processore della unità di comando centrale 20. Il dìspositivo di comando 10 determina un secondo valore tachimetrico dal segnale dimisura della corrente di fase deimotore 14, fornitodal sensore 18,18'. Questo presenta di regola un andamento sinusoidale. La frequenza dell'oscillazione sinusoida le è proporzionale alla velcoità dì rotazione. La determinazione del secondo valore tachimetrico dalla corrente di fase può, come rappresentato in figura, avvenire nell'unità di comando centrale 20, previa conversione del segnale di misura analogico in un valore digitale I. Un'altra possibilità dì esecuzione consiste nel prevedere un circuito filtro, di per sè noto, che dai valori di misura andogici del sensore 18 determia ìnnanzittutto un segnale tachimetrico parimenti analogico. Un tale circuito filtro è semplicemente un filtro passabasso, la cui frequenza limite è progettata in modo che esso filtri la fondamentale della corrente del motore. Un circuito comparatore collegato a valle fornisce, dopo il rilevamento dei passaggi per lo zero della fondamentale, un segnale proporzioanle alla velocità di rotazione. Questo viene opportunamente a sua volta convertito in un valore digitale, per esempio dal convertitore analogìco/dìgitale 21. Per accentuare la capacità previsionale del segnale ricavato con il filtro passa-basso, la frequenza limite viene opportunamente regolata costantemente, corrispondentemente al valore desiderato istantaneo della velocità di rotazione. Il secondo segnale tachimetrico ottenuto è parimenti confrontato dalla unità di comando 20 con il valore massimo registrato nella memoria 23. Se l'unità di comando centrale 20 o il circuito logico integrato specificatamente adattato all'utente 19 rileva che uno dei segnali tachimetrici supera il valore massimo nella memoria 23, l'unità rilevante trasmette un segnale che dà luogo all'arresto dell'azionamento alla unità di ingresso e uscita 22. Quetso provoca l'arresto con contemporaneo sgancio dell'interruttore di potenza 16 dalla rete a corrente alternata 24 e disinserzione dell'invertitore 13. La duplice interruzione garantisce a sua volta unaridondanza; se viene a mancare lo sgancio dell'interruttore di potenza 16 o la disinserzione dell'invertitore 13, il motore 14 viene comunque arrestato. La sorveglianza della velocità di rotazione sopra descritta non è limitata ad un impiego nel funzionamento speciale. Con un valore della massima velocità di rotazione opportunamente adattato essa può ovviamente venire impiegata anche nel funzionamento normale.

Addizionalmente o in alternativa alla velocità di rotazione, il dispositivo di ornando 10 sorveglia determinati segnali interni del regolatore che intervengono nei circuiti di regolazione per la regolazione della corrente I, della velocità di rotazione m e della posizione L del motore 14, in merito al superamento di campi di valori prestabiliti. Questi corrispondono ad un funzionamento perfetto dell'azionamento con il mantenimento della velocità limite prestabilita nel modo di funzioanmento speciale. Essi sono ppportunamente registrati in una regione separata della memoria 23. Usualmente, la regolazione del motore presenta una struttura a cascata, in cui a monte del regolatore di corrente è collegato il regolatore tachimetrico, e a monte di questo a sua volta il regolatore di posizione. Un segnale interno di regolazione adatto per la sorveglianza è in questo caso per esempio il segnale di uscita del regolatore di posizione, che rappresenta il valore desiderato per il regolatore tachimetrico collegato a valle. Un altro segnale adatto è formato dal comportamento di regolazione del regolatoretachimetrico, che per corrispondenti scostamenti fra velocità desiderata e velocità reale supera valori limite prestabiliti del regolatore. In base al superamento dei valori limite interni prestabiliti, il dispositivo di comando 10 deduce un superamento della velocità limite prestablita o un guasto dell'azionamento. Esso impartisce in questo caso a sua volta un segnale all'unità di ingresso e uscita 22, che dà luogo alla disattivazione dell'interruttore di potenza 16 e dell'invertitore 13. Un vantaggio della sorveglianza dei segnali di regolazione interni rispetto alla semplice sorveglianza della velocità di rotazione reale misurata è che i superamenti della velocità limite prestabilita sull'asse o i guasti dell'azionamento possono molte volte venire riconosciuti già prima che il superamento o il guasto vengano effettivamente eseguiti dal motore 14. La sorveglianza dei segnali interni di regolazione è razionale non soltanto nel modo di funzionamento speciale ma anche nel funzionamento normale. Essa può venire impiegata qui in particolare per il riconoscimento tempestivo di guasti nell'azionamento.

Mantenendo il concetto base, che è quello di sorvegliare il mantenimento di una velocità di rostazione prestabilita di un azionamento in modo ridondante con l'impiego della mappior quantità possibile di segnali comunque presenti, sono possibili molteplici varianti della disposizione rappresentata in fig. 1. Ciò vale in particolare per la costruzione e la struttura del dispositivo di comando 10.

Claims

Rivendicazioni 1.-Dispositivo di azionamento con un motore a commutazione elettronica, un circuito intermedio a tensione continua, un invertitore ad esso collegato per il comando del motore, nonché con un dispositivo di sicurezza, che in un modo di funzionamentospeciale sorveglia la velocità di rotazione del motore in merito al mantenimento di un valore massimo prestabilito e interrompe l'alimentazione d'energia al motore, quando un segnale tachimetrico è maggiore del valore massimo prestabilito, il segnale tachimetrico venendo formato dal rilevamento del segnale fornito da un sensore tachimetrico, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di sicurezza ricava un altro segnale tachimetrico dall'andamento nel tempo della corrente in.almeno una.delle linee dì alimentazione di fase (17) del motore (14), rilevata da esso mediante un sensore (18, 18'). 2.-Dispositivo di azionamento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di sicurezza per_ la determinazione dell'altro segnale tachimetrico presenta_ una unità di comando centrale (20) elaborante segnali digitali, alla quale sono applicabili i valori di misura del sensore di corrente (18, 18'), digitalizzati in un convertitore A/D (21). 3.-Dispositivo di azionamento secondo la rivendcìazione 1, caratterizzato dal fatto che la determinazione dell'altro segnale tachimetrico, in particolare del secondo, avviene mediante filtraggio analogico della fondamentale dell'andamento nel tempo della corrente del motore, rilevato dal sensore di corrente (18, 18'). 4.-Dispostivo di azionamento secondo la rivendiazione 1, caratterizzato dal fatto che l'interruzione dell'alimentazione di enrgia al motore (14) avviene mediante interruzione di un interruttore di potenza elettromagnetico (16) collegato a monte del raddrizzatore di rete (11) e,o mediante disinserzione dell'invertitore (13) 5.-Dispositivo di azionamento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il confronto del segnale tachimeetrico (n) ottenuto da un sensore tachimetrico elettromeccanico (15) con il valore massimo prestabilito avviene in un circuito logico (19) indipendente dalla unità di comando centrale (20). 6.-Dispositivo di azionamento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il comando del motore (14) comprende almeno la regolazione della corrente e della velocità di rotazione, e che il dispositivo di sicurezza rileva almeno un segnale interno di regolazione che intervienedurante la regolazione, verifica che esso si trovi internamente ad un campo di valori prstabilito, e interrompe l'alimentazione di energia, se esso si trova al difuori del campo di valori prestabilito. 7.-Dispositivo di azionamento secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che la regolazione del motore avviene con struttura a cascata, in cui ad un regolatore di corrente è anteposto un regolatore tachimetrico, a quest'ultimo è anteposto un regolatore di posizione, e che il segnale interno di regolazione è il segnale di uscita del regolatore dì posizione.