WO2005109132A1 - Einrichtung und verfahren zum fehlersicheren erfassen von messwerten in einer steuereinheit - Google Patents

Einrichtung und verfahren zum fehlersicheren erfassen von messwerten in einer steuereinheit Download PDF

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WO2005109132A1
WO2005109132A1 PCT/EP2005/051860 EP2005051860W WO2005109132A1 WO 2005109132 A1 WO2005109132 A1 WO 2005109132A1 EP 2005051860 W EP2005051860 W EP 2005051860W WO 2005109132 A1 WO2005109132 A1 WO 2005109132A1
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evaluation
measured values
sensors
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PCT/EP2005/051860
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Ulrich Hahn
Andreas Kuhn
Christoph Nolting
Bernd Quaschner
Johannes Welker
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for the fail-safe detection of measured values in a control unit.
  • the most precise possible determination of the position or speed of the driven control element or the drive device of the control element is required.
  • the standstill of driven shafts can be differentiated from slow rotation. End positions and other safety-relevant positions and operating states must also be recorded reliably and fail-safe.
  • the signals must be reliably detected, transmitted and evaluated so that the operational safety of the device is guaranteed.
  • the speed is formed by numerically deriving position values.
  • This operational reliability is achieved in particular through the redundant provision of encoders and evaluation devices, with the corresponding comparison and voting devices being used to conclude that the measured values generated from the encoder's measurement signals and the transmitted data are error-free, and, if applicable, from the error behavior that occurred to the source of the error and the type of error is closed. In the event of an error, the transition to a safe state is made possible.
  • the object of the invention is to enable a further simplification and cost reduction for the fail-safe recording of the measured values and the transition to a safe state.
  • the system's reliability is not to be reduced.
  • a device for the fail-safe detection of measured values in a control unit has a transmitter for detecting
  • Measurement signals Evaluation devices working independently of one another are provided for the redundant determination of measurement values from the measurement signals of the encoder.
  • the data is transmitted to the control unit by means of fail-safe transmission devices.
  • a first evaluation device for determining a measured value and a second evaluation device for determining a rough comparison value with lower accuracy are provided.
  • at least one device is provided for determining that the measured value is free of errors by checking with the comparison value.
  • two mutually checking devices are preferably provided.
  • the second evaluation device therefore does not completely determine the exact measured value. Only the signals from the encoder are evaluated and a rough comparison worth generated. The plausibility of the measured value can still be checked by the comparison value, and the causes of errors can also be determined on the basis of deviations from the measured value and the comparison value. On the other hand, the required evaluation logic is much easier and cheaper to implement than an evaluation with high accuracy. A complete independence of the evaluations is also guaranteed.
  • the evaluation unit for determining the measured value is particularly complex and cost-intensive, on the other hand particularly susceptible to failure.
  • a reduction in costs can be achieved here by the independent second evaluation unit, which only provides a rough comparison value.
  • the first and second evaluation devices are formed in the area of the transmitter.
  • a transmission device is used to transmit the comparison value and the measured value in a fail-safe manner.
  • the at least one device for determining the absence of errors is provided in a control unit arranged at a distance from the transmitter.
  • the signal transmission of the measurement signals of the encoder can be reduced to a short distance in a simple manner, and the measured values and comparison values determined can then be corrected in digital form and in a corresponding protocol. are transmitted securely so that no errors can be induced on the transmission link or safely discovered.
  • a control value is measured which detects a periodically recurring reference position.
  • a reference position which recurs periodically, such as the zero position of a rotating shaft, is possible with simple encoders and without a large measurement evaluation, but is usually not sufficient to determine the rotational speed or the position of a shaft with sufficient accuracy, since the signal frequency is not sufficient. However, it represents a simple possibility of zeroing and a further signal check.
  • the encoder is a rotary encoder, in particular that of a drive.
  • it is customary to detect a small angle of rotation of a shaft, which is detected in particular by a fine scale division over a rotation of the shaft by optical scanning, a measuring pulse being generated according to the scale division after certain angles of rotation, which pulse can be evaluated. It corresponds to an alternative embodiment if a correspondingly adapted arrangement is used in a linear divider.
  • the transmitter has two or more independent sensors which generate measurement signals which are correlated with one another.
  • the redundancy of the encoder is replaced by two correlated signals in one encoder, which is generated in particular by a predetermined position offset of the two sensors in the encoder. Accordingly, the signal sequence of the two sensors is given in a certain offset, as a result of which the signal levels are related to one another. can be set, on the one hand to detect signal errors and on the other hand to increase the measuring accuracy of the encoder.
  • the sensors of the transmitter generate measurement signals of different accuracy.
  • the independent detection of measurement signals by two sensors in the encoder is facilitated by the fact that one of the two sensors delivers less precise signals, for example by keeping the associated scale division of an optical encoder less.
  • signal evaluation is facilitated by low signal speeds, but with less accuracy. Due to the correlation between the signals of the more precise and the less precise signal, the encoder signals can be evaluated with sufficient accuracy and fail-safety.
  • the measurement signal of the second less accurate sensor can be used as the basis for determining the comparison value.
  • the evaluation of the encoder signals takes place at least also in an external control device, preferably connected by means of a network, in particular with fail-safe data transmission.
  • the signal processing can take place in an interposed converter which converts the measurement signals into digitally processable signals. This makes it possible to carry out the measurement evaluation and the associated electronics in distant, more protected areas, which are subject to less interference and more favorable environmental conditions than signal processing close to the encoder.
  • a method according to the invention provides a fail-safe acquisition of measured values in a control unit. Measurement signals are generated in an encoder. In a first and a second evaluation unit, measurement values are determined from the measurement signals and the absence of errors is then determined by comparing the measurement values. It is envisaged that a Measured value in a first evaluation device and a rough comparison value of lower accuracy is determined in the second evaluation unit. The determined measured value is validated by comparison with the comparison value.
  • a control value in addition to recording the measured values, a control value is measured, which records a periodically recurring reference position, with a correlation between the measured value and the comparison value using the control value.
  • the control value can be used to carry out a signal comparison at a known position in a simple manner and, in addition, a part of errors can be recognized.
  • the reference position can be recorded much more easily and requires less effort than a more precise recording of measured values.
  • it can consist of a simple push button switch that is actuated in a specific position.
  • the transmitter has two or more sensors which detect measurement signals which are correlated with one another.
  • the measurement value is determined taking into account the correlation of the two measurement signals to one another, so that in particular a better signal resolution or increased accuracy can also be achieved.
  • the comparison value is preferably determined without taking the correlation into account, which simplifies the evaluation.
  • the measured values represent the angular position of a shaft, in particular the Shaft of a drive.
  • the sensors of the encoder preferably generate pulses depending on the rotation of the shaft, each representing a certain angle of rotation.
  • This type of measurement acquisition can also be carried out optically in a simple manner and can be used to measure both the angle of rotation and the speed of rotation.
  • the sensors of the transmitter generate measurement signals of different accuracy. This reduces the effort required for the second sensor, while there is no loss of measurement accuracy.
  • the signal from the first encoder can still be validated and the comparison value can also be derived in a simple manner from the second measurement signal of lower resolution.
  • the measured value when the measured value is determined in the first evaluation device, a first comparison of the measured value and the coarse value takes place. This results in a qualitatively reliable first evaluation, and the comparison value of lower accuracy is carried out in two mutually independent devices. This improves reliability and error analysis.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a device according to the invention
  • FIG. 2 shows the determination of the measured value and the comparison value in a block diagram.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a device 10 designed according to the invention.
  • An encoder 11 with two sensors 12 and 13 is provided.
  • the measuring sig- signals of the two sensors 12, 13 in a relationship determined by the arrangement of the sensors, which are checked in a plausibility monitoring.
  • the signals from the sensors 12 and 13 are evaluated near the transmitter 11.
  • the signals from sensors 12 and 13 are fed to a first evaluation device 14 and a second evaluation device 15.
  • a measured value is determined in the first evaluation device 14, while the comparison value is determined in the second evaluation unit 15 with a correspondingly lower outlay.
  • the signal level is checked in the evaluation units in parallel with the signal evaluation.
  • the plausibility checker is used for this purpose, in which it is checked whether the signal levels of the two sensors 12 and 13 are in the correct relationship to one another. In particular, it is checked whether the defined offset of the signals results from the positional relationship of the two sensors. In the case of rotary encoders, it is possible, for example, to arrange the sensors in a specific offset from one another, so that, for example, the signal levels of the two sensors 12, 13 are in a fixed relationship; in particular, the squares of the signal levels can give a constant value if the sensors are in a win - 90 ° cell offset. If an error is concluded during the plausibility check, the system changes to a safe state.
  • the measured value, comparison value and plausibility value are transmitted to the frequency converter in particular by means of a fail-safe data transmission device 17, in particular a local data transmission bus.
  • the protocol of fail-safe data transmission devices is chosen in particular in such a way that the values can be restored in the event of transmission malfunctions, that is to say there is redundancy in the data record or errors are detected with certainty.
  • a frequency converter 17, which is used in particular for the local implementation of a regulation based on setpoints specified by a control unit 18 the transmitted measured value is used for the regulation of monitored devices connected to the sensors 12 and 13, for example the rotary drive of a rotating shaft, used.
  • a data bus 19 is used to transmit the measured value, comparison value and plausibility value to a remotely located control unit 19, which in turn uses fail-safe data transmission.
  • a comparison is carried out in the control unit 18 from the measured value and the rough position and it is determined whether there are errors. If this is the case, an alarm can be raised with the warning device 20.
  • the sensor has 2 sensors 12, 13 which are arranged in a specific position relative to one another. Their signals are transmitted both to the first evaluation device 14 and to the second evaluation device 15.
  • An analog-digital conversion 23 of the signals of the two sensors 12 and 13 is carried out in the first evaluation device to determine the measured value. From a combination of the signals, taking into account the spatial position of the sensors 12, 13 relative to one another, a signal processing 24 is carried out, the result of which is the measured value 25. This Measured value 25 is also assigned a first comparison value 27, which is determined by monitoring the exceeding of certain signal levels 28 and is combined in a signal combination 26 to form a first comparison value 27.
  • a second comparison value 27 is determined in the second evaluation unit 15, signal level monitoring 28 and signal merging 26 again taking place here.
  • a measurement value 25 and the comparison value 27 are available as a result of the evaluation.

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Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, eine weitere Vereinfachung und Kostenreduktion für das fehlersichere Erfassen der Messwerte (25) in der Steuereinheit (18) zu ermöglichen. Dabei soll die Fehlersicherheit des Systems nicht reduziert werden. Eine Einrichtung (10) zum fehlersicheren Erfassen von Messwerten (25) in einer Steuereinheit (18) weist einen Geber (11) zum Erfassen von Messsignalen auf. Es sind unabhängig voneinander arbeitende Auswerteeinrichtungen (14,15) zum redundanten Er­mitteln von Messwerten (25) aus den Messsignalen des Gebers (11) vorgesehen. Darüber hinaus erfolgt das Übermitteln der Daten an die Steuereinheit mittels fehlersicherer Übermitt­lungseinrichtungen. Gemäß der Erfindung ist eine erste Aus­werteeinrichtung (14) zum Ermitteln eines Messwertes (25) und eine zweite Auswerteeinrichtung (15) zum Ermitteln eines gro­ben Vergleichswertes (27) geringerer Genauigkeit vorgesehen. Darüber hinaus ist eine Einrichtung (10) zum Feststellen der Fehlerfreiheit des Messwertes (25) durch Überprüfen mit dem Vergleichswert (27) vorgesehen.

Description

Beschreibung
Einrichtung und Verfahren zum fehlersicheren Erfassen von Messwerten in einer Steuereinheit
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zum fehlersicheren Erfassen von Messwerten in einer Steuereinheit .
Zum Steuern von Antrieben in unterschiedlichsten Einsatzbereichen wird ein möglichst genaue Bestimmung der Lage bzw. Geschwindigkeit des angetriebenen Stellelements bzw. der Antriebseinrichtung des Stellelements benötigt. Insbesondere der Stillstand angetriebener Wellen ist genau von einer lang- samen Rotation zu unterscheiden. Auch Endlagen und andere Sicherheitsrelevante Stellungen und Betriebszustände müssen zuverlässig und ausfallsicher erfasst werden. Hierzu müssen die Signale fehle sicher erfasst, übertragen und ausgewertet werden, damit die Betriebssicherheit der Einrichtung gewährleis- tet ist. In der Regel wird dabei die Geschwindigkeit durch numerische Ableitung von Lagewerten gebildet.
Diese Betriebssicherheit wird insbesondere durch redundante Bereitstellung von Gebern uns Auswerteeinrichtungen erreicht, wobei über entsprechende Vergleichs- und Votingeinrichtungen die Fehlerfreiheit der aus den Messsignalen der Geber erzeugten Messwerte und der übertragenen Daten geschlossen und ggf. aus dem aufgetretenen Fehlerverhalten auf die Fehlerquelle und die Art des Fehlers geschlossen wird. Im Falle eines Auf- tretens eines Fehlers wird das Übergehen in einen sicheren Zustand ermöglicht.
Derartige redundante Ausführungen sind schon aus Gründen der erforderlichen Vergleichselektronik und der doppelten Ausle- gung von Einrichtungen aufwendig und teuer. Zur Reduktion des baulichen Aufwandes sind Lösungen bekannt, bei denen es durch entsprechende Auslegung des die Messwerte liefernden Gebers ermöglicht wird, nur aufgrund eines Gebers die Ermittlung der Messwerte fehlersicher und ohne Verlust von Genauigkeit durchzuführen. Aufgrund der niedereren Anzahl der verbauten Komponenten sinkt auch die Ausfallwahrscheinlichkeit. Damit erhöht sich auch die Verfügbarkeit der Anlage, in welcher der Antrieb verbaut ist.
Aufgabe der Erfindung ist demgegenüber eine weitere Vereinfachung und Kostenreduktion für das fehlersichere Erfassen der Messwerte und den Übergang in einen sicheren Zustand zu ermöglichen. Dabei soll die Fehlersicherheit des Systems nicht reduziert werden.
Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Einrichtung und ein erfndungsgemäßes Verfahren gelöst .
Eine Einrichtung zum fehlersicheren Erfassen von Messwerten in einer Steuereinheit weist einen Geber zum Erfassen von
Messsignalen auf. Es sind unabhängig voneinander arbeitende Auswerteeinrichtungen zum redundanten Ermitteln von Messwerten aus den Messsignalen des Gebers vorgesehen. Darüber hinaus erfolgt das Übermitteln der Daten an die Steuereinheit mittels fehlersicherer Übermittlungseinrichtungen. Gemäß der Erfindung ist eine erste Auswerteeinrichtung zum Ermitteln eines Messwertes und eine zweite Auswerteeinrichtung zum Ermitteln eines groben Vergleichswertes geringerer Genauigkeit vorgesehen. Darüber hinaus ist wenigstens eine Einrichtung zum Feststellen der Fehlerfreiheit des Messwertes durch Überprüfen mit dem Vergleichswert vorgesehen. Gemäß weiterführender Ausgestaltung sind zwei sich vorzugsweise gegenseitig ü- berprüfende Einrichtungen vorgesehen.
Die zweite Auswerteeinrichtung nimmt also keine vollständige Ermittlung des exakten Messwertes vor. Es werden lediglich die Signale des Gebers ausgewertet und ein grober Vergleichs- wert erzeugt. Durch den Vergleichswert kann die Plausibilität des Messwertes weiterhin überprüft werden, auch Fehlerursachen können weiterhin aufgrund von Abweichungen von Messwert und Vergleichswert ermittelt werden. Andererseits ist die er- forderliche Auswertelogik viel einfacher und kostengünstiger zu realisieren als eine Auswertung mit hoher Genauigkeit. Auch ist eine vollständige Unabhängigkeit der Auswertungen gewährleistet .
Diese Vorgehensweise ist insbesondere dann sinnvoll, wenn aufgrund der auftretenden Datenvolumina die Auswertung der Messsignale und das Erfassen mit großer Genauigkeit erfolgen soll, während die zur Verfügung stehende Rechenzeit sehr gering wird. In diesen Fällen ist die Auswerteeinheit zum Er- mitteln des Messwertes besonders aufwändig und kostenintensiv, andererseits besonders störungsanfällig. Hier kann durch die unabhängige zweite Auswerteeinheit, die lediglich einen groben Vergleichswert liefert, eine Verringerung der Kosten erreicht werden.
Auch ist bei einer .erfindungsgemäßen Einrichtung keine Einrichtung zum Durchführen eines Votings zwischen den ermittelten Messwerten zweier gleichwertiger Einrichtungen erforderlich, was eine weitere Kostenreduktion bedeutet.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste und zweite Auswerteeinrichtung im Bereich des Gebers ausgebildet sind. Zum fehlersicheren Übermitteln des Vergleichswertes und des Messwertes dient eine Übertragungs- einric tung. Die wenigstens eine Einrichtung zum Feststellen der Fehlerfreiheit ist in einer beabstandet zum Geber angeordneten Steuereinheit vorgesehen.
Hierdurch kann die Signalübermittlung der MessSignale des Ge- bers in einfacher Weise auf eine kurze Strecke reduziert werden und dann die ermittelten Messwerte und Vergleichswerte können in digitaler Form und entsprechendem Protokoll fehler- sicher übertragen werden, so dass auf der Übertragungsstrecke keine Fehler induziert werden können oder sicher entdeckt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zusätzlich zu Messwert und Vergleichswert ein Kontrollwert gemessen wird, der eine periodisch wiederkehrende Referenzposition erfasst. Das Erfassen einer Referenzposition, welche insbesondere periodisch wiederkehrt, wie beispielsweise die Nulllage einer sich drehenden Welle, ist mit einfachen Gebern und ohne große Messauswertung möglich, reicht aber zumeist nicht zu hinreichend genauer Bestimmung der Drehgeschwindigkeit bzw. der Lage einer Welle aus, da die Signalfrequenz nicht hinreichend ist. Sie stellt aber eine einfache Möglich- keit eines Nullabgleiches und einer weiteren Signalüberprüfung dar.
Dabei ist der Geber gemäß vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ein Drehgeber, insbesondere der eines Antriebes. Bei Drehgebern ist es üblich einen kleinen Drehwinkel einer Welle zu erfassen, welcher insbesondere durch eine feine Skalenteilung über eine Drehung der Welle hinweg durch optisches Abtasten erfasst wird, wobei entsprechend der Skalenteilung nach bestimmten Drehwinkeln ein Messimpuls erzeugt wird, wel- eher auswertbar ist. Es entspricht einer alternativen Ausgestaltung, wenn eine entsprechend angepasste Anordnung bei einem Linearsteiler Verwendung findet.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Geber zwei oder mehr unabhängige Sensoren auf, welche Messsignale erzeugen, die miteinander korreliert sind. Die Redundanz des Gebers wird durch zwei korrelierte Signale in einem Geber ersetzt, welche insbesondere durch einen vorgegebenen Lageversatz der beiden Sensoren im Geber erzeugt wird. Dem gemäß ist die Signalfolge der beiden Sensoren in bestimmtem Versatz gegeben, wodurch die Signalpegel zueinander in Beziehung ge- setzt werden können, um zum Einen Signalfehler zu erfassen und zum Anderen die Messgenauigkeit des Gebers zu erhöhen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sensoren des Gebers Messsignale unterschiedlicher Genauigkeit erzeugen. Hierdurch wird das unabhängige Erfassen von Messsignalen durch zwei Sensoren im Geber dadurch erleichtert, dass einer der beiden Sensoren weniger genaue Signale liefert, beispielsweise indem die zugehö- rige Skalenteilung eines optischen Drehgebers geringer gehalten ist. Dadurch wird die Signalauswertung durch geringe Signalgeschwindigkeiten erleichtert, jedoch bei geringerer Genauigkeit. Durch die Korrelation zwischen den Signalen des genaueren mit dem weniger genaueren Signal kann dennoch eine hinreichend genaue und fehlersichere Auswertung der Gebersignale erfolgen. Insbesondere das Messsignal des zweiten weniger genauen Sensors kann als Grundlage zur Ermittlung des Vergleichswertes erfolgen.
Gemäß weiterführender Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Auswerten der Gebersignale wenigstens auch in einem externen, vorzugsweise mittels einem Netzwerk insbesondere mit fehlersicherer Datenübertragung, angebundenen Steuergerät. Die Signalaufbereitung kann dabei in einem zwischengeschalteten U - richter erfolgen, der die Messsignale in digital verarbeitbare Signale umwandelt. Damit wird es ermöglicht, die Messauswertung und die zugehörige Elektronik in entfernten geschützteren Bereichen durchzuführen, welche geringeren Störungen und günstigeren Umweltbedingungen unterliegen als eine geber- nahe Signalverarbeitung.
Ein Verfahren gemäß der Erfindung sieht ein fehlersicheres Erfassen von Messwerten in einer Steuereinheit vor. In einem Geber werden Messsignale erzeugt. In einer ersten und einer zweiten Auswerteeinheit werden Messwerte aus den Messsignalen ermittelt und danach durch Vergleich der Messwerte die Fehlerfreiheit festgestellt. Es ist dabei vorgesehen, dass ein Messwert in einer ersten Auswerteeinrichtung und ein grober Vergleichswert geringerer Genauigkeit in der zweiten Auswerteeinheit ermittelt wird. Der ermittelte Messwert wird durch Vergleich mit dem Vergleichswert validiert.
Es wird hierdurch die erforderliche Signalauswertung vereinfacht, ohne dass die Fehlerfreiheit des ermittelten Messwertes verloren geht. Auch ein Genauigkeitsverlust des Messwertes entsteht nicht. Jedoch wird der Auswerteaufwand reduziert und durch Einsparung elektronischer Bauelemente auch die Standzeit verbessert.
Gemäß vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt zusätzlich zum Erfassen der Messwerte ein Messen eines Kon- trollwertes, welcher eine periodisch wiederkehrende Referenzposition erfasst, wobei eine Korrelation zwischen Messwert und Vergleichswert mittels des Kontrollwerts erfolgt. Durch den Kontrollwert kann ein Signalabgleich an bekannter Position in einfacher Weise durchgeführt werden und darüber hinaus ein Teil von Fehlern erkannt werden. Die Referenzposition kann dabei wesentlich einfacher erfasst werden und bedarf geringeren Aufwandes als eine feinere Erfassung von Messwerten. Insbesondere kann sie aus einem einfachen Tastschalter bestehen, der in bestimmter Lage betätigt wird.
Gemäß vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist der Geber zwei oder mehr Sensoren auf, welche zueinander korrelier- te Messsignale erfassen. Das Ermitteln des Messwertes erfolgt dabei unter Berücksichtigung der Korrelation der beiden Mess- Signale zueinander, so dass insbesondere auch eine bessere Signalauflösung bzw. erhöhte Genauigkeit erzielbar ist. Das Ermitteln des Vergleichswertes erfolgt vorzugsweise ohne Berücksichtigung der Korrelation, wodurch die Auswertung vereinfacht wird.
Gemäß bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung repräsentieren die Messwerte die Winkellage einer Welle, insbesondere der Welle eines Antriebes. Hierzu erzeugen die Sensoren des Gebers vorzugsweise in Abhängigkeit der Rotation der Welle Impulse, welche jeweils einen bestimmten Drehwinkel repräsentieren. Diese Art der Messerfassung kann in einfacher Weise auch optisch durchgeführt werden und zur Messung sowohl des Drehwinkels als auch der Drehgeschwindigkeit herangezogen werden.
Gemäß weiterführender Ausgestaltung der Erfindung erzeugen die Sensoren des Gebers Messsignale unterschiedlicher Genauigkeit. Dies reduziert den erforderlichen Aufwand für den zweiten Sensor, während ein Verlust an Messgenauigkeit nicht auftritt. Das Validieren des Signals des ersten Gebers kann dennoch durchgeführt werden und auch der Vergleichswert kann aus dem zweiten Messsignal geringerer Auflösung in einfacher Weise abgeleitet werden.
Gemäß vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt beim Ermitteln des Messwertes in der ersten Auswerteeinrichtung ein erster Vergleich von Messwert und Grobwert. Somit ist eine qualitativ zuverlässige erste Auswertung gegeben, und der Vergleichswert geringerer Genauigkeit wird in zwei voneinander unabhängigen Einrichtungen durchgeführt . Hierdurch wird die Zuverlässigkeit und die Fehleranalyse verbessert.
Im Übrigen ist die Erfindung nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, dabei zeigen:
FIG 1 in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäßen Einrichtung; und FIG 2 in Blockdarstellung die Ermittlung von Messwert und Vergleichswert .
Die FIG 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäß ausgestaltete Einrichtung 10. Es ist ein Geber 11 mit zwei Sensoren 12 und 13 vorgesehen. Dabei liegen die Messsig- nale der beiden Sensoren 12, 13 in einer durch Anordnung der Sensoren zueinander festgelegten Beziehung, welche in einer Plausibilitätsüberwachung überprüft werden. Die Signale der Sensoren 12 und 13 werden nahe dem Geber 11 ausgewertet.
Dazu werden die Signale der Sensoren 12 und 13 einer ersten Auswerteeinrichtung 14 und einer zweiten Auswerteeinrichtung 15 zugeführt. In der ersten Auswerteeinrichtung 14 wird ein Messwert ermittelt, während in der zweiten Auswerteeinheit 15 mit entsprechend geringerem Aufwand der Vergleichswert ermittelt wird.
Darüber hinaus findet parallel zur Signalauswertung in den Auswerteeinheiten eine Überprüfung des Signalpegels statt. Hierzu dient der Plausibilitätsprüfer, in dem überprüft wird, ob die Signalpegel der zwei Sensoren 12 und 13 in richtigem Verhältnis zueinander stehen. Insbesondere wird überprüft, ob sich der definierte Versatz der Signale ergibt, welcher aus der Lagebeziehung der beiden Sensoren resultiert. Bei Drehge- bern ist es beispielsweise möglich, die Sensoren in bestimmtem Versatz zueinander anzuordnen, so dass beispielsweise die Signalpegel der beiden Sensoren 12, 13 in festem Verhältnis stehen, insbesondere können die Quadrate der Signalpegel einen konstanten Wert ergeben, wenn die Sensoren in einer Win- kellage von 90° zueinander versetzt sind. Wird bei der Plau- sibilitätsprüfung auf einen Fehler geschlossen, so wird in einen sicheren Zustand übergegangen.
Messwert, Vergleichswert und Plausibilitätswert werden insbe- sondere mittels einer fehlersicheren Datenübertragungseinrichtung 17, insbesondere einem lokalen Datenübertragungsbus, an den Frequenzumrichter übertragen. Das Protokoll fehlersicherer Datenübertragungseinrichtungen ist insbesondere so gewählt, dass im Falle von Übertragungsstörungen die Werte wie- der hergestellt werden können, also eine Redundanz im Datensatz gegeben ist oder Fehler mit Sicherheit festgestellt werden. In einem Frequenzumrichter 17, der insbesondere für die lokale Durchführung von einer Regelung aufgrund von durch eine Steuereinheit 18 vorgegebenen Sollwerten dient, wird der übermittelte Messwert für die Regelung von mit den Sensoren 12 und 13 verbundenen, überwachten Einrichtungen, beispielsweise dem Drehantrieb einer rotierenden Welle, verwendet. Darüber hinaus wird mit einem Datenbus 19 Messwert, Vergleichswert und Plausibilitätswert an eine entfernt angeordnete Steuereinheit 19 übertragen, wozu wiederum eine fehler- sichere Datenübertragung verwendet wird.
In der Steuereinheit 18 wird aus dem Messwert und der Groblage ein Vergleich durchgeführt und festgestellt, ob Fehler vorliegen. Ist dies der Fall, so kann mit der Warneinrichtung 20 ein Alarm geschlagen werden.
Sowohl in den Frequenzumrichter 17 als auch in der Steuereinheit 19 werden aus dem Messwert Istwerte für eine Bewegungsüberwachung, beispielsweise eine Stillstandskontrolle ermit- telt. Hierzu dienen die Bewegungsuberwacher 21. Die unabhängig voneinander ermittelten Istwerte werden über den Datenbus 19 gegenseitig übermittelt und jeweils in einer Kreuzvergleichseinrichtung 22 miteinander verglichen, so dass eine doppelte Redundanz in der Bewegungsüberwachung gegeben ist.
Die FIG 2 zeigt die Auswertung der Signale des Gebers 11. Der Geber weist 2 Sensoren 12, 13 auf, die in bestimmter Lage zueinander angeordnet sind. Deren Signale werden sowohl an die erste Auswerteeinrichtung 14 als auch an die zweite Auswerte- einrichtung 15 übermittelt.
In der ersten Auswerteeinrichtung wird zur Ermittlung des Messwertes eine Analog-Digital-Umwandlung 23 der Signale der beiden Sensoren 12 und 13 durchgeführt. Aus einer Verknüpfung der Signale unter Berücksichtigung der räumlichen Lage der Sensoren 12, 13 zueinander wird eine Signalverarbeitung 24 durchgeführt, deren Ergebnis der Messwert 25 ist. Diesem Messwert 25 wird noch ein erster Vergleichswert 27 zugeordnet, welcher dadurch ermittelt wird, dass das Überschreiten gewisser Signalpegel 28 überwacht wird, und in einer Signalzusammenführung 26 zu einem ersten Vergleichswert 27 zusam- mengeführt wird.
Unabhängig vom Ermitteln des ersten Vergleichswertes wird ein zweiter Vergleichswert 27 in der zweiten Auswerteeinheit 15 ermittelt, wobei hier wiederum eine Signalpegelüberwachung 28 und eine Signalzusammenführung 26 stattfindet. Als Ergebnis der Auswertung steht ein Messwert 25 und der Vergleichswert 27 zur Verfügung.

Claims

Patentansprüche
1. Einrichtung (10) zum fehlersicheren Erfassen von Messwerten in einer Steuereinheit (17,18), mit einem Geber (11) zum Erfassen von Messsignalen, unabhängig voneinander arbeitenden Auswerteeinrichtungen (14,15) zum redundanten Ermitteln von Messwerten (25) aus den Messsignalen des Gebers (11) und Übermittlungseinrichtungen zum fehlersicheren Übermitteln der Daten an die Steuereinheit (17,18), d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , dass eine erste Auswerteeinrichtung (14) zum Ermitteln eines Messwertes (25) , eine zweite Auswerteeinrichtung (15) zum Ermitteln eines groben Vergleichswertes geringerer Genauigkeit vorgesehen sind, und eine Einrichtung (10) zum Feststellen der Fehlerfreiheit des Messwertes (25) durch Überprüfen mit dem Vergleichswert (27) vorgesehen ist .
2. Einrichtung (10) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste und zweite Auswer- teeinrichtung (14, 15) im Bereich des Gebers (11) vorgesehen sind, zum fehlersicheren Übermitteln des Messwertes (25) und des Vergleichswertes (27) eine Übertragungseinrichtungen dient, wobei die Einrichtung (10) zum Feststellen der Fehlerfreiheit in einer beabstandet zum Geber (11) angeordneten Steuereinheit vorgesehen ist.
3. Einrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zusätzlich zu Messwert (25) und Vergleichswert (27) ein Kontrollwert gemessen wird, der eine periodisch wiederkehrende Referenzposition erfasst.
4. Einrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Geber (11) ein Drehgeber insbesondere .eines Antriebes ist.
5. Einrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Ge¬ ll ber (11) wenigstens zwei unabhängige Sensoren (12,13) zum Erzeugen von Messsignalen aufweist, wobei die Messsignale der Sensoren zueinander korreliert sind.
6. Einrichtung (10) nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Sensoren (12, 13) des Gebers (11) Messsignale unterschiedlicher Genauigkeit erzeugen.
7. Einrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Auswertung der Messwerte in einem externen, vorzugsweise mittels einem Netzwerk insbesondere mit fehlersicherer Datenübertragung angebundenen Steuergerät (17,18) erfolgt.
8. Verfahren zum fehlersicheren Erfassen von Messwerten (25) in einer Steuereinheit, mit einem Geber (11) zum Erzeugen von Messsignalen, einer ersten und einer zweiten Auswerteeinheit (14,15) zum Ermitteln von Messwerten (25) aus den Messsigna- len und dem Feststellen der Fehlerfreiheit der Messwerte (25) durch Vergleich miteinander, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Messwert (25) in einer ersten Auswerteeinrichtung (14) und ein grober Vergleichswert (27) geringerer Genauigkeit ermittelt wird und der Messwert (25) durch Überprüfen mit dem Vergleichswert (27) erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zusätzlich zu den Messwerten (25) ein Kontrollwert gemessen wird, welcher eine periodisch wie- derkehrende Referenzposition erfasst, wobei eine Korrelation zwischen Messwert (25) und Vergleichswert (27) mittels des Kontrollwerts erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Geber
(11) zwei Sensoren (12,13) aufweist, welche zueinander korre- lierte Messsignale erfasst, wobei das Erzeugen des Messwertes (25) unter Berücksichtigung der Korrelation der beiden Messsignale zueinander erfolgt, während der Vergleichswert (27) ohne Berücksichtigung der Korrelation erfolgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Messwerte (25) die Winkellage einer Welle, insbesondere der Welle eines Antriebes erfassen, und die Sensoren (12,13) des Gebers (11) vorzugsweise in Abhängigkeit der Rotation der Welle Im- pulse erzeugt, welche jeweils einen bestimmten Drehwinkel repräsentieren .
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Senso- ren (12,13) des Gebers (11) Messsignale unterschiedlicher Genauigkeit erzeugen.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass beim Ermit- teln des Messwertes (25) in der ersten Auswerteeinrichtung
(14) ein erster Vergleich von Messwert (25) und Grobwert erfolgt .
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