WO2004070924A2 - Sicherheitsueberwachung ohne redundanz fuer einen elektrischen antrieb (mit messgeber) - Google Patents

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WO2004070924A2
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Manfred Tinebor
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Lenze Drive Systems Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00—Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02—Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0218—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults
    • G05B23/0256—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults injecting test signals and analyzing monitored process response, e.g. injecting the test signal while interrupting the normal operation of the monitored system; superimposing the test signal onto a control signal during normal operation of the monitored system
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B9/00—Safety arrangements
    • G05B9/02—Safety arrangements electric

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring an in particular electrically driven drive, which usually consists of a drive motor, a shaft and a drive object (output) coupled to the shaft.
  • an in particular electrically driven drive which usually consists of a drive motor, a shaft and a drive object (output) coupled to the shaft.
  • at least one measurement signal is required, usually also several measurement signals, which are usually called speed, acceleration and position (or angle of rotation) in drive technology.
  • the invention relates both to a method for detecting an undesired operating state and to a sensor that is secured against failure.
  • This encoder is preferably a "function resolver" which is usually referred to as a resolver in drive technology.
  • a resolver is a transformer-coupled measuring transmitter that emits a useful signal from which at least one system signal relevant to drive technology can be determined.
  • the function resolver is a rotating transformer, the output voltage of which has a clear relationship to the position of its shaft.
  • Function resolvers are therefore suitable as absolute angle encoders with a rotation range of more than 360 °, cf. see, for example, DE-C 196 35 040 (Litton), there column 1, lines 15 to 20 and column 2, lines 9 to 13. While the function resolver referred to relates to the purely mechanical structure, cf. Figure 2 there, the desired system sizes can also be determined with DE-C 38 34 384 (Lenze).
  • the latter document describes a method and a circuit arrangement for generating digital speeds and rotation angle information by means of a function resolver. In this regard, reference is made to FIG. 1 there.
  • a method according to claim 16 also provides such a problem solution.
  • the reliable measuring sensor according to claim 20 enables the generation of an error signal via a monitoring circuit, an inadmissible operating state being detected and the error signal being generated accordingly.
  • the method according to claim 30 is used, alternatively a measuring sensor according to the same claim, wherein a detuning signal is used which is fed into the closed control loop of the measuring sensor.
  • a detuning signal is used which is fed into the closed control loop of the measuring sensor.
  • This permanent supply of the detuning signal can be detected outside the measuring loop in a separate monitoring circuit, where its presence is monitored, and if this detuning signal, which is called the control signal in the monitoring circuit, fails, the error signal is emitted accordingly.
  • the monitoring circuit is also supplied with the output signal of the transmitter, which is supplied in the same way to the closed control loop, but this operating signal is part of the closed control loop. Only the monitoring circuit is outside the closed control loop and its output signal is not included in the determination of the control signal.
  • the monitoring circuit takes over the detection of the error, whereby in the case of the use of a transformer-coupled measuring sensor in the sense of the "function resolver", a test signal close to the after-control loop Circuit arrangement of the function resolver is fed.
  • the insertion of the test signal can take place particularly at the point of the control deviation, that is to say in front of the controller of the after-running circuit which has at least one integral component.
  • This test signal thus influences the entire control loop and, figuratively speaking, represents a detuning if one assumes that there is a control deviation of zero at the input of the controller of the circuit arrangement in the stationary case.
  • This stationary control deviation is still present, only it is influenced by the feed of the test signal, which in turn is fed to the monitoring circuit in the same way (in the same amplitude).
  • the safety monitoring system can recognize that a control signal does not result in zero if the detuning signal is subtracted. This allows conclusions to be drawn that there is some electrical or mechanical fault in the transmitter, which leads to a safety shutdown which is initiated at a low voltage level.
  • the presence of the test signal (claim 4, 5 or 6) is constantly monitored in the safety monitoring.
  • the test signal can be essentially constant. It can be fed in as an angle signal, specifically at the point of control deviation of the integral controller of the overrun control described above.
  • Both the safety monitoring and the overrun control are not only the test signal. But also the output signal (operating signal) of the resolver supplied (claim 2).
  • the test signal in the safety monitoring is first filtered out of the modulated operating signal of the functional resolver, and for this no specific demodulation in the safety monitoring, as is done in the overrun control by a carrier frequency, has to be carried out, the high-frequency component of the operating signal can be filtered out with a simple circuit technology (Claims 10, 11 and 12 and 17).
  • a simple circuit technology (Claims 10, 11 and 12 and 17). It should be pointed out that the functionality that is used in the initial section of the overrun control and in safety monitoring should be comparable.
  • the control signal obtained by influencing the signal with the same function should, in the normal state of the drive, essentially correspond in magnitude to the test signal, so that a subtractive combination (in the sense of a comparison of the magnitudes) leads to a zero result (claim 13).
  • the error signal can be generated (claim 14, 18).
  • a tolerance range can be provided, for example by a window comparator. There may also be a time lock before the error signal is activated.
  • error signals to be detected are not those which are “detectable and controllable by control technology”. Interference influences that can be detected in this way are to be recorded by the regular regulation or control, while the "interference variables” which cannot be influenced by this regulation are recorded separately by the safety monitoring in the sense of safety-relevant errors (claim 16).
  • this signal should be at least steady, especially designed as a constant value (claims 26, 27 and 28). Although it is fed into the control loop, its known size can be taken into account in the actual regulation (claim 28). Since it is deterministic and its amplitude is known, it can also be combined subtractively in the safety monitoring, which safety monitoring determines this test signal separately as a detuning of the control deviation of the follower in the sense of a control signal (claim 31).
  • the modulation signal used in the tracking control (of the control circuit) can be in the range from 4 to 6 kHz, in particular as a sinusoidal signal, in order to obtain a higher resolution by sampling the course of this signal or the curve shape. For example, scanning is carried out 8 times within a sine wave, which is particularly advantageous at slow speeds.
  • detuning signal also: test signal
  • test signal an impressed DC signal in the encoder, which has no influence on the measured variable due to the transformer coupling, at most an interruption could be detected, but not a short circuit, which would leave the DC signal on the encoder practically unchanged.
  • fault causes defective cables and connections that can be detected with the invention regardless of the type of fault in the area of the measuring transducer.
  • the safety monitoring initially extends to the encoder itself, but this monitoring of the encoder also monitors the drive as a whole and the object driven by the drive. Monitoring takes place at a potential low level, i.e. close to the control voltage, not on the power side.
  • Figure 1 illustrates a block diagram of a first example.
  • FIG. 2 illustrates an overview circuit diagram to illustrate the
  • Figure 3 are waveforms (a) to (f) with the first example, for different
  • Figure 4 are waveforms (a) to (f) with the first example, for different
  • FIG. 2 illustrates a schematic overview of the functional units of the security monitoring described here.
  • a functional resolver (resolver) 50 which is coupled to the shaft of the drive, is used as the encoder.
  • the function resolver has transformer-coupled windings, one of which rotates with the shaft, while the other two windings are assigned to the stator and are supplied by a control circuit 40 with two alternating signals.
  • the phase position of these alternating signals should correspond to the position or rotational position ⁇ of the drive in the stationary state.
  • the tracking control 40 is provided with an integrator as a controller, which adjusts a control difference to zero, which condition specifies that the phase position of the signal at the output of the tracking control corresponds to the position of the drive.
  • a closed control loop is thus characterized by the functional units 40, 50.
  • the operating signal U 53 of the resolver that is to say the signal induced on the rotor winding, is also fed from the control loop to a safety monitor 30, the interior of which is explained later with reference to FIG. 1.
  • This safety monitor outputs an error signal F, which indicates a state that should not occur during normal operation of the drive. It can indicate a fault in the mechanical or electrical system of the functional resolver, but it can also register an excessive speed and lead to a shutdown.
  • a detuning signal in the sense of a separate, essentially stationary signal ⁇ is supplied both to the control circuit 40 with the overrun control and to the safety monitoring 30. This signal is fed into the control loop once and on the other outside the control loop in a known manner Height also used. This similarity of the signals can be used to use the detuning signal ⁇ as a comparison signal (test signal) which is compared in the monitoring circuit 30 with a control signal which is derived from the useful signal u 53 (as the operating signal of the resolver 50).
  • FIG. 1 The more precise embodiment is shown in FIG. 1.
  • the functions described can also be found here, only in a specific implementation.
  • implementation can be either analog or digital.
  • the corresponding components can be implemented discretely or using microprocessor technology.
  • Customer-specific components can also be used, on which analog / digital converters are placed, tables for reading out a sine curve are stored and corresponding control algorithms are executed in scan control.
  • both the control circuit 40 and the monitoring circuit 30 are fed by this signal.
  • the two stator windings 51a, 51b which do not have the same orientation (are offset from one another), are fed by an output stage 49, which provides two phase-shifted signals. These are referred to as cosine and sine here if two windings are provided in the resolver 50.
  • a follow-up controller 42 is provided in the follow-up control as a PI controller. It has at least one integral component to ensure zero control deviation. This control deviation results from the physics of the resolver as a first approximation of the difference between the phase positions ⁇ and ⁇ , more precisely as the sine of this difference. If the control difference can be regulated to zero, the angle ⁇ coincides with the angle ⁇ . This makes it possible to determine the position of the drive. Upstream, in front of an angle integrator 43, a speed is measured, which is denoted by ⁇ (t). The position results from an integration of the speed with the measuring principle chosen here.
  • Both the output area of the control circuit, called the actuating section 49, and the input area 41 of the circuit arrangement 40 use a carrier frequency signal that comes from a generator 44. Serves in the entrance area this signal for demodulation, while it is used in the output area for modulating the two phase-shifted output signals.
  • a sinusoidal oscillation is used as the carrier frequency, which enables an increased resolution of the position signal, up to 21 bits, instead of essentially 16 bits, as was previously the case, when a digital carrier frequency signal is used.
  • the modulation ensures transformer signal transmission even when there is no relative movement of the three windings (two in the stator, one in the rotor).
  • Other numbers of windings for example three windings in the stator as a three-phase system can also be used.
  • a test signal ⁇ which was previously explained, intervenes in the control loop. This is inserted in front of the at least one integrator 42, 43 here at the point of the control difference in such a way that it detunes or adjusts the control difference. An influence at this point means that the follower still sets the value zero for the stationary case at the now changed control difference. This does not affect the dynamics of the system, only a change in the position measurement takes place. This change in position by intervention of the test angle ⁇ as a stationary signal can be detected in the safety monitor 30. For this purpose, the operating signal u 53 is fed to the safety monitoring. An A / D conversion 31 takes place. The signal is then filtered, the filter 32 in the example consisting of an amount 32a and a low pass 32b.
  • the low-pass filter 32b filters out the high-frequency components that are removed by the demodulation in the input area 41 of the control arrangement 40 or that have been inserted by the modulation in the control area 49 of the circuit arrangement 40 for the above-mentioned purposes.
  • the amount 32 ensures that the drive can be monitored for safety in both directions.
  • control signal u 32 After filtering, a control variable results as control signal u 32 , which is compared with the test signal ⁇ in a comparator circuit 33.
  • the comparison can take the form of a sum (with an opposite sign).
  • the test signal as a detuning signal and the control signal are "subtractively combined".
  • a signal u 33 results as a difference signal.
  • This signal should be essentially zero when the drive is in an error-free state and without malfunctions in the function resolver 50. Slight deflections during dynamic adjustment processes are possible, as well as slight deviations in amplitude, so that an error signal F is detected via a window comparator 38, which does not react too sensitively.
  • This error signal F can either be compared in amplitude with a range ⁇ u 38 within which it is not generated, for example by the window comparator 38. It can also be linked to a time circuit (not shown) in such a way that an error signal is only actively output when when the measured error signal u 33 is present for a predetermined (minimum) time period. This mode of operation can be seen as a "temporary lock".
  • the operating signal U 53 is influenced separately from the follow-up control 40 in order to be able to monitor the presence of the test angle to be assessed in terms of amplitude.
  • the fault case to be detected results from a lack of compensation in the safety monitoring 30, which is represented as a fault signal F (t) with a time delay or with a certain amplitude tolerance ⁇ u 3 s.
  • the error signal F is output in the event of a deviation or an exit from the compensation case in the safety monitoring.
  • the compensation case is the state with the electrical and mechanically properly connected and operating functional resolver 50.
  • This compensation case need not be a complete compensation of the signals in the subtraction point 33, but can be a "compensation essentially", as is evident from the description of the tolerance voltage and the time monitoring before a definitive output of the error signal F results.
  • the two output signals u51a (t) and u51b (t) are signals with a carrier frequency which are modulated by the modulator 44. This carrier frequency is only hinted at in the sampled signal, while the envelope shows the rotational frequency of the rotor. These two frequencies are clearly different; the modulation signal used in the tracking control can be in the range from 4 to 6 kHz (see page 4, last paragraph).
  • test signal ⁇ which is assumed to be constant in the example, is modulated by the carrier frequency from the modulator 44 as an amplitude-wise small signal ⁇ 'at u53, here in the example with a small amplitude below 200 mV.
  • Figures 3 and 4 show different errors, with one stator ( Figure 3) and one rotor ( Figure 4).
  • the rotor As far as the rotor is concerned, it is a short circuit of the rotor winding 53, which occurs due to an interruption or a short circuit at the assumed time t F. In the example shown, this is the case at 120 msec. This applies to both Figures 3 and 4. If the line routing between the Output of one of the converters 49 and the input of one of the windings 51a, 51b shown in the winding 51b, the signal u51 b (t) feeding here is missing after the aforementioned time t F , as illustrated in FIG. 3, illustration (b) for this fault case.
  • the modulated test signal ⁇ ' can be seen in both error cases, in two different amplitude representations, cf. 3 and 4.
  • the signal ⁇ 1 shown here is the modulated signal ⁇ , modulated by the modulator 44.
  • the two output signals u51a (t) and u51b (t) are called sine-cosine modulated by the modulator 44 Signals shown in the time range around the fault, cf. respectively the diagrams (a) and (b) of FIGS. 3 and 4.
  • the error signal F of the diagrams (f) as the output of the window comparator 38 switches to (logic) zero.
  • the error signal F thus becomes a time-dependent signal F (t) if the time is the independent variable.
  • the fault that occurs in the example of FIGS. 3 and 4 at the time 120 msec is recognized practically immediately when the line to the stator winding 51b is interrupted by a very high signal deflection of the voltage u53 (t).
  • a missing signal ⁇ 1 in Figure 4, Figure (c) is also recognized as an error, only with a small time delay of slightly more than 4 msec, due to the delay 32b provided in the circuit 30 and the very small signal deflection of the test signal at the output the winding 53.
  • the fault situation shown shows that faults in the stator as well as faults in lines to the stator and faults in the rotor or in lines from the rotor are detected. This is ensured by the supply of the test signal ⁇ not only to the circuit 40, but also to the test circuit 30, where, when the signal according to FIG. 4, figure (c) is omitted, it is decisive for causing the signal F to switch, in the absence of compensation by the Subtraction point 33.
  • the high deflection over time delay 32b is decisive, which emanates from the suddenly rising signal u53 (t) and influences the monitoring circuit 30.
  • the low-pass filter 32b as a component of the filter 32 with the amount formation 32a filters out high-frequency components which are removed (in parallel) by the demodulation in the input area 41 of the control arrangement 40. Given a window comparator 38 and a predetermined response threshold, this smoothing 32b has an effect on a time delay until F (t) responds.

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Abstract

Die Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zum Erfassen von nicht erwünschten Betriebszuständen einer Antriebseinrichtung. Ein transformatorisch zwischen einer Stator und Rotorseite gekoppelter Messgeber (50) wird von einer Steuerschaltung (40) zur Erfassung eines Lagewertes oder eines Drehzahlwertes des Antriebs angesteuert. Ein Fehlersignal (F) wird abgegeben, wenn ein nicht erwünschter Betriebszustand eintritt. Einer Sicherheitsüberwachung (30) wird zur Bestimmung und Abgabe dieses Fehlersignals (F) ein Prüfsignal ( ) zugeführt, welches Prüfsignal ebenso der Steuerschaltung (40) zugeführt wird. Dort wirkt es als Verstimmung und wird in der Überwachung (30) auf Anwesenheit geprüft.

Description

Sicherheitsueberwachung ohne Redundanz fuer einen elektrischen Antrieb (mit Messgeber)
Die Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zum Überwachen eines insbesondere elektrisch angetriebenen Antriebs, der üblicherweise aus einem Antriebsmotor, einer Welle und einem mit der Welle gekoppelten Antriebsobjekt (Abtrieb) besteht. Bei solchen Antrieben wird zumindest ein Messsignal benötigt, meist auch mehrere Mess- Signale, die in der Antriebstechnik üblicherweise Drehzahl, Beschleunigung und Lage (oder Drehwinkel) genannt werden.
Die Erfindung bezieht sich dabei sowohl auf ein Verfahren zur Erfassung eines unerwünschten Betriebszustandes, wie auch auf einen Meßgeber, der gegen Ausfall gesichert ist. Dieser Messgeber ist bevorzugt ein "Funktionsdrehmelder", der in der Antriebstechnik üblicherweise als Resolver bezeichnet wird. Inhaltlich ist ein Resolver ein transformatorisch gekoppelter Messgeber, der ein Nutzsignal abgibt, aus dem zumindest ein für die Antriebstechnik relevantes Systemsignal bestimmt werden kann.
Vom technischen Funktionsprinzip her ist der Funktionsdrehmelder ein rotierender Transformator, dessen Ausgangsspannung eine eindeutige Beziehung zur Position seiner Welle hat. Funktionsdrehmelder eignen sich deshalb als absolute Winkelgeber mit einem Drehbereich von grösser 360°, vgl. dazu beispielsweise die DE-C 196 35 040 (Litton), dort Spalte 1 , Zeilen 15 bis 20 sowie Spalte 2, Zeilen 9 bis 13. Während sich bei der bezogenen Schrift der Funktionsdrehmelder auf den rein mechanischen Aufbau bezieht, vgl. die dortige Figur 2, ist die Bestimmung der gewünschten Systemgrößen auch mit der DE-C 38 34 384 (Lenze) möglich. In letzterer Schrift ist ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung von digitalen Drehzahlen und Drehwinkelinformationen mittels eines Funktionsdrehmelders beschrieben. Dazu sei auf die dortige Figur 1 verwiesen. Sie zeigt eine Regelschaltung als Nachlaufregler, mit der aus einem Betriebssignal der Rotorwicklung des Resolvers die Schaltungsanordnung gespeist wird, welche mit einem Regler eine Regeldifferenz auf Null regelt. Im stationären Zustand entspricht die Ausgangsgröße des Reglers dann der Drehzahl und ihr Integral der Lage (dort "Winkelausgabe" genannt).
Besonders in einer rauhen Umgebung, aber auch bei langfristigem Gebrauch muß sichergestellt werden, daß Antriebe keine unzulässige Betriebszustände einnehmen, also keine zu hohen Drehzahlen erfahren, wenn beispielsweise das Meßglied für die Drehzahlmessung ausfällt, wie durch einen elektrischen oder mechanischen Fehler im Drehgeber. Solche Probleme werden im Stand der Technik meist durch Redundanz gelöst, namentlich durch Einsatz von mehreren Drehgebern, die dann im Rahmen einer Vergleichsmessung oder einer Mehrheitsentscheidung (bei zumindest drei Messgebern) eine Sicherheitsüberwachung erlauben.
Es ist eine technische Problemstellung der Erfindung, Sicherheit ohne Redundanz zu ermöglichen, und diese Sicherheit für Betriebssignale in der Antriebstechnik zur Verfügung zu stellen. Es sollen dabei keine zusätzlichen Geber für die genannten Betriebssginale erforderlich sein und dennoch soll eine sicherheitsgerichtete Drehzahlbegrenzung eines Antriebs zur Erzielung hoher Schutzlevel möglich werden.
Erreicht wird das gemäß der Erfindung mit einem Verfahren nach Anspruch 1. Alternativ stellt auch ein Verfahren naph Anspruch 16 eine solche Problemlösung bereit. Der in der Sicherheit zuverlässige Messgeber nach Anspruch 20 ermöglicht die Generierung eines Fehlersignals über eine Überwachungsschaltung, wobei ein nicht zulässiger Betriebszustand erfaßt und das Fehlersignal entsprechend erzeugt wird.
Im generellen Bereich der Antriebstechnik findet das Verfahren nach Anspruch 30 Anwendung, alternativ ein Messgeber nach selbigem Anspruch, wobei ein Verstimmungssignal eingesetzt wird, das in die geschlossene Regelschleife des Messgebers eingespeist wird. Diese dauerhafte Einspeisung des Verstimmungssignals kann außerhalb der Meßschleife in einer gesonderten Überwachungsschaltung detektiert werden, wo seine Anwesenheit überwacht wird und bei Ausbleiben dieses - in der Überwachungsschaltung Kontrollsignal genannten - Verstimmungssignals wird das Fehlersignal entsprechend abgegeben. Der Überwachungsschaltung wird auch das Ausgangssignal des Messgebers zugeführt, welches in gleicher weise dem geschlossenen Regelkreis zugeführt wird, wobei aber dieses Betriebssignal Teil der geschlossenen Regelschleife ist. Lediglich die Überwachungsschaltung liegt außerhalb der geschlossenen Regelschleife und ist mit ihrem Ausgangssignal nicht in die Ermittlung des regelungstechnischen Signals einbezogen.
Mit dieser besonderen Überwachung werden alle elektrischen Fehler des Drehmelders und dessen Anschlußleitung, wie Unterbrechung oder Kurzschluß, festgestellt und das Fehlersignal entsprechend generiert.
Die Überwachungsschaltung übernimmt die Erkennung des Fehlers, wobei für den Fall des Einsatzes eines transformatorisch-gekoppelten Messgebers im Sinne des "Funktionsdrehmelders" ein Prüfsignal nahe dem Nach lauf regelkreis der Schaltungsanordnung des Funktionsdrehmelders eingespeist wird. Besonders an der Stelle der Regelabweichung, also vor dem zumindest einen Integralanteil aufweisenden Regler des Nach lauf kreises kann die Einfügung des Prüfsignals stattfinden. Dieses Prüfsignal beeinflußt damit den gesamten Regelkreis und stellt bildlich gesprochen eine Verstimmung dar, wenn man davon ausgeht, daß am Eingang des Reglers der Schaltungsanordnung im stationären Fall eine Regelabweichung von Null vorliegt. Diese stationäre Regelabweichung liegt weiterhin vor, nur ist sie beeinflußt von der Einspeisung des Prüfsignals, das seinerseits der Überwachungsschaltung in gleicher Weise (in gleicher Amplitude) zugeführt wird.
Kommt es zu einer Störung des Funktionsdrehmelders, kann die Sicherheitsüberwachung erkennen, daß ein Kontrollsignal sich nicht zu Null ergibt, wenn das Verstimmungssignal subtrahiert wird. Das läßt den Rückschluß darauf zu, daß irgend ein elektrischer oder mechanischer Fehler am Messgeber vorliegt, was zu einer Sicherheitsabschaltung führt, die auf einer niedrigen Spannungsebene veranlaßt wird. Das Vorhandensein des Prüfsignals (Anspruch 4, 5 oder 6) wird ständig in der Sicherheitsüberwachung überwacht. Dabei kann das Prüfsignal im wesentlichen konstant sein. Es kann als Winkelsignal eingespeist werden, spezifisch an der zuvor beschriebenen Stelle der Regelabweichung des Intergralreglers der Nachlaufregelung.
Sowohl der Sicherheitsüberwachung, als auch der Nachlaufregelung wird nicht nur das Prüfsignal. Sondern auch das Ausgabesignal (Betriebssignal) des Resolvers zugeführt (Anspruch 2).
Beispiele von zu erkennenden Fehlern sind eine Grenz-Drehzahlüberwachung (Anspruch 7).
Die Bestimmung des Drehzahlwertes oder des Lagewertes in der Nachlaufregelung erfolgt so, wie im Stand der Technik eingangs erläutert (Anspruch 9).
Nachdem das Prüfsignal in der Sicherheitsüberwachung zunächst aus dem modulierten Betriebssignal des Funktionsdrehmelders herausgefiltert wird, und dazu keine spezifische Demodulation in der Sicherheitsüberwachung vorgenommen werden muß, wie sie in der Nachlaufregelung durch eine Trägerfrequenz vorgenommen wird, kann mit einer einfachen Schaltungstechnik der Hochfrequenzanteil des Betriebssignales ausgefiltert werden (Anspruch 10, 11 und 12 sowie 17). Dabei ist darauf zu verweisen, daß die Funktionalität vergleichbar sein sollte, die im Anfangsabschnitt der Nachlaufregelung und bei der Sicherheitsüberwachung Einsatz findet. Das durch die funktioneil gleiche Beeinflussung des Signals gewonnene Kontrollsignal sollte im Normalzustand des Antriebes betragsmäßig im wesentlichen dem Prüfsignal entsprechen, so daß eine subtraktive Kombination (im Sinne eines Vergleichs der betragsmäßigen Größen) zu einem Null-Ergebnis führt (Anspruch 13).
Liegt eine zeitlich längere oder eine betragsmäßig größere Abweichung vor, kann das Fehlersignal generiert werden (Anspruch 14,18). Um nicht zu empfindlich Fehlersignale zu detektieren, kann eine Toleranzspanne vorgesehen sein, beispielsweise durch einen Fensterkomparator. Es kann auch eine zeitliche Sperre vorliegen, bevor das Fehlersignal aktiviert wird.
Anzumerken ist, daß die zu erfassenden Fehlersignale keine solchen sind, die "regelungstechnisch erfaßbar und ausregelbar" sind. Solcherart erfaßbare Störeinflüsse sollen durch die reguläre Regelung bzw. Steuerung erfaßt werden, während die von dieser Regelung nicht beeinflußbaren "Störgrößen" im Sinne von sicherheitsrelevanten Fehlern durch die Sicherheitsüberwachung gesondert erfaßt werden (Anspruch 16).
Um den Einfluß durch das Prüfsignal deterministisch zu halten, sollte dieses Signal zumindest stetig sein, besonders als ein konstanter Wert ausgebildet werden (Anspruch 26, 27 und 28). Es wird zwar in den Regelkreis eingespeist, kann aber bei seiner bekannten Größe in der eigentlichen Regelung berücksichtigt werden (Anspruch 28). Da es deterministisch und in seiner Amplitude bekannt ist, kann es auch in der Sicherheitsüberwachung subtraktiv kombiniert werden, welche Sicherheitsüberwachung dieses Prüfsignal als Verstimmung der Regelabweichung des Nachlaufreglers im Sinne eines Kontrollsignals gesondert bestimmt (Anspruch 31).
Das in der Nachlaufregelung (der Steuerschaltung) verwendete Modulationssignal kann im Bereich von 4 bis 6 kHz liegen, insbesondere als sinusförmiges Signal, um durch eine Abtastung des Verlaufs dieses Signals, bzw. der Kurvenform eine höhere Auflösung zu erhalten. Beispielsweise wird innerhalb einer Sinus-Schwingung 8 mal abgetastet, was insbesondere bei langsamen Drehzahlen von Vorteil ist.
Besonders vorteilhaft ist der Einsatz des Verstimmungssignals (auch: Prüfsignals) zur Erkennung von Kurzschlüssen in den Anschlußleitungen, den Verbindungsstellen oder der Wicklung des Messgebers. Mit einem aufgeprägten Gleichsignal im Messgeber, der auf die Meßgröße keinen Einfluß aufgrund der transformatorischen Kopplung besitzt, könnte allenfalls eine Unterbrechung detektiert werden, nicht aber ein Kurzschluß, der das Gleich-Stromsignal am Messgeber praktisch unverändert belassen würde. Meist sind Fehlerursachen defekte Kabel und Anschlüsse, die mit der Erfindung unabhängig von der Art des Fehlers im Bereich des Messgebers erkannt werden können.
Mit der Erfindung kann Sicherheit ohne zusätzliche Redundanz von Drehgebern zur Verfügung gestellt werden. Es kann demzufolge für eine Antriebsanwendung nur ein solcher sicherheitsüberwachter Sensor, beispielsweise als Funktionsdrehmelder, verwendet werden. Nicht ausgeschlossen ist die Verwendung weiterer Sensoren, wenn es das Anwendungsgebiet erfordert.
Die Sicherheitsüberwachung erstreckt sich dabei zunächst auf den Drehgeber selbst, mit dieser Überwachung des Drehgebers wird aber auch der Antrieb als Ganzes und das von dem Antrieb angetriebene Objekt ebenfalls in der Sicherheit überwacht. Die Überwachung erfolgt auf einem potentialmäßig niedrigen Pegel, also nahe der Steuerspannung, nicht auf der Leistungsseite.
Erfindungsgemäß können Kosten durch die Einsparung weiterer redundanter Geber reduziert werden. Montageaufwand kann vermieden werden und Sicherheit kann gleichwohl gewonnen werden.
Ausführungsbeispiele erläutern und ergänzen die Erfindung.
Figur 1 veranschaulicht ein Blockschaltbild eines ersten Beispiels.
Figur 2 veranschaulicht einen Übersichtsschaltplan, zur Verdeutlichung des
Prüfsignals ε.
Figur 3 sind Signalverläufe (a) bis (f) mit dem ersten Beispiel, für verschiedene
Fehlerzustände, die erfasst werden.
Figur 4 sind Signalverläufe (a) bis (f) mit dem ersten Beispiel, für verschiedene
Fehlerzustände, die erfasst werden.
Figur 2 veranschaulicht eine schematische Übersicht über die Funktionseinheiten der hier beschriebenen Sicherheits-Überwachung. Als Messgeber wird ein Funktionsdrehmelder (Resolver) 50 angewendet, der mit der Welle des Antriebes gekoppelt ist. Der Funktionsdrehmelder weist dabei transformatorisch gekoppelte Wicklungen auf, von denen eine mit der Welle mitdreht, während die beiden anderen Wicklungen dem Stator zugeordnet sind und von einer Steuerschaltung 40 mit zwei Wechselsignalen versorgt werden. Die Phasenlage dieser Wechselsignale soll im stationären Zustand der Lage bzw. Drehlage α des Antriebs entsprechen. Dazu ist die Nachlaufregelung 40 mit einem Integrator als Regler versehen, der eine Regeldifferenz auf Null ausregelt, welcher Zustand vorgibt, daß die Phasenlage des Signals am Ausgang der Nachlaufregelung der Lage des Antriebs entspricht.
Mit den Funktionseinheiten 40, 50 ist damit ein geschlossener Regelkreis charakterisiert. Aus dem Regelkreis wird das Betriebssignal U53 des Resolvers, also das auf der Rotorwicklung induzierte Signal, auch einer Sicherheitsüberwachung 30 zugeführt, deren Innenleben anhand der Figur 1 später erläutert wird. Diese Sicherheitsüberwachung gibt ein Fehlersignal F aus, welches einen Zustand kennzeichnet, der im normalen Betrieb des Antriebs nicht auftreten sollte. Er kann einen Fehler der Mechanik oder Elektrik des Funktionsdrehmelders kennzeichnen, er kann aber auch eine überhöhte Drehzahl registrieren und zu einer Abschaltung führen.
Ein Verstimmungssignal im Sinne eines gesonderten, im wesentlichen stationären Signals ε wird sowohl der Steuerschaltung 40 mit der Nachlaufregelung wie auch der Sicherheitsüberwachung 30 zugeführt. Damit wird dieses Signal einmal in den Regelkreis eingespeist und zum anderen außerhalb des Regelkreises in bekannter Höhe ebenfalls verwendet. Diese Gleichheit der Signale kann dazu verwendet werden, das Verstimmungssignal ε als Vergleichssignal (Prüfsignal) zu verwenden, das in der Überwachungsschaltung 30 mit einem Kontrollsignal vergleichen wird, welches aus dem Nutzsignal u53 (als Betriebssignal des Resolvers 50) hergeleitet wird.
Die genauere Ausführung ist die Figur 1. Auch hier finden sich die beschriebenen Funktionen wieder, nur in einer spezifischen Realisierung. Die Realisierung kann in Schaltungstechnik entweder analog oder digital erfolgen. Die entsprechenden Bauelemente können dabei diskret, oder über Mikroprozessor-Technik realisiert sein. Es können auch kundenspezifische Bauteile Anwendung finden, auf denen Analog/Digital-Wandler platziert werden, Tabellen zum Auslesen eines Sinusverlaufes abgelegt sind und entsprechende Regelalgorithmen in Abtastregelung ausgeführt werden.
Ausgehend von dem schematisch dargestellten Drehmelder 50 mit seiner rotierenden Rotorwicklung 53 und dem von ihr abgegebenen Betriebssignal u53 wird sowohl die Steuerschaltung 40, wie auch die Überwachungsschaltung 30 von diesem Signal gespeist. Die beiden Statorwicklungen 51a, 51b, die nicht dieselbe Orientierung haben (gegeneinander versetzt sind), werden von einer Ausgangsstufe 49 gespeist, die zwei phasenverschobene Signale bereitstellt. Diese werden als Cosinus und Sinus hier bezeichnet, wenn zwei Wicklungen im Drehmelder 50 vorgesehen sind.
In der Nachlaufregelung ist ein Nachlaufregler 42 als Pl-Regler vorgesehen. Er hat zumindest einen Integralanteil, um für eine Regelabweichung Null zu sorgen. Diese Regelabweichung ergibt sich aus der Physik des Resolvers als in erster Näherung zur Differenz der Phasenlagen α und φ, genauer als Sinus dieser Differenz. Kann die Regeldifferenz auf Null geregelt werden, stimmt der Winkel α mit dem Winkel φ überein. Damit ist eine Lagebestimmung des Antriebs möglich. Vorgelagert, vor einem Winkelintegrator 43, wird eine Drehzahl gemessen, die mit ω(t) bezeichnet ist. Die Lage ergibt sich durch eine Integration der Drehzahl bei dem hier gewählten Meßprinzip.
Ausgehend von der Drehlage φ(t) können über Tabellen zwei um 90° phasenversetzte Schwingungskurven usιa( ) und Uδib( ) zunächst digital und dann analog gebildet werden, die die Steuersignale für die beiden Statorwicklungen 51a, 51 b bilden.
Sowohl der Ausgangsbereich der Steuerschaltung, Stellabschnitt 49 genannt, wie auch der Eingangsbereich 41 der Schaltungsanordnung 40, verwenden ein Trägerfrequenzsignal, das von einem Generator 44 ausgeht. Im Eingangsbereich dient dieses Signal zur Demodulation, während es im Ausgangsbereich zur Modulation der beiden phasenverschobenen Ausgangssignale verwendet wird. Als Trägerfrequenz findet eine Sinusschwingung Anwendung, die eine erhöhte Auflösung des Lagesignals möglich macht, bis hin zu 21bit, statt wie bisher im wesentlichen 16bit, bei Verwendung eines digitalen Trägerfrequenz-Signals. Mit der Modulation im Ausgangsbereich (vor den A/D-Wandlern) kann eine Auflösung des Messgeber-Ausgangssignals U53 auch bei langsamen Drehzahlen, bis hin zum Stillstand ermöglicht werden. Die Modulation sorgt für eine transformatorische Signalübertragung auch dann, wenn keine Relativbewegung der drei eingezeichneten Wicklungen (zwei im Stator, eine im Rotor) erfolgt. Andere Anzahlen von Wicklungen (beispielsweise drei Wicklungen im Stator als Dreiphasen- System) sind ebenfalls verwendbar.
In die Regelschleife greift ein Prüfsignal ε ein, das zuvor erläutert war. Dieses ist vor dem zumindest einen Integrator 42,43 hier an der Stelle der Regeldifferenz so eingefügt, daß es die Regeldifferenz verstimmt, bzw. verstellt. Ein Einfluß an dieser Stelle führt dazu, daß der Nachlaufregler an der nunmehr veränderten Regeldifferenz noch immer den Wert Null für den stationären Fall einstellt. Die Dynamik des Systems wird dadurch nicht beeinflußt, lediglich eine Veränderung der Lagemessung findet statt. Diese Lageveränderung durch Eingriff des Prüfwinkels ε als stationäres Signal kann in der Sicherheitsüberwachung 30 detektiert werden. Dazu wird der Sicherheitsüberwachung das Betriebssignal u53 zugeführt. Eine A/D-Wandlung 31 findet statt. Danach wird das Signal gefiltert, wobei der Filter 32 im Beispiel aus einer Betragsbildung 32a und einem Tiefpass 32b besteht. Der Tiefpass 32b filtert die Hochfrequenzanteile aus, die durch die Demodulation im Eingangsbereich 41 der Steueranordnung 40 herausgenommen werden bzw. von der Modulation im Stellbereich 49 der Schaltungsanordnung 40 zu den oben genannten Zwecken eingefügt worden sind. Durch die Betragsbildung 32 ist sichergestellt, daß der Antrieb in beiden Richtungen sicherheitsüberwacht werden kann.
Es ergibt sich nach Filterung eine Kontrollgröße als Kontrollsignal u32, welches mit dem Prüfsignal ε in einer Vergleicherschaltung 33 verglichen wird. Der Vergleich kann sich als eine Summenbildung (mit einem umgekehrten Vorzeichen) darstellen. Mit anderen Worten werden das Prüfsignal als Verstimmungssignal und das Kontrollsignal "subtraktiv kombiniert".
Es ergibt sich ein Signal u33 als Differenzsignal. Dieses Signal sollte im fehlerfreien Zustand des Antriebs und ohne Störungen des Funktionsdrehmelders 50 im wesentlichen Null betragen. Leichte Auslenkungen bei dynamischen Stellvorgängen sind möglich, wie auch geringfügige Abweichungen hinsichtlich der Amplitude, so daß über ein Fensterkomparator 38 ein Fehlersignal F detektiert wird, das nicht zu empfindlich reagiert.
Dieses Fehlersignal F kann entweder in der Amplitude mit einer Spanne Δu38 verglichen werden, innerhalb derer es nicht erzeugt wird, beispielsweise durch den Fensterkomparator 38. Es kann auch mit einer nicht dargestellten Zeitschaltung so verknüpft werden, das ein Fehlersignal aktiv erst dann ausgegeben wird, wenn das gemessene Fehlersignal u33 eine vorgegebene (minimale) Zeitspanne lang vorliegt. Diese Betriebsweise kann als eine "kurzzeitige Sperrung" angesehen werden.
Nicht dargestellt sind bekannte Antriebe und Abtriebe, die der Fachmann sinngemäß so ergänzt, daß sie mit dem Funktionsdrehmelder in eine geeignete mechanische Verbindung gebracht werden. Ebenfalls nicht dargestellt ist die eigentliche Steuerung bzw. Regelung, mit der der Antrieb betrieben wird, ausgehend von den mit der Figur 1 erfaßten Drehgrößen, wie der Drehzahl oder der Lage, ergänzend ggf. auch einer gemessenen Beschleunigung.
Der Verlauf des Prüfsignals ist hier als Beispiel ein stationärer Prüfwinkel ε = constant vorgesehen, der langfristig die Steuerschaltung beeinflußt. Er wird durch die eigentliche Regelung des Antriebs nicht ausgeregelt.
Vergleichend wurde zuvor gegenübergestellt, daß das Betriebssignal U53 im Eingangsbereich der Steuerschaltung 40 und im Eingangsbereich der Sicherheitsüberwachung 30 funktioneil gleich behandelt wird. Vom Ergebnis her beträgt die eigentliche Regeldifferenz vor der Einflußnahme des Prüfwinkels ε, also vor der Additionsstelle 42a, im stationären Zustand Null. Damit sind die beiden Eingangsabschnitte funktioneil gleich, selbst wenn sie schaltungstechnisch anders ausgeführt wird.
Nachdem die Summationsstelle 42a in der Sicherheitsüberwachung als Differenzbildner 33 arbeitet, ist erkennbar, daß sowohl am Fensterkomparator 38 (Differenzsignal u33), wie auch am Eingang des Nachlaufreglers 42 stationär keine Signalkomponente anliegen sollte. Für den zu detektierenden unerwünschten Betriebszustand ist das anders. Zwar wird der Nachlaufregler für eine gewisse Zeitspanne noch immer eine Regeldifferenz auf Null regeln, aber hierbei hat der Fensterkomparator bereits angesprochen und zeigt einen unerwünschten Betriebszustand über das Fehlersignal F an, auch F(t) genannt, wobei in einem Beispiel F(t) = 0, wenn t > tF, mit tF = Zeitpunkt des Fehlerfalls.
Aus dieser vergleichenden Gegenüberstellung wird deutlich, daß gesondert von der Nachlaufregelung 40 eine unabhängige Beeinflussung des Betriebssignals U53 erfolgt, um das Vorhandensein des amplitudenmäßig zu bewertenden Prüfwinkels überwachen zu können. Der zu detektierende Fehlerfall ergibt sich aus fehlender Kompensation in der Sicherheitsüberwachung 30, der mit Zeitverzögerung oder mit einer gewissen amplitudenmäßigen Toleranz Δu3s als Fehlersignal F(t) dargestellt wird.
Die Ausgabe des Fehlersignals F erfolgt mit anderen Worten bei einer Abweichung bzw. einem Verlassen des Kompensationsfalls in der Sicherheitsüberwachung. Der Kompensationsfall ist der Zustand mit elektrisch und mechanisch ordnungsgemäß angeschlossenem und arbeitendem Funktionsdrehmelder 50. Dieser Kompensationsfall muß nicht eine völlige Kompensation der Signale in der Subtraktionsstelle 33 sein, sondern kann eine "Kompensation im wesentlichen" sein, wie sich durch Beschreibung der Toleranzspannung und der Zeitüberwachung vor einer definitiven Ausgabe des Fehlersignals F ergibt.
Signaldiagramme für das Ausführungsbeispiel werden im Folgenden erläutert. Sie sind in Figur.1 drei Punkten im Schaltungsplan zugeordnet. Die beiden Ausgangssignale u51a(t) und u51b(t) sind Signale mit einer Trägerfrequenz, welche durch den Modulator 44 moduliert sind. Diese Trägerfrequenz ist im gesampleten (abgetasteten) Signal nur andeutungsweise zu erkennen, während die Hüllkurve die Drehfrequenz des Rotors wiedergibt. Diese beiden Frequenzen sind deutlich unterschiedlich; das in der Nachlaufregelung verwendete Modulationssignal kann im Bereich von 4 bis 6 kHz liegen (vgl. Seite 4, letzter Absatz).
Das im Beispiel konstant angenommene Prüfsignal ε ist moduliert durch die Trägerfrequenz vom Modulator 44 als amplitudenmäßig kleines Signal ε' bei u53 ersichtlich, hier in Beispiel mit einer kleinen Amplitude unter 200mV.
Für einen anzunehmenden Fehlerfall zeigen die Figuren 3 und 4 unterschiedliche Fehler, bei einmal Stator (Figur 3) und einmal Rotor (Figur 4). Soweit der Rotor betroffen ist, handelt es sich um einen Leitungsschluß der Rotorwicklung 53, welcher durch eine Unterbrechung oder durch einen Kurzschluß zum angenommenen Zeitpunkt tF eintritt. Dieses ist im dargestellten Beispiel zum Zeitpunkt 120 msec der Fall. Dies gilt für beide Figuren 3 und 4. Bei einer Unterbrechung der Leitungsführung zwischen dem Ausgang eines der Wandler 49 und dem Eingang einer der Wicklungen 51a, 51b dargestellt bei der Wicklung 51b, fehlt nach dem genannten Zeitpunkt tF das hier speisende Signal u51 b(t), wie Figur 3, Abbildung (b) für diesen Fehlerfall veranschaulicht.
Das modulierte Prüfsignal ε' ist in beiden Fehlerfällen ersichtlich, in zwei unterschiedlichen Amplitudendarstellungen, vgl. jeweils das Diagramm (c) von Figuren 3 und 4. Das hier gezeigte Signal ε1 ist das modulierte Signal ε, moduliert vom Modulator 44. Die beiden Ausgangssignale u51a(t) und u51b(t) werden als vom Modulator 44 modulierte Sinus-Cosinus-Signale gezeigt, im zeitlichen Bereich um den Fehlerfall herum, vgl. jeweils die Diagramme (a) und (b) von Figuren 3 und 4.
Nach Eintritt des Fehlerfalls zum Zeitpunkt tF schaltet das Fehlersignal F der Diagramme (f) als Ausgang des Fensterkomparators 38 auf (logisch) Null. Damit wird das Fehlersignal F zu einem zeitabhängigen Signal F(t), wenn die Zeit die unabhängige Größe ist. Der im Beispiel der Figuren 3 und 4 zum Zeitpunkt 120 msec eintretende Fehlerfall wird bei einer Unterbrechung der Leitung zur Statorwicklung 51b praktisch sofort erkannt, durch einen sehr hohen Signalausschlag der Spannung u53(t). Auch ein fehlendes Signal ε1 in Figur 4, Abbildung (c) wird als Fehlerfall erkannt, nur mit einer kleinen Zeitverzögerung von etwas mehr als 4 msec, aufgrund der in der Schaltung 30 vorgesehenen Verzögerung 32b und des gegebenen sehr geringen Signalausschlags des Prüfsignals am Ausgang der Wicklung 53.
Die gezeigten Fehlersituation zeigen, dass sowohl Fehler im Stator, wie auch Fehler von Leitungen zum Stator, wie auch Fehler im Rotor oder in Leitungen vom Rotor erfasst werden. Dafür sorgt die Zuführung des Prüfsignals ε nicht nur zu der Schaltung 40, sondern auch zur Prüfschaltung 30, wo sie bei Wegfall des Signals nach Figur 4, Abbildung (c) ausschlaggebend ist für die Veranlassung des Schaltens des Signals F, bei fehlender Kompensation durch die Subtraktionsstelle 33. Im anderen Fehlerfall nach Figur 3, Abbildung (c), ist der hohe Ausschlag über die Zeitverzögerung 32b maßgebend, welcher von dem sprunghaft stark ansteigenden Signal u53(t) ausgeht und auf die Überwachungsschaltung 30 Einfluss nimmt. Der Tiefpass 32b als Bestandteil des Filters 32 mit der Betragsbildung 32a filtert Hochfrequenzanteile aus, welche (parallel) durch die Demodulation im Eingangsbereich 41 der Steueranordnung 40 herausgenommen werden. Diese Glättung 32b wirkt sich bei gegebenem Fensterkomparator 38 und vorgegebener Ansprechschwelle auf eine Zeitverzögerung aus, bis zum Ansprechen von F(t).
Je größer der Signalausschlag ist, vgl. Figur 3, Abbildung (c), oder bei geringerem Ausschlag Figur 4, Abbildung (c), desto schneller ist das Ansprechen des Fehlersignals F(t), jeweils dargestellt in den Figuren 3 und 4 in der Abbildung (f).

Claims

Ansprüche:
1. Verfahren zum Erfassen von nicht erwünschten Betriebszuständen einer Antriebseinrichtung, wobei
(a) ein transformatorisch zwischen einer Stator- und Rotorseite gekoppelter Messgeber (50) mit einer Steuerschaltung (40) zur Erfassung eines Lagewertes oder eines Drehzahlwertes des Antriebs verwendet wird;
(b) ein Fehlersignal (F) abgegeben wird, wenn ein nicht erwünschter Betriebszustand eintritt;
(c) einer Sicherheitsüberwachung (30) zur Bestimmung und Abgabe des Fehlersignals (F) ein Prüfsignal (ε) zugeführt wird, welches Prüfsignal ebenso der Steuerschaltung (40) zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Sicherheitsüberwachung (30) und der
. Steuerschaltung (40) ein bzw. dasselbe Betriebssignal (U53) des transformatorisch gekoppelten Messgebers (50) zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der nicht erwünschte Betriebszustand ein Kurzschluß im Bereich des Messgebers (50) oder seiner Anschlußleitungen ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Prüfsignal (ε) im wesentlichen konstant ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, wobei das Prüfsignal ein Winkelsignal ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, wobei das Prüfsignal (ε) an einer Stelle der Steuerschaltung (40) angreift, welche vor zumindest einem Integrator (42,43) gelegen ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der nicht erwünschte Betriebszustand zumindest einer der folgenden ist:
(i) Drehzahlüberhöhung;
(ii) Überschreiten einer vorgegebenen Grenzdrehzahl;
(iii) elektrischer Fehler im Messgeber (50);
(iv) elektrischer Fehler im Bereich von Anschlüssen oder Leitungsführungen des Messgebers (50); (v) mechanischer Fehler im Bereich des Messgebers (50).
8. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Messgeber (50) ein Signalgeber ist, zur Bestimmung oder Berechnung zumindest eines Betriebssignals der Antriebstechnik an der Antriebseinrichtung, insbesondere ausgebildet als ein Funktionsdrehmelder oder Resolver.
9. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Steuerschaltung (40) eine Nachlaufregelung (42,49) ausführt, um zumindest einen Drehzahlwert (ω) aus dem Betriebssignal (U53) zu berechnen und abzugeben.
10. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Sicherheitsüberwachung (30) das Betriebssignal (U53) eingangs oder anfangs funktionell ebenso beeinflußt (31 ,32), wie die Steuerschaltung (40), aber gesondert davon.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die gesonderte Beeinflussung unabhängig von einer entsprechenden Beeinflussung in der Steuerschaltung (40) ist.
12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die gesonderte Beeinflussung eine AD-Wandlung und eine Glättung (32b) umfaßt, zur Unterdrückung eines hochfrequenten Anteils (44) des Betriebssignals (u53).
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das beeinflußte, geglättete Betriebssignal mit dem Prüfsignal (ε) differenzbildend zusammengefaßt wird (33), zum Erhalt eines Differenzsignals (U33).
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei eine Toleranzspanne (Δu3s) mit dem Differenzsignal (u33) verglichen wird, um das Fehlersignal (F;F(t)) abzugeben, wenn das Differenzsignal die Toleranzspanne verläßt.
15. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Messgeber (50) an einer Welle des Antriebs montiert ist, um abhängig von der Drehung der Welle das Betriebssignal (u53) als Ausgangssignal einer mit der Welle mechanisch gekoppelten transformatorischen Wicklung (53) abzugeben.
16. Verfahren zum Erfassen bzw. Erkennen von nicht regelungstechnisch erfaßbaren und ausregelbaren Störeinflüssen auf einen - insbesondere elektrischen - Antrieb mit einem Messgeber (50), dessen Ausgangssignal (u53) zur "regelungstechnischen Regelung" des Antriebs verwendet wird, wobei
(i) ein Nutzsignal und ein Verstimmungssignal (ε,U53) sowohl einer dem
Messgeber (50) nachgeordneten Steuerschaltung (40), wie auch einer
Überwachungsschaltung (30) zugeführt werden; (ii) in der Überwachungsschaltung das Verstimmungssignal und das
Nutzsignal subtraktiv kombiniert werden (33); (iii) bei Verlassen einer Kompensation im wesentlichen, durch die
Kombination in der Überwachungsschaltung (30,33), ein
Fehlersignal (F;F(t)) generiert wird (38).
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Nutzsignal in der Überwachungsschaltung (30) geglättet, insbesondere auch gleichgerichtet wird (32a), bevor es subtraktiv kombiniert wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Generierung des Fehlersignals (F) über eine betragsmäßige oder eine zeitmäßige Schwelle (Δu38) kurzzeitig gesperrt wird (38).
19. Verfahren nach Anspruch 16, wobei ein niederfrequenter Anteil des Nutzsignals subtraktiv mit dem Verstimmungssignal kombiniert wird (33).
20. Messgeber mit einem Stator und einem Rotor, zur Montage an einer
Antriebswelle und Messung von Drehsignalen, wie Drehzahl, Beschleunigung oder Lage (α,ω,φ) eines Antriebs, wobei
(1) eine Steuerschaltung (40) mit einer Nachlaufregelung (42,49) vorgesehen ist, welche über einen Stellabschnitt (49) zumindest zwei Wicklungen (51 a,51 b) des Messgeber (50) speist oder zur entsprechenden Speisung ausgebildet ist;
(2) eine relativ zum Stator rotierbare weitere Wicklung (53) auf dem Rotor des Messgebers (50) angeordnet ist, zur Abgabe eines Betriebssignals (u53);
(3) eine gesonderte Überwachungsschaltung (30) vorgesehen ist, welcher ebenso wie der Steuerschaltung (40) das Betriebssignal zuführbar ist, zur Bestimmung und Abgabe eines Fehlersignals (F).
21. Messgeber nach Anspruch 20, wobei die Überwachungs-Schaltung (30) gesondert von der Steuerschaltung (40) ist.
22. Messgeber nach Anspruch 20, wobei die Überwachungs-Schaltung (30) nicht am Messgeber (50) angeordnet ist.
23. Messgeber nach Anspruch 20, wobei die Steuerschaltung mit der Nachlaufregelung zumindest einen Integralregler (43) - insbesondere als einen Pl-Regler - aufweist, welchem eine Regelabweichung zuführbar ist, die für einen stationären Zustand im wesentlichen Null beträgt.
24. Messgeber nach Anspruch 20, wobei der Steuerschaltung (40) ein Verstimmungssignal (ε) zuführbar ist, welches das Meßergebnis des Messgebers dauerhaft verfälscht und in der Überwachungsschaltung (30) als Kontrollsignal (u32,U33) aus dem Betriebssignal (U53) ausfilterbar ist.
25. Messgeber nach Anspruch 24, wobei das Verstimmungssignal (ε) auch der Überwachungs-Schaltung (30) zuführbar ist, um es mit dem gefilterten Kontrollsignal zu vergleichen, insbesondere subtraktiv zu kombinieren.
26. Messgeber nach Anspruch 20 oder Verfahren nach Anspruch 1 oder 16, wobei das Verstimmungssignal (ε) ein zumindest stetiges Signal, insbesondere ein konstanter Wert ist.
27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei der Wert eine Winkel- oder Lagegröße ist (ε).
28. Verfahren nach Anspruch 27, wobei die Lagegröße als Offset im gemessenen Lagewert vor einer Weitergabe an eine Regelung des Antriebs kompensiert wird.
29. Messgeber nach Anspruch 20, wobei in der Steuerschaltung (40) ein Frequenzgeber (44) vorgesehen ist, um mit einem stetigen Signal, insbesondere Sinussignal, zumindest eine Modulation der Ausgangssignale (u5ib,u5-ia) der Steuerschaltung (40) vorzunehmen.
30. Verfahren oder Messgeber zur betriebssicheren Erfassung zumindest eines regelungstechnisch verwendeten Signals der Antriebstechnik, wie Drehzahl, Drehlage oder Beschleunigung, wobei der Messgeber (50) in einer geschlossenen Regelschleife (53,42,
49,51a, 51 b) eingebunden ist, zur Nachführung und Bereitstellung des
Signals (ω,α) der Antriebstechnik; ein Fehlersignal (F) dadurch erzeugbar ist oder so erzeugt wird, daß in die
Regelschleife dauerhaft ein Verstimmungssignal (ε) eingespeist ist, dessen
Vorhandensein von einer gesonderten Überwachungsschaltung (30), welcher ein Ausgangssignal des Messgebers (50) zuführbar ist, überwacht wird (32,33,38), um bei einer Abweichung das Fehlersignal (F) abzugeben.
31. Verfahren oder Messgeber nach Anspruch 30, wobei das Verstimmungssignal in der gesonderten Überwachungsschaltung als Kontrollsignal vorliegt und sein Vorhandensein gegeben ist, wenn seine Amplitude im wesentlichen derjenigen Amplitude des Verstimmungssignals entspricht, welches in die Regelschleife eingespeist wird.
32. Verfahren oder Messgeber nach Anspruch 30, wobei das Verstimmungssignal (ε) eine Regelabweichung der Regelschleife vor einem zumindest einen Integralanteil aufweisenden Regler (42) verändert.
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