WO2007134915A1 - Elektronische steuereinrichtung eines elektrischen antriebssystems mit redundanter abschalteinrichtung - Google Patents

Elektronische steuereinrichtung eines elektrischen antriebssystems mit redundanter abschalteinrichtung Download PDF

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WO2007134915A1
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drive unit
control device
unit
central unit
signal
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Ulrich Hahn
Richard Krüger
Rolf-Dieter Pavlik
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G05B2219/34465—Safety, control of correct operation, abnormal states

Definitions

  • Electronic control device of an electric drive system electronic drive unit of an electric drive system and electric drive system
  • the present invention relates to an electronic control device of an electric drive system, with a central processing unit, wherein in a normal operation the central unit receives a sequence of position, speed or torque setpoints from a higher-level control device based on the assumed setpoint values and corresponding actual values determined and transmitted the current setpoint to at least one drive unit.
  • the present invention further relates to an electronic drive unit of an electric drive system, with a central unit, - wherein the central unit receives in a normal operation by a control device a series of current setpoints, determined based on the current setpoint control signals for a number of circuit breakers, by means of which an electric motor corresponding to Current setpoint is connected to a power supply, and outputs to the circuit breaker.
  • the present invention relates to an electric drive system consisting of an electronic control device of the type described above and at least one electronic drive unit of the above-be ⁇ type described, wherein the controller to the drive unit is connected for data transmission.
  • An electric drive system has an electronic
  • Control device a number (at least one) of electric motors and per electric motor depending on an electronic on ⁇ control unit.
  • the electronic control device is clocked by a higher-level control device (eg, a programmable logic controller or a numerical control) a sequence of setpoints.
  • the setpoints are usually position, speed or torque setpoints.
  • the setpoint values are accepted within the control device by a central unit of the control device.
  • the central processing unit determined on the basis of the set values desired current values, and transmits the current values via an output interface ⁇ the control device and an input interface ⁇ place of the drive unit to the drive unit.
  • a central unit receives the current setpoint values and uses the current setpoint values to determine
  • the circuit breakers are usually components of the drive unit. In this case, the circuit breakers are directly controlled by the central unit. It is conceivable that the circuit breakers are not components of the drive unit. In this case, the Monein ⁇ are integrated via an output interface, the control signals for the power switch.
  • a monitoring of the electric motor by the control device of the drive system is possible in principle. However, by means of the procedure described above, switching off of the electric motor is only ensured if all relevant components (control device, drive unit, circuit breaker) function properly. If, on the other hand, one of the components fails, switching off the electric motor is no longer guaranteed.
  • the reliable detection of individual errors can be ensured, for example, by the fact that all signal paths and all signal-processing components are configured redundantly (that is, at least two-channel).
  • Such drive systems are well known. In these drive systems, the monitoring is realized by central processing units, which must be designed as relatively powerful processors.
  • the central unit of the electronic control device is one of the central units which implement the monitoring.
  • the central unit of the drive unit is relatively powerful ⁇ weak. In normal operation, it must only be able to determine and output the control signals for the circuit breakers on the basis of the current setpoints.
  • the central unit of arrival is driving unit not to adopt a rule in a position that erfor ⁇ derliche supervision of their parent electronic control device.
  • a user program In coded programming, a user program is created in plain language in the usual way. Based on the user program, a translation program generates a control program that has a useful part and an additional part.
  • the payload includes the functionality that is given to him by the on ⁇ user program.
  • the additional part is designed such that it receives the same input variables as the useful part, but its outputs (or at least one of the outputs) are or is n times the corresponding output of the useful part.
  • n is a suitably determined prime.
  • the output signal of the supplementary part corresponds nen check information, the signal drive unit transmitted by itself or in conjunction with at least one other in the monitoring operation on the at least one characteristic for at ⁇ are whether the programmable logic controller is functioning properly. Because the generated by means of the additional part output signal can only accept very specific values. If these values are not accepted, this is an indication of a malfunction of the programmable logic controller.
  • the programmable logic controller transfers the test information to another module.
  • This other assembly verifies that it receives the check information and that the check information is correct. If it does not receive the test information or the test information is not correct, an error reaction is taken, in particular a system controlled by the programmable logic controller is transferred to a safe state.
  • the object of the present invention is to provide a control device of an electric drive system, a drive unit of an electric drive system and a corresponding drive system, by means of which a simple and cost-effective manner in case of failure, a safe interruption of the power supply of the electric motor is possible.
  • the object is solved drive unit 27 by an electronic control device having the features of claim 1, an electronic An ⁇ with the features of claim 13 and an electric drive system having the features of the claim.
  • the central unit checks, in a surveil ⁇ monitoring operation, whether an integral of driven by the at least one Antriebsein ⁇ electric motor is in a safe state. In the event that the electric motor is not in the safe state, the central unit transmits to a first shutdown device and to the drive unit each a shutdown signal. A power supply of the electric motor can be interrupted both by means of the first disconnecting device and by means of the drive unit. Furthermore, gene ⁇ riert the central unit of the electronic control means at least in the monitoring operation test information, the at least one further by themselves or in conjunction with signal transmitted in the monitoring operation on the at least one drive unit for this characteristic, if the controller is functioning properly, and transmits the check information to the at least a drive unit.
  • the central unit of the electronic drive unit checks in a monitoring operation, whether it is transmitted from the control device, a shutdown signal. In the case of excess of the shutdown signal averaging interrupts a Stromver ⁇ supply of the electric motor via a second switch-off device.
  • the central unit of the electronic drive unit also checks in monitoring mode whether it the test information is transmitted and whether the test information is correct. In the event that the strigin ⁇ formations are not transmitted or are not properly, it also interrupts the second Abschaltein- direction, the power supply of the electric motor.
  • the central unit of the control means the monitoring operation always parallel leads to the normal operation from ⁇ . It is also possible that the central unit of the controller automatically determines whether it drove the Normalbe ⁇ or performs the monitoring operation.
  • the central unit preferably receives an operating mode command from the higher-level control device and decides, based on the operating mode command, whether it accepts the normal operation or the monitoring operation.
  • the safe state on the observance of which the electric motor is monitored during monitoring operation, can in principle be selected arbitrarily. Typical conditions are safe stoppage of the electric motor, rotating the electric motor with a low rotational ⁇ figure, which is below a limit speed, or maintaining a maximum limit torque. It is possible that the Siche ⁇ re state of the control device will flow to set the drive system of au ⁇ .
  • the secure state is preferably determined by settings stored in the control device of the electric drive system. It is possible that the central unit of the control device receives a setpoint parameter. The central unit of the controller ge ⁇ can optionally decide whether to have her counter taken setpoints position, speed or torque setpoints from the target value parameter. This approach allows a more flexible operation of the STEU ⁇ er learned the drive system.
  • the shutdown signal transmitted to the drive unit is included in the check information.
  • the transmitted to the drive unit shutdown ⁇ may be a signal different from the test information signal.
  • the central unit of the controller determines the check information based on the setpoint values by coded programming.
  • the central unit of the drive unit checks the990 ⁇ formations always in a manner enabling it to detect whether the test information are correct.
  • the central unit of the drive unit checks the check information as to whether they correspond in terms of a co ⁇ -founded programming with a predetermined number and / or the at least one further transmitted to the drive unit in the monitoring operation signal.
  • the central unit of the control device also generates the test information in normal operation and transmits it to the at least one drive unit.
  • Example ⁇ as the central unit of the controller can always check whether the electric motor is in safe condition, determine the test information and transmit nen the check information. Only the transmission of the shutdown signals to the first shutdown device and the drive unit omitted. The difference between normal operation and over ⁇ wachungs reiterate in this case is that normally ⁇ the output of the switching signals for operation disabled is activated in monitoring mode.
  • the central unit of the control device directly controls the first shutdown device.
  • the central unit of the control device preferably activates the first shutdown device via the drive unit.
  • the drive unit also receives the shutdown signal for the first shutdown device and forwards it to the first shutdown device.
  • the forwarding takes place bypassing the central unit of the drive unit.
  • the central unit of the control unit is usually designed as a processor, which executes a control program.
  • the control device thus preferably has a memory device in which the control program is stored.
  • the central unit carries out its functions under execution of the control program.
  • the control program is preferably configured as a system program that is pancake not be changed by at ⁇ .
  • the central unit of the drive unit is preferably integrated in an ASIC. It can be electronically configured such that it operates without executing a Steuerpro ⁇ program. It is alternatively possible that the drive unit has a memory device in which a control program is stored, and that the central unit of the drive unit performs its functions while processing the control program.
  • the control program for the central unit of the drive ⁇ unit is - if present - preferably designed as a system program that is not changeable by the user.
  • the memory device may optionally be integrated in the ASIC.
  • FIG 1 is a block diagram of an electric An ⁇ drive system, FIG 2 and 3 and flowcharts
  • FIG. 4 shows a modification of FIG. 1
  • an electric drive system has an override control device 1, an electronic control device 2, at least one electronic drive unit 3 and at least one electric motor 4.
  • the higher-level control device 1 can be, for example, a programmable logic controller or a numerical controller.
  • the number of electric motors 4 corresponds to the number of drive units 3.
  • the electronic control device 2 has an output ⁇ interface 5.
  • the drive unit 3 has a ⁇ A gateway interface. 6
  • the output interface 5 of the electronic control device 2 and the input interface 6 of the drive unit 3 are data technically miteinan ⁇ connected.
  • drive unit 3 If more than one drive unit 3 is present, they can be connected in various ways with the electronic control ⁇ device 2. For example, a connection via a bus system is conceivable. It is also conceivable that the electronic control device 2 a number of Output interfaces 5 and each output section ⁇ point 5 is connected to exactly one drive unit 3.
  • the electronic control device 2 has a central unit 7.
  • the central unit 7 is usually designed as a micro ⁇ processor 7. If it is designed as a microprocessor 7, it works in operation from a control program 8, which is stored in a memory device 9 of the electronic control device 2. In this case, the central unit 7 carries out its functions, which are described in greater detail below, by executing the control program 8.
  • the control program 8 is designed as a system program 8. It is therefore not a user program that can be changed by a user, not shown in FIG 1 as needed.
  • control program 8 is written by the manufacturer of the electronic control device 2 into a non-volatile memory 10 (eg an EEPROM memory).
  • the memory 10 is introduced as a memory device 9 in the electronic control device 2 see. It corresponds to a Da ⁇ pinion carrier according to the present invention.
  • the electronic control device 2 preferably works as follows:
  • step S1 the electronic control device 2 checks whether parameters C, T are preset by the higher-level control device 1 via an input interface 11. If this is the case, the electronic control device is ⁇ 2 to steps S2 to S4. Otherwise, it goes directly to a step S5.
  • step S2 the electronic control device 2 accepts the transmitted parameters C, T.
  • step S3 the CPU 7 determines based on the parameter C, a Reglercha ⁇ rakterizing for the CPU 7. For example, using the parameter C is set to be whether the central unit 7 operates as a P, PI, as a PID, as a PTi controller, etc., which proportional gain the controller has, which integration time constant the controller has, etc.
  • the parameter C is not necessarily a scalar parameter is. It can also be a vector size.
  • the central unit 7 determines within the scope of step S4 whether it is to deal with setpoint values W * still to be accepted by it as position setpoints, as speed setpoints or as torque setpoints.
  • a step S5 the central unit 7 receives an operating mode command M from the overriding control device .
  • the CPU 7 determines in a step S6 whether they drove a Normalbe ⁇ or assumes a monitoring mode. It sets the appropriate operating mode for this purpose.
  • step S7 the central unit 7 of the electronic control device 2 receives via the input interface 11 from the higher-level control device 1, a desired value W *.
  • the target value W * is, as already mentioned, usually a position setpoint, speed setpoint, or torque setpoint value ⁇ .
  • the CPU 7 2 receives the electronic ⁇ rule control means an actual value W of the electric motor 4 against.
  • the actual value W corresponds to the desired value W *. If the target value W * is a position setpoint, so and so an actual position value and the actual value W ..
  • the actual value of W is the centering ⁇ raliser fed in the usual way. 7
  • the central unit 7 uses the setpoint value W *, the actual value W and the controller characteristic of the central unit 7 to determine a current setpoint value I *.
  • a step S the CPU 7 transmitted through the output interface 5 the current setpoint I * drive unit to the at ⁇ . 3
  • the central unit 7 of the electronic control device 2 generates check information P.
  • the check information P is characteristic of itself or in conjunction with at least one current setpoint I * for whether the electronic control device 2 is functioning properly.
  • the determined test information P can in principle be arbitrary, as long as the test information P-optionally in conjunction with at least one current setpoint I * -is used to determine whether the electronic control device 2 is functioning properly.
  • the program can Steuerpro ⁇ 8 a useful part 8 'and an auxiliary part 8 "comprising. Both parts 8', 8" results in the CPU 7 to the target value W *, and the actual value of W to.
  • the useful part 8 ' determines based on the desired value W * and the actual value W the corresponding current setpoint I *.
  • the additional part 8 ' has been automatically testifies ⁇ based on the useful part 8' it.
  • the attachment 8 "provides for proper functioning of the electronic control device 2 as a test information P, for example, always n times the current command value I *. n is a suitably determined prime. This way of generating the check information P is known to those skilled in the art as coded programming.
  • the central unit 7 of the control device 2 checks whether it is in normal operation.
  • step S13 the CPU 7 of the electronic control device 2 checks whether it detects an internal error of the electronic control device 2 and / or an external fault in another unit (eg, the electric motor 4 or the drive unit 3). If such an error he will ⁇ known, the CPU 7 proceeds to a step S14.
  • step S14 the central unit 7 transmits a first shutdown signal Al to a first shutdown device 12. By means of the first shutdown device 12, it is possible to interrupt a power supply U of the electric motor 4.
  • step S14 the central unit 7 of the electronic control device 2 further transmits a second shutdown signal A2 to the drive unit 3.
  • the drive unit 3 is therefore also able to interrupt the power supply U of the electric motor 4.
  • the central unit 7 can modify the check information P so that the check information P is no longer correct.
  • the incorrect inspection information P is sent to the drive unit 3 in the course of step S14.
  • the CPU 7 proceeds to a step S15 in which it executes an error reaction.
  • the central unit 7 can wait for a reset signal.
  • step S13 the centering ⁇ goes ralstatt 7 to a step S16 in which it transmits the (unmo--modified and thus proper) test information P to the drive unit.
  • step S16 the central processing unit 7 returns to step S1 (if present) or to step S5. If the CPU 7 of the controller 2 is not in normal operation, it proceeds from the step S12 to a step S17.
  • step S17 the CPU 7 checks whether the electric motor 4 is in a safe state. For example, the central unit 7 can check whether the actual value W or a temporal change of the actual value W corresponds to the safe state.
  • the safe state is preferably ⁇ determined by settings that are stored in the control device 2 in a corresponding setting memory 10 '.
  • step S17 the CPU 7 proceeds to either step S13 or step S14. Specifically, the CPU 7 proceeds to step S13 when the electric motor 4 is in the safe state. Corresponding to this, the central unit is ⁇ 7 to step S14, when the electric motor 4 is not in a safe condition.
  • the transmitted to the drive unit 3 second Abschaltsig ⁇ nal A2 may be a separate, different from the check information P signal A2. Alternatively, it may be included in the test information P.
  • the first cut-off device 12 is part of the drive unit 3.
  • the central processing unit 7 as transmitted ⁇ forth destined for the first cut-off device 12 first shutdown signal Al via the drive unit 3 to said first switching means from ⁇ 12th
  • the central unit 7 outputs the current setpoint values I * clocked to the drive unit 3.
  • the two bars agree with each other match.
  • steps S9 and Sl0 could be incorporated into an inner loop that is traversed several times before steps S7 and S8 are again executed.
  • test information P is transmitted to the drive unit 3 with each desired current value I *. Again, this is not mandatory. Rather, it may be sufficient, the test information P only in larger
  • Time intervals for example once a minute or once every quarter of an hour, to transmit to the drive unit 3.
  • the drive unit 3 also has a central unit 13 according to FIG.
  • the central unit 13 can be integrated, for example, in an ASIC 14 according to FIG. They can, as shown in FIG 1, such circuitry being ⁇ forms be that it operates without executing a control program.
  • the drive unit 3 operates in different operating modes, in particular in a normal mode and in a monitoring mode. In this case, an ent ⁇ speaking changing the operating mode is required. In the present case, the two operating modes are identical. So they are always executed together.
  • the central processing unit 13 takes the An ⁇ drive unit 3 in operation via the input interface 6 of the electronic control device 2 in a step S21, a current command value I * counter. Furthermore, it also accepts the check information P in the context of step S21. If a switch-off signal A2 for the central unit 13 of the drive unit 3 is transmitted from the central unit 7 of the control device 2, the central unit 13 also receives the switch-off signal A2 in step S21.
  • the central unit 13 of the drive unit 3 is further supplied in the usual manner, an actual current value I, which it receives in a step S22.
  • the CPU 13 determines the on ⁇ drive unit 3 on the basis of the current setpoint I * and the current ⁇ actual value I drive signals A * switches for a number of power ⁇ 15.
  • the circuit breakers 15 are generally electronic power switches 15, z. B. butterstransisto- ren or thyristors.
  • the power switch 15 are usually part of the drive unit 3.
  • the central unit 13 controls the power switch 15 in this case immediately accordingly.
  • the central unit 13 thus outputs the control signals A * to the power switches 15.
  • the electric motor 4 is turned on to the power supply U.
  • a step S24 the CPU 13 checks the on ⁇ drive unit 3, whether it by the central processing unit 7 of the control device 2 ⁇ a shutdown signal A2 has been transmitted. If the shutdown is A2 of the central unit 13 of the integral determined Antriebsein ⁇ 3 as a separate signal A2, can of course directly the shutdown signal A2 are checked for presence. If the switch-off signal A2 is included in the test information P, it is previously extracted from the test information P.
  • the CPU 13 controls, in a step S25 to ei ⁇ ne second shutoff sixteenth As a result, the power supply U of the electric motor 4 is interrupted.
  • the central unit 13 blocks in a step S26, the output of the drive signals A * to the power switch 15. Also in this way, the power supply U of the electric motor 4 can be interrupted.
  • the central unit 13 in a step S27 controls the first shutdown device 12, which is directly controlled by the central unit 7 of the control device 2.
  • the central unit 13 executes an error ⁇ reaction.
  • the central unit 13 may be a reset signal abwar ⁇ th.
  • the first shut-off device 12, the second shut-off device 16 and the power switches 15 are connected in series. Already by appropriate driving one of these three elements 12, 15, 16, the power supply of the electric motor 4 is thus interrupted.
  • the central unit was not the shutdown signal A2 averages 13 via ⁇ checked, the CPU 13 of the drive unit 2 ⁇ whether the test information have been transmitted and P are correctly.
  • the formations slaughterin ⁇ P have been produced by coded programming 13 checks the central unit in a step S29 whether the check information P n by the previously known prime number divisible.
  • the central unit 13 checks whether the check information P is n times the current setpoint value I *.
  • step S25 If the tests performed are positive, the test information P is correct. In this case, the CPU 13 returns to step S21. On the other hand, if one of the checks of steps S29 and S30 is negative, the CPU 13 proceeds to step S25.
  • the shutdown safety in the event of a fault can be further increased if the central unit 7 of the control device 2 not only controls the first shutdown device 12, but additionally controls the second shutdown device 16 and / or the outputting of the drive signals A * in the event of a fault locks.
  • the turn-off devices 12, 16 are preferably electromechanical switching devices. However, it is also possible to realize them as electronic switching devices.
  • the first switch-off device 12 and the second switch-off device 16 are preferably components of the drive unit 3.
  • the drive unit 3 therefore receives, among other things, the switch-off signal Al of the electronic control device 2 for the first switch-off device 12, shown in broken lines in FIG.
  • the switch-off signal to the Al passes ⁇ drive unit 3, bypassing the central processing unit 13 to the first cut-off device 12 on.
  • the central processing unit 13 is configured of circuitry that they BEITEN without Abar ⁇ a control program operates.
  • the drive unit 3 operates on a control program 17 which is stored in a memory device 18 and determines the operation of the central unit 13.
  • the centering ⁇ leads 13 raliser their functions described above by executing the control program 17 from.
  • the control program 17 is also a system program 17. It can not be changed by the user, but instead is written by the manufacturer of the drive unit 3 into the memory device 18.
  • the control program 17 can by means of a suitable programming device by a data ⁇ carrier 19 on which the control program is stored 17, read out and are written into the memory device 18th
  • the central unit 13 may - as in the embodiment ge ⁇ Gurss FIG 1 - continue to be integrated into an ASIC fourteenth
  • the memory device 18 may be arranged outside the ASIC 14. It can also be integrated into the ASIC 14.

Abstract

In einem Normalbetrieb nimmt eine Zentraleinheit (7) einer elektronischen Steuereinrichtung (2) Soll- und Istwerte (W*, W) entgegen und ermittelt daraus Stromsollwerte (I*) , die sie an eine elektronische Antriebseinheit (3) übermittelt. Deren Zentraleinheit (13) nimmt die Stromsollwerte (I*) entgegen, ermittelt daraus Ansteuersignale (A*) für Leistungsschalter (15) und gibt sie an die Leistungsschalter (15) aus. Dadurch wird ein Elektromotor (4) entsprechend dem Stromsollwert (I*) an eine Stromversorgung (U) angeschaltet. In einem Überwachungsbetrieb prüft die Zentraleinheit (7) der elektronischen Steuereinrichtung (2) , ob der Elektromotor (4) sich in einem sicheren Zustand befindet. Befindet er sich nicht im sicheren Zustand, übermittelt sie an eine erste Abschalteinrichtung (12) und an die Antriebseinheit (3) Abschaltsignale (A1, A2) , so dass die Stromversorgung (U) des Elektromotors (4) sicher unterbrochen wird. Weiterhin generiert die Zentraleinheit (7) der elektronischen Steuereinrichtung (2) zumindest im Überwachungsbetrieb Prüf -Informationen (P) , und übermittelt sie an die Antriebseinheit (3) . Die Zentraleinheit (13) der Antriebseinheit (3) prüft im Überwachungsbetrieb, ob ihr ein Abschaltsignal (A2) übermittelt wird, ob ihr die Prüf -Informationen (P) übermittelt werden und ob die Prüf -Informationen (P) ordnungsgemäß sind. Im Fehlerfall unterbricht sie über eine zweite Abschalteinrichtung (16) die Stromversorgung (U) des Elektromotors (4) .

Description

ELEKTRONISCHE STEUEREINRICHTUNG EINES ELEKTRISCHEN ANTRIEBSSYSTEMS MIT REDUNDANTER ABSCHALTEINRICHTUNG
Elektronische Steuereinrichtung eines elektrischen Antriebssystems, elektronische Antriebseinheit eines elektrischen An- triebssystems und elektrisches Antriebssystem
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Steuer¬ einrichtung eines elektrischen Antriebssystems, mit einer Zentraleinheit, - wobei in einem Normalbetrieb die Zentraleinheit von einer übergeordneten Steuereinrichtung eine Folge von Lage-, Drehzahl- oder Momentsollwerten entgegen nimmt, anhand der entgegen genommenen Sollwerte und korrespondierender Istwerte Stromsollwerte ermittelt und die Stromsollwerte an mindestens eine Antriebseinheit übermittelt.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine elektronische Antriebseinheit eines elektrischen Antriebssystems, mit einer Zentraleinheit, - wobei die Zentraleinheit in einem Normalbetrieb von einer Steuereinrichtung eine Folge von Stromsollwerten entgegen nimmt, anhand der Stromsollwerte Ansteuersignale für eine Anzahl von Leistungsschaltern ermittelt, mittels derer ein Elektromotor entsprechend dem Stromsollwert an eine Strom- Versorgung angeschaltet wird, und an die Leistungsschalter ausgibt .
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein elektrisches Antriebssystem, bestehend aus einer elektronischen Steuereinrichtung der oben beschriebenen Art und mindestens einer elektronischen Antriebseinheit der obenstehend be¬ schriebenen Art, wobei die Steuereinrichtung mit der Antriebseinheit datentechnisch verbunden ist.
Ein elektrisches Antriebssystem weist eine elektronische
Steuereinrichtung, eine Anzahl (mindestens einen) von Elektromotoren sowie pro Elektromotor je eine elektronische An¬ steuereinheit auf. Der elektronischen Steuereinrichtung wird von einer übergeordneten Steuereinrichtung (z. B. einer speicherprogrammierbaren Steuerung oder einer numerischen Steuerung) getaktet eine Folge von Sollwerten vorgegeben. Die Sollwerte sind in der Regel Lage-, Drehzahl- oder Momentsoll- werte.
Die Sollwerte werden innerhalb der Steuereinrichtung von einer Zentraleinheit der Steuereinrichtung entgegen genommen. Die Zentraleinheit ermittelt anhand der Sollwerte Stromsoll- werte und übermittelt die Stromsollwerte über eine Ausgangs¬ schnittstelle der Steuereinrichtung und eine Eingangsschnitt¬ stelle der Antriebseinheit an die Antriebseinheit.
In der Antriebseinheit nimmt eine Zentraleinheit die Strom- Sollwerte entgegen und ermittelt anhand der Stromsollwerte
Ansteuersignale für eine Anzahl (mindestens einen) von Leis¬ tungsschaltern und gibt die Ansteuersignale an die Leistungs¬ schalter aus. Die Leistungsschalter sind in der Regel Bestandteile der Antriebseinheit. In diesem Fall werden die Leistungsschalter von der Zentraleinheit direkt angesteuert. Es ist denkbar, dass die Leistungsschalter nicht Bestandteile der Antriebseinheit sind. In diesem Fall gibt die Zentralein¬ heit über eine Ausgangsschnittstelle die Ansteuersignale für die Leistungsschalter aus.
Eine Überwachung des Elektromotors durch die Steuereinrichtung des Antriebssystems ist prinzipiell möglich. Mittels der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise ist ein Abschalten des Elektromotors jedoch nur dann gewährleistet, wenn alle relevanten Komponenten (Steuereinrichtung, Antriebseinheit, Leistungsschalter) ordnungsgemäß funktionieren. Fällt hingegen eine der genannten Komponenten aus, ist das Abschalten des Elektromotors nicht mehr gewährleistet.
Um ein sicheres Abschalten gewährleisten zu können, wird in Sicherheitsvorschriften (beispielhaft sei die IEC 61508 ge¬ nannt) gefordert, dass jeder Einzelfehler sicher erkannt wird und die Stromversorgung des Elektromotors bei Erkennen eines Einzelfehlers sicher unterbrochen wird. Hierzu sind zwei von¬ einander unabhängige Abschalteinrichtungen erforderlich, die von zwei voneinander unabhängigen Einheiten angesteuert werden .
Das sichere Erkennen von Einzelfehlern kann beispielsweise dadurch gewährleistet werden, dass alle Signalwege und alle signalverarbeitenden Komponenten redundant (also mindestens zweikanalig) ausgelegt sind. Derartige Antriebssysteme sind allgemein bekannt. Bei diesen Antriebssystemen wird die Überwachung durch Zentraleinheiten realisiert, die als relativ leistungsfähige Prozessoren ausgebildet sein müssen.
Es ist möglich, dass die Zentraleinheit der elektronischen Steuereinrichtung eine der Zentraleinheiten ist, welche die Überwachung realisieren.
Es ist auch schon bekannt, dass in Signalflussrichtung gesehen aufeinander folgende Komponenten sich gegenseitig überwa- chen können. Beispielsweise können sich eine übergeordnete und eine untergeordnete Steuerung gegenseitig überwachen. In diesem Fall werden für die gegenseitige Überwachung Zentral¬ einheiten benötigt, die als relativ leistungsfähige Prozesso¬ ren ausgebildet sind.
Die Zentraleinheit der Antriebseinheit ist relativ leistungs¬ schwach. Im Normalbetrieb muss sie lediglich anhand der Stromsollwerte die Ansteuersignale für die Leistungsschalter ermitteln und ausgeben können. Die Zentraleinheit der An- triebseinheit ist in der Regel nicht in der Lage, die erfor¬ derliche Überwachung der ihr übergeordneten elektronischen Steuereinrichtung zu übernehmen.
Es ist natürlich denkbar, die Antriebseinheit mit einer hin- reichend leistungsstarken Zentraleinheit zu versehen. Dies würde jedoch die Kosten der Antriebseinheit erhöhen. Dieser Weg wird daher im Stand der Technik nicht ergriffen. Auf dem Gebiet der speicherprogrammierbaren Steuerungen ist bereits die sichere Programmverarbeitung mit einem einzigen Prozessor bekannt. Bei diesem Verfahren wird in der Regel mit der sogenannten codierten Programmierung gearbeitet . Die co- dierte Programmierung als solche ist bekannt.
Bei der codierten Programmierung wird in üblicher Weise ein Anwenderprogramm in Klartext erstellt. Anhand des Anwenderprogramms erzeugt ein Übersetzungsprogramm ein Steuerpro- gramm, das einen Nutzteil und einen Zusatzteil aufweist. Der Nutzteil weist die Funktionalität auf, die ihm durch das An¬ wenderprogramm vorgegeben wird. Der Zusatzteil ist derart ausgebildet, dass er dieselben Eingangsgrößen erhält wie der Nutzteil, seine Ausgaben (bzw. mindestens eine der Ausgaben) jedoch das n-fache der korrespondierenden Ausgabe des Nutzteils sind bzw. ist. n ist eine geeignet bestimmte Primzahl.
Das Ausgabesignal des Zusatzteils entspricht Prüfinformatio- nen, die für sich oder in Verbindung mit mindestens einem weiteren im Überwachungsbetrieb an die mindestens eine An¬ triebseinheit übermittelten Signal dafür charakteristisch sind, ob die speicherprogrammierbare Steuerung ordnungsgemäß funktioniert. Denn das mittels des Zusatzteils generierte Ausgangssignal kann nur ganz bestimmte Werte annehmen. Wenn diese Werte nicht angenommen werden, ist dies ein Indiz für eine Fehlfunktion der speicherprogrammierbaren Steuerung.
Im Stand der Technik überträgt die speicherprogrammierbare Steuerung die PrüfInformationen an eine andere Baugruppe. Diese andere Baugruppe überprüft, ob sie die Prüfinformatio- nen erhält und ob die Prüfinformationen ordnungsgemäß sind. Erhält sie die Prüfinformationen nicht oder sind die Prüfinformationen nicht ordnungsgemäß, wird eine Fehlerreaktion ergriffen, insbesondere eine von der speicherprogrammierbaren Steuerung gesteuerte Anlage in einen sicheren Zustand überführt . Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Steuereinrichtung eines elektrischen Antriebssystems, eine Antriebseinheit eines elektrischen Antriebssystems sowie ein entsprechendes Antriebssystem zu schaffen, mittels derer auf einfache und kostengünstige Weise im Fehlerfall ein sicheres Unterbrechen der Stromversorgung des Elektromotors möglich ist.
Die Aufgabe wird durch eine elektronische Steuereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine elektronische An¬ triebseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und ein elektrisches Antriebssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 27 gelöst .
Erfindungsgemäß prüft die Zentraleinheit in einem Überwa¬ chungsbetrieb, ob ein von der mindestens einen Antriebsein¬ heit angesteuerter Elektromotor sich in einem sicheren Zustand befindet. In dem Fall, dass der Elektromotor sich nicht im sicheren Zustand befindet, übermittelt die Zentraleinheit an eine erste Abschalteinrichtung und an die Antriebseinheit je ein Abschaltsignal. Eine Stromversorgung des Elektromotors ist sowohl mittels der ersten Abschalteinrichtung als auch mittels der Antriebseinheit unterbrechbar. Weiterhin gene¬ riert die Zentraleinheit der elektronischen Steuereinrichtung zumindest im Überwachungsbetrieb PrüfInformationen, die für sich oder in Verbindung mit mindestens einem weiteren im Überwachungsbetrieb an die mindestens eine Antriebseinheit übermittelten Signal dafür charakteristisch sind, ob die Steuereinrichtung ordnungsgemäß funktioniert, und übermittelt die PrüfInformationen an die mindestens eine Antriebseinheit .
Die Zentraleinheit der elektronischen Antriebseinheit prüft in einem Überwachungsbetrieb, ob ihr von der Steuereinrichtung ein Abschaltsignal übermittelt wird. Im Fall der Über- mittlung des Abschaltsignals unterbricht sie eine Stromver¬ sorgung des Elektromotors über eine zweite Abschalteinrichtung. Die Zentraleinheit der elektronischen Antriebseinheit prüft im Überwachungsbetrieb ferner, ob ihr von der Steuer- einrichtung die PrüfInformationen übermittelt werden und ob die PrüfInformationen korrekt sind. Im Fall, dass die Prüfin¬ formationen nicht übermittelt werden oder nicht ordnungsgemäß sind, unterbricht sie ebenfalls über die zweite Abschaltein- richtung die Stromversorgung des Elektromotors .
Auf Grund der Ausgestaltung der Steuereinrichtung ist auf Seiten der Antriebseinheit keine leistungsstarke Zentralein¬ heit erforderlich. Denn die Zentraleinheit der Antriebsein- heit der vorliegenden Erfindung muss lediglich in der Lage sein, die PrüfInformationen zu überprüfen. Hingegen ist - im Gegensatz zum Stand der Technik - kein zweiter, leistungsstarker Prozessor erforderlich, der parallel zur Zentraleinheit der Steuereinrichtung die Überwachungsfunktionen aus- führt.
Es ist möglich, dass die Zentraleinheit der Steuereinrichtung den Überwachungsbetrieb stets parallel zum Normalbetrieb aus¬ führt. Es ist weiterhin möglich, dass die Zentraleinheit der Steuereinrichtung selbsttätig ermittelt, ob sie den Normalbe¬ trieb oder den Überwachungsbetrieb ausführt. Vorzugsweise nimmt die Zentraleinheit von der übergeordneten Steuereinrichtung einen Betriebsmodusbefehl entgegen und entscheidet anhand des Betriebsmodusbefehls, ob sie den Normalbetrieb oder den Überwachungsbetrieb annimmt.
Der sichere Zustand, auf dessen Einhalten der Elektromotor im Überwachungsbetrieb überwacht wird, ist prinzipiell beliebig wählbar. Typische sichere Zustände sind Stillstand des Elekt- romotors, Drehen des Elektromotors mit einer kleinen Dreh¬ zahl, die unterhalb einer Grenzdrehzahl liegt, oder Einhalten eines maximalen Grenzmoments. Es ist möglich, dass der siche¬ re Zustand der Steuereinrichtung des Antriebssystems von au¬ ßen vorgegeben wird. Vorzugsweise ist der sichere Zustand durch in der Steuereinrichtung des elektrischen Antriebssystems hinterlegte Einstellungen bestimmt. Es ist möglich, dass die Zentraleinheit der Steuereinrichtung einen Sollwertparameter entgegen nimmt. Anhand des Sollwertparameters kann die Zentraleinheit der Steuereinrichtung ge¬ gebenenfalls entscheiden, ob die von ihr entgegen genommenen Sollwerte Lage-, Drehzahl- oder Momentsollwerte sind. Diese Vorgehensweise ermöglicht einen flexibleren Betrieb der Steu¬ ereinrichtung des Antriebssystems.
Es ist möglich, dass das an die Antriebseinheit übermittelte Abschaltsignal in den PrüfInformationen enthalten ist. Alternativ kann das an die Antriebseinheit übermittelte Abschalt¬ signal ein von den PrüfInformationen verschiedenes Signal sein .
Für die Ermittlung der PrüfInformationen durch die Zentraleinheit der Steuereinrichtung kommen verschiedene Möglichkei¬ ten in Frage. Bevorzugt ist, dass die Zentraleinheit der Steuereinrichtung die PrüfInformationen anhand der Sollwerte durch codierte Programmierung ermittelt.
Die Zentraleinheit der Antriebseinheit überprüft die Prüfin¬ formationen stets auf eine Weise, anhand derer sie erkennen kann, ob die PrüfInformationen ordnungsgemäß sind. Wenn die PrüfInformationen durch codierte Programmierung ermittelt worden sind, überprüft die Zentraleinheit der Antriebseinheit die PrüfInformationen dahingehend, ob sie im Sinne einer co¬ dierten Programmierung mit einer vorbestimmten Zahl und/oder mit dem mindestens einen weiteren im Überwachungsbetrieb an die Antriebseinheit übermittelten Signal korrespondieren.
Es ist möglich, dass die Zentraleinheit der Steuereinrichtung die PrüfInformationen auch im Normalbetrieb generiert und an die mindestens eine Antriebseinheit übermittelt. Beispiels¬ weise kann die Zentraleinheit der Steuereinrichtung stets prüfen, ob der Elektromotor sich im sicheren Zustand befindet, die PrüfInformationen ermitteln und die Prüfinformatio- nen übermitteln. Lediglich das Übermitteln der Abschaltsignale an die erste Abschalteinrichtung und die Antriebseinheit unterbleibt. Der Unterschied zwischen Normalbetrieb und Über¬ wachungsbetrieb besteht in diesem Fall darin, dass im Normal¬ betrieb die Ausgabe der Abschaltsignale deaktiviert ist, im Überwachungsbetrieb aktiviert.
Hiermit korrespondierend ist es möglich, dass auf Seiten der Antriebseinheit der Normalbetrieb und der Überwachungsbetrieb identisch sind. Alternativ wäre es jedoch auch möglich, den Überwachungsbetrieb aktivierbar und deaktivierbar zu gestal- ten.
Es ist möglich, dass die Zentraleinheit der Steuereinrichtung die erste Abschalteinrichtung direkt ansteuert. Vorzugsweise steuert die Zentraleinheit der Steuereinrichtung die erste Abschalteinrichtung über die Antriebseinheit an. In diesem Fall nimmt die Antriebseinheit auch das Abschaltsignal für die erste Abschalteinrichtung entgegen und leitet es an die erste Abschalteinrichtung weiter. Vorzugsweise erfolgt das Weiterleiten unter Umgehung der Zentraleinheit der Antriebs- einheit.
Die Zentraleinheit der Steuereinheit ist in der Regel als Prozessor ausgebildet, der ein Steuerprogramm abarbeitet. Vorzugsweise weist somit die Steuereinrichtung eine Spei- chereinrichtung auf, in der das Steuerprogramm hinterlegt ist. Die Zentraleinheit führt in diesem Fall ihre Funktionen unter Abarbeitung des Steuerprogramms aus . Das Steuerprogramm ist vorzugsweise als Systemprogramm ausgebildet, das vom An¬ wender nicht änderbar ist.
Die Zentraleinheit der Antriebseinheit ist vorzugsweise in einen ASIC integriert. Sie kann schaltungstechnisch derart ausgebildet sein, dass sie ohne Abarbeitung eines Steuerpro¬ gramms arbeitet. Es ist alternativ möglich, dass die An- triebseinheit eine Speichereinrichtung aufweist, in der ein Steuerprogramm hinterlegt ist, und dass die Zentraleinheit der Antriebseinheit ihre Funktionen unter Abarbeitung des Steuerprogramms ausführt. Auch das Steuerprogramm für die Zentraleinheit der Antriebs¬ einheit ist - so vorhanden - vorzugsweise als Systemprogramm ausgebildet, das vom Anwender nicht änderbar ist.
Die Speichereinrichtung kann gegebenenfalls in den ASIC integriert sein.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach- folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen in Prinzipdarstellung:
FIG 1 ein Blockschaltbild eines elektrischen An¬ triebssystems, FIG 2 und 3 Ablaufdiagramme und
FIG 4 eine Abwandlung von FIG 1.
Gemäß FIG 1 weist ein elektrisches Antriebssystem eine über¬ geordnete Steuereinrichtung 1, eine elektronische Steuerein- richtung 2, mindestens eine elektronische Antriebseinheit 3 und mindestens einen Elektromotor 4 auf. Die übergeordnete Steuereinrichtung 1 kann beispielsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung oder eine numerische Steuerung sein. Die Anzahl von Elektromotoren 4 korrespondiert mit der Anzahl von Antriebseinheiten 3.
Die elektronische Steuereinrichtung 2 weist eine Ausgangs¬ schnittstelle 5 auf. Die Antriebseinheit 3 weist eine Ein¬ gangsschnittstelle 6 auf. Die Ausgangsschnittstelle 5 der elektronischen Steuereinrichtung 2 und die Eingangsschnittstelle 6 der Antriebseinheit 3 sind datentechnisch miteinan¬ der verbunden.
Wenn mehr als eine Antriebseinheit 3 vorhanden ist, können diese auf verschiedene Weise mit der elektronischen Steuer¬ einrichtung 2 verbunden sein. Beispielsweise ist eine Anbindung über ein Bussystem denkbar. Es ist weiterhin denkbar, dass die elektronische Steuereinrichtung 2 eine Anzahl von Ausgangsschnittstellen 5 aufweist und jede Ausgangsschnitt¬ stelle 5 mit genau einer Antriebseinheit 3 verbunden ist.
Die elektronische Steuereinrichtung 2 weist eine Zentralein- heit 7 auf. Die Zentraleinheit 7 ist in der Regel als Mikro¬ prozessor 7 ausgebildet. Wenn sie als Mikroprozessor 7 ausgebildet ist, arbeitet sie im Betrieb ein Steuerprogramm 8 ab, das in einer Speichereinrichtung 9 der elektronischen Steuereinrichtung 2 hinterlegt ist . Die Zentraleinheit 7 führt in diesem Fall ihre nachfolgend näher beschriebenen Funktionen unter Abarbeitung des Steuerprogramms 8 aus.
Das Steuerprogramm 8 ist als Systemprogramm 8 ausgebildet. Es ist also kein Anwenderprogramm, das von einem in FIG 1 nicht dargestellten Anwender nach Bedarf geändert werden kann.
Vielmehr wird das Steuerprogramm 8 vom Hersteller der elektronischen Steuereinrichtung 2 in einen nicht flüchtigen Speicher 10 (z. B. einen EEPROM-Speicher ) eingeschrieben. Der Speicher 10 wird als Speichereinrichtung 9 in die elektroni- sehe Steuereinrichtung 2 eingebracht. Er entspricht einem Da¬ tenträger im Sinne der vorliegenden Erfindung.
Auf Grund der Programmierung mit dem Steuerprogramm 8 arbeitet die elektronische Steuereinrichtung 2 gemäß FIG 2 vor- zugsweise wie folgt:
Die elektronische Steuereinrichtung 2 prüft in einem Schritt Sl, ob ihr von der übergeordneten Steuereinrichtung 1 über eine Eingangsschnittstelle 11 Parameter C, T vorgegeben wer- den. Wenn dies der Fall ist, geht die elektronische Steuer¬ einrichtung 2 zu Schritten S2 bis S4 über. Anderenfalls geht sie direkt zu einem Schritt S5 über.
Im Schritt S2 nimmt die elektronische Steuereinrichtung 2 die übermittelten Parameter C, T entgegen. Im Schritt S3 bestimmt die Zentraleinheit 7 anhand des Parameters C eine Reglercha¬ rakteristik für die Zentraleinheit 7. Beispielsweise kann mittels des Parameters C eingestellt werden, ob die Zentral- einheit 7 als P-, PI-, als PID-, als PTi-Regler usw. arbeitet, welche Proportionalverstärkung der Regler aufweist, welche Integrationszeitkonstante der Regler aufweist usw.. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass der Parameter C nicht notwendigerweise ein skalarer Parameter ist. Er kann vielmehr auch eine Vektorgröße sein.
Anhand des Parameters T bestimmt die Zentraleinheit 7 im Rah¬ men des Schrittes S4, ob sie von ihr noch entgegen zu nehmen- de Sollwerte W* als Lagesollwerte, als Drehzahlsollwerte oder als Momentsollwerte behandelt.
Mittels der Parameter C, T wird die Funktionsweise der Zent¬ raleinheit 7 beeinflusst. Es wird aber nicht das Steuerpro- gramm 8 geändert. Es wird lediglich eingestellt, auf welche Art und Weise das Steuerprogramm 8 abgearbeitet wird.
Die Schritte Sl bis S4 sind nur optional. Sie können gegebe¬ nenfalls entfallen. Sie sind aus diesem Grund in FIG 2 nur gestrichelt dargestellt.
In einem Schritt S5 nimmt die Zentraleinheit 7 von der über¬ geordneten Steuereinrichtung einen Betriebsmodusbefehl M entgegen. Anhand des Betriebsmodusbefehls M entscheidet die Zentraleinheit 7 in einem Schritt S6, ob sie einen Normalbe¬ trieb oder einen Überwachungsbetrieb annimmt. Sie setzt zu diesem Zweck den entsprechenden Betriebsmodus.
Im Schritt S7 nimmt die Zentraleinheit 7 der elektronischen Steuereinrichtung 2 über die Eingangsschnittstelle 11 von der übergeordneten Steuereinrichtung 1 einen Sollwert W* entgegen. Der Sollwert W* ist, wie bereits erwähnt, in der Regel ein Lagesollwert, ein Drehzahlsollwert oder ein Momentsoll¬ wert .
In einem Schritt S8 nimmt die Zentraleinheit 7 der elektroni¬ schen Steuereinrichtung 2 einen Istwert W des Elektromotors 4 entgegen. Der Istwert W korrespondiert mit dem Sollwert W*. Wenn der Sollwert W* ein Lagesollwert ist, ist also auch der Istwert W ein Lageistwert usw.. Der Istwert W wird der Zent¬ raleinheit 7 auf übliche Weise zugeführt.
In einem Schritt S9 ermittelt die Zentraleinheit 7 anhand des Sollwertes W*, des Istwertes W und der Reglercharakteristik der Zentraleinheit 7 einen Stromsollwert I*.
In einem Schritt SlO übermittelt die Zentraleinheit 7 über die Ausgangsschnittstelle 5 den Stromsollwert I* an die An¬ triebseinheit 3.
In einem Schritt Sil generiert die Zentraleinheit 7 der elektronischen Steuereinrichtung 2 PrüfInformationen P. Die PrüfInformationen P sind für sich oder in Verbindung mit mindestens einem Stromsollwert I* dafür charakteristisch, ob die elektronische Steuereinrichtung 2 ordnungsgemäß funktioniert.
Die ermittelten PrüfInformationen P können prinzipiell belie- big sein, solange anhand der PrüfInformationen P - gegebenenfalls in Verbindung mit mindestens einem Stromsollwert I* - erkennbar ist, ob die elektronische Steuereinrichtung 2 ordnungsgemäß funktioniert. Beispielsweise kann das Steuerpro¬ gramm 8 einen Nutzteil 8' und einen Zusatzteil 8" aufweisen. Beiden Teilen 8', 8" führt die Zentraleinheit 7 den Sollwert W* und den Istwert W zu. Der Nutzteil 8' ermittelt anhand des Sollwerts W* und des Istwerts W den korrespondierenden Stromsollwert I* .
Der Zusatzteil 8" ist automatisch anhand des Nutzteils 8' er¬ zeugt worden. Der Zusatzteil 8" liefert bei ordnungsgemäßem Funktionieren der elektronischen Steuereinrichtung 2 als PrüfInformationen P beispielsweise stets das n-fache des Stromsollwerts I*. n ist eine geeignet bestimmte Primzahl. Diese Art der Erzeugung der PrüfInformationen P ist Fachleuten als codierte Programmierung bekannt. In einem Schritt S12 prüft die Zentraleinheit 7 der Steuer¬ einrichtung 2, ob sie sich im Normalbetrieb befindet.
Wenn die Zentraleinheit 7 der Steuereinrichtung 2 sich im Normalbetrieb befindet, führt sie einen Schritt S13 aus. Im Schritt S13 prüft die Zentraleinheit 7 der elektronischen Steuereinrichtung 2, ob sie einen internen Fehler der elektronischen Steuereinrichtung 2 und/oder einen externen Fehler in einer anderen Einheit (z. B. dem Elektromotor 4 oder der Antriebseinheit 3) erkennt. Wenn ein derartiger Fehler er¬ kannt wird, geht die Zentraleinheit 7 zu einem Schritt S14 über. Im Schritt S14 übermittelt die Zentraleinheit 7 ein erstes Abschaltsignal Al an eine erste Abschalteinrichtung 12. Mittels der ersten Abschalteinrichtung 12 ist es möglich, eine Stromversorgung U des Elektromotors 4 zu unterbrechen.
Im Rahmen des Schrittes S14 übermittelt die Zentraleinheit 7 der elektronischen Steuereinrichtung 2 weiterhin ein zweites Abschaltsignal A2 an die Antriebseinheit 3. Auch die An- triebseinheit 3 ist daher in der Lage, die Stromversorgung U des Elektromotors 4 zu unterbrechen.
Zusätzlich kann die Zentraleinheit 7 im Rahmen des Schrittes S14 die PrüfInformationen P modifizieren, so dass die Prüfin- formationen P nicht mehr ordnungsgemäß sind. Die nicht mehr ordnungsgemäßen PrüfInformationen P übermittelt sie im Rahmen des Schrittes S14 an die Antriebseinheit 3.
Sodann geht die Zentraleinheit 7 zu einem Schritt S15 über, in dem sie eine Fehlerreaktion ausführt. Beispielsweise kann die Zentraleinheit 7 ein Reset-Signal abwarten.
Wenn im Schritt S13 kein Fehler erkannt wurde, geht die Zent¬ raleinheit 7 zu einem Schritt S16 über, in dem sie die (unmo- difizierten und daher ordnungsgemäßen) PrüfInformationen P an die Antriebseinheit 3 übermittelt. Ausgehend vom Schritt S16 geht die Zentraleinheit 7 zum Schritt Sl (so vorhanden) oder zum Schritt S5 zurück. Wenn die Zentraleinheit 7 der Steuereinrichtung 2 sich nicht im Normalbetrieb befindet, geht sie vom Schritt S12 zu einem Schritt S17 über. Im Schritt S17 prüft die Zentraleinheit 7, ob der Elektromotor 4 sich in einem sicheren Zustand befindet. Beispielsweise kann die Zentraleinheit 7 überprüfen, ob der Istwert W oder eine zeitliche Änderung des Istwerts W dem sicheren Zustand entspricht. Der sichere Zustand ist vorzugs¬ weise durch Einstellungen bestimmt, die in der Steuereinrich- tung 2 in einem entsprechenden Einstellungsspeicher 10' hinterlegt sind.
Je nach dem Ergebnis der Überprüfung des Schrittes S17 geht die Zentraleinheit 7 entweder zum Schritt S13 oder zum Schritt S14 über. Insbesondere geht die Zentraleinheit 7 zum Schritt S13 über, wenn der Elektromotor 4 sich im sicheren Zustand befindet. Hiermit korrespondierend geht die Zentral¬ einheit 7 zum Schritt S14 über, wenn der Elektromotor 4 sich nicht im sicheren Zustand befindet.
Das an die Antriebseinheit 3 übermittelte zweite Abschaltsig¬ nal A2 kann ein eigenes, von den PrüfInformationen P verschiedenes Signal A2 sein. Alternativ kann es in den Prüfin- formationen P enthalten sein. Gemäß FIG 1 ist die erste Abschalteinrichtung 12 Bestandteil der Antriebseinheit 3. Die Zentraleinheit 7 übermittelt da¬ her das für die erste Abschalteinrichtung 12 bestimmte erste Abschaltsignal Al über die Antriebseinheit 3 an die erste Ab¬ schalteinrichtung 12.
Aus der Darstellung von FIG 2 ist ersichtlich, dass die Zentraleinheit 7 den Sollwert W* und den Istwert W getaktet ent¬ gegen nimmt. Sie nimmt also eine Folge von Sollwerten W* und Istwerten W entgegen.
Aus FIG 2 ist weiterhin ersichtlich, dass die Zentraleinheit 7 die Stromsollwerte I* getaktet an die Antriebseinheit 3 ausgibt. Gemäß FIG 2 stimmen die beiden Takte miteinander überein. Dies ist jedoch nicht zwingend. Sie könnten auch voneinander verschieden sein. Insbesondere könnten die Schritte S9 und SlO in eine innere Schleife eingebunden sein, die mehrfach durchlaufen wird, bevor erneut die Schritte S7 und S8 ausgeführt werden.
Gemäß FIG 2 werden weiterhin die PrüfInformationen P mit jedem Stromsollwert I* an die Antriebseinheit 3 übermittelt. Auch dies ist nicht zwingend erforderlich. Vielmehr kann es ausreichend sein, die PrüfInformationen P nur in größeren
Zeitabständen, beispielsweise einmal pro Minute oder einmal pro Viertelstunde, an die Antriebseinheit 3 zu übermitteln.
Die Antriebeinheit 3 weist gemäß FIG 1 ebenfalls eine Zent- raleinheit 13 auf. Die Zentraleinheit 13 kann gemäß FIG 1 beispielsweise in einen ASIC 14 integriert sein. Sie kann, wie in FIG 1 dargestellt, derart schaltungstechnisch ausge¬ bildet sein, dass sie ohne Abarbeitung eines Steuerprogramms arbeitet .
Es ist möglich, dass die Antriebseinheit 3 in verschiedenen Betriebsarten arbeitet, insbesondere in einem Normalbetrieb und in einem Überwachungsbetrieb . In diesem Fall ist ein ent¬ sprechendes Umschalten der Betriebsarten erforderlich. Im vorliegenden Fall sind die beiden Betriebsarten identisch. Sie werden also stets zusammen ausgeführt.
Gemäß den FIG 1 und 3 nimmt die Zentraleinheit 13 der An¬ triebseinheit 3 im Betrieb über die Eingangsschnittstelle 6 von der elektronischen Steuereinrichtung 2 in einem Schritt S21 einen Stromsollwert I* entgegen. Weiterhin nimmt sie im Rahmen des Schrittes S21 auch die PrüfInformationen P entgegen. Sofern von der Zentraleinheit 7 der Steuereinrichtung 2 ein Abschaltsignal A2 für die Zentraleinheit 13 der Antriebs- einheit 3 übermittelt wird, nimmt die Zentraleinheit 13 im Schritt S21 auch das Abschaltsignal A2 entgegen. Der Zentraleinheit 13 der Antriebseinheit 3 wird weiterhin in üblicher Weise ein Stromistwert I zugeführt, den sie in einem Schritt S22 entgegen nimmt.
In einem Schritt S23 ermittelt die Zentraleinheit 13 der An¬ triebseinheit 3 anhand des Stromsollwertes I* und des Strom¬ istwerts I Ansteuersignale A* für eine Anzahl von Leistungs¬ schaltern 15. Die Leistungsschalter 15 sind in der Regel elektronische Leistungsschalter 15, z. B. Leistungstransisto- ren oder Thyristoren.
Die Leistungsschalter 15 sind in der Regel Bestandteil der Antriebseinheit 3. Die Zentraleinheit 13 steuert in diesem Fall die Leistungsschalter 15 unmittelbar entsprechend an. Die Zentraleinheit 13 gibt also die Ansteuersignale A* an die Leistungsschalter 15 aus. Mittels der Leistungsschalter 15 wird der Elektromotor 4 an die Stromversorgung U angeschaltet.
In einem Schritt S24 überprüft die Zentraleinheit 13 der An¬ triebseinheit 3, ob ihr von der Zentraleinheit 7 der Steuer¬ einrichtung 2 ein Abschaltsignal A2 übermittelt wurde. Falls das Abschaltsignal A2 der Zentraleinheit 13 der Antriebsein¬ heit 3 als eigenes Signal A2 ermittelt wird, kann selbstver- ständlich direkt das Abschaltsignal A2 auf Vorhandensein überprüft werden. Falls das Abschaltsignal A2 in den Prüfin- formationen P enthalten ist, wird es zuvor aus den Prüfinformationen P extrahiert.
Falls der Zentraleinheit 13 das Abschaltsignal A2 übermittelt wurde, steuert die Zentraleinheit 13 in einem Schritt S25 ei¬ ne zweite Abschalteinrichtung 16 an. Dadurch wird die Stromversorgung U des Elektromotors 4 unterbrochen.
Alternativ oder zusätzlich sperrt die Zentraleinheit 13 in einem Schritt S26 das Ausgeben der Ansteuersignale A* an die Leistungsschalter 15. Auch auf diese Weise kann die Stromversorgung U des Elektromotors 4 unterbrochen werden. Optional ist es weiterhin möglich, dass die Zentraleinheit 13 in einem Schritt S27 die erste Abschalteinrichtung 12 ansteuert, die von der Zentraleinheit 7 der Steuereinrichtung 2 di- rekt angesteuert wird.
In einem Schritt S28 führt die Zentraleinheit 13 eine Fehler¬ reaktion aus. Beispielsweise kann sie ein Reset-Signal abwar¬ ten .
Gemäß FIG 1 sind die erste Abschalteinrichtung 12, die zweite Abschalteinrichtung 16 und die Leistungsschalter 15 in Reihe geschaltet. Bereits durch entsprechendes Ansteuern eines die¬ ser drei Elemente 12, 15, 16 wird somit die Stromversorgung des Elektromotors 4 unterbrochen.
Wenn der Zentraleinheit 13 das Abschaltsignal A2 nicht über¬ mittelt wurde, überprüft die Zentraleinheit 13 der Antriebs¬ einheit 2, ob die PrüfInformationen P übermittelt wurden und ordnungsgemäß sind. Im vorliegenden Fall, in dem die Prüfin¬ formationen P durch codierte Programmierung erzeugt worden sind, prüft die Zentraleinheit 13 in einem Schritt S29, ob die PrüfInformationen P durch die vorbekannte Primzahl n teilbar sind. Alternativ oder zusätzlich prüft die Zentral- einheit 13 in einem Schritt S30, ob die PrüfInformationen P das n-fache des Stromsollwerts I* sind.
Wenn die durchgeführten Prüfungen positiv verlaufen, sind die PrüfInformationen P ordnungsgemäß. In diesem Fall geht die Zentraleinheit 13 zum Schritt S21 zurück. Wenn hingegen eine der Prüfungen der Schritte S29 und S30 negativ verläuft, geht die Zentraleinheit 13 zum Schritt S25 über.
Die Abschaltsicherheit im Fehlerfall kann noch weiter erhöht werden, wenn auch die Zentraleinheit 7 der Steuereinrichtung 2 nicht nur die erste Abschalteinrichtung 12 ansteuert, sondern zusätzlich die zweite Abschalteinrichtung 16 ansteuert und/oder das Ausgeben der Ansteuersignale A* im Fehlerfall sperrt .
Die Abschalteinrichtungen 12, 16 sind vorzugsweise elektrome- chanische Schalteinrichtungen. Es ist jedoch auch möglich, sie als elektronische Schalteinrichtungen zu realisieren.
Die erste Abschalteinrichtung 12 und die zweite Abschalteinrichtung 16 sind vorzugsweise Bestandteile der Antriebsein- heit 3. Die Antriebseinheit 3 nimmt daher unter anderem das in FIG 1 gestrichelt eingezeichnete Abschaltsignal Al der elektronischen Steuereinrichtung 2 für die erste Abschalteinrichtung 12 entgegen. Das Abschaltsignal Al leitet die An¬ triebseinheit 3 unter Umgehung der Zentraleinheit 13 an die erste Abschalteinrichtung 12 weiter.
Bei der Darstellung gemäß FIG 1 ist die Zentraleinheit 13 derart schaltungstechnisch ausgebildet, dass sie ohne Abar¬ beiten eines Steuerprogramms arbeitet.
Die in FIG 4 dargestellte Antriebseinheit 3 entspricht von ihrer Funktion der in FIG 1 dargestellten Antriebseinheit 3. Im Unterschied zur Antriebseinheit 3 von FIG 1 arbeitet bei der Darstellung gemäß FIG 4 die Antriebseinheit 3 jedoch ein Steuerprogramm 17 ab, das in einer Speichereinrichtung 18 hinterlegt ist und die Funktionsweise der Zentraleinheit 13 festlegt. Bei der Ausgestaltung gemäß FIG 4 führt die Zent¬ raleinheit 13 ihre obenstehend beschriebenen Funktion unter Abarbeitung des Steuerprogramms 17 aus.
Auch das Steuerprogramm 17 ist ein Systemprogramm 17. Es ist von dem Anwender nicht änderbar, sondern wird vielmehr vom Hersteller der Antriebseinheit 3 in die Speichereinrichtung 18 eingeschrieben. Beispielsweise kann das Steuerprogramm 17 mittels eines geeigneten Programmiergeräts von einem Daten¬ träger 19, auf dem das Steuerprogramm 17 gespeichert ist, ausgelesen und in die Speichereinrichtung 18 eingeschrieben werden . Die Zentraleinheit 13 kann - wie bei der Ausführungsform ge¬ mäß FIG 1 - weiterhin in einen ASIC 14 integriert sein. Die Speichereinrichtung 18 kann außerhalb des ASICs 14 angeordnet sein. Sie kann aber auch in den ASIC 14 integriert sein.
Mittels der obenstehend beschriebenen Ausgestaltungen der elektronischen Steuereinrichtung 2 und der elektronischen Antriebseinheit 3 ist somit auf einfache und kostengünstige Weise eine Überwachung der elektronischen Steuereinrichtung 2 realisierbar .
Die obige Beschreibung dient ausschließlich der Erläuterung der vorliegenden Erfindung. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung soll hingegen ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche bestimmt sein.

Claims

Patentansprüche
1. Elektronische Steuereinrichtung eines elektrischen Antriebssystems, mit einer Zentraleinheit (7), - wobei in einem Normalbetrieb die Zentraleinheit (7) von ei¬ ner übergeordneten Steuereinrichtung (1) eine Folge von Lage-, Drehzahl- oder Momentsollwerten (W*) entgegen nimmt, anhand der entgegen genommenen Sollwerte (W*) und korres¬ pondierender Istwerte (W) Stromsollwerte (I*) ermittelt und die Stromsollwerte (I*) an mindestens eine Antriebseinheit (3) übermittelt,
- wobei in einem Überwachungsbetrieb die Zentraleinheit (7) prüft, ob ein von der mindestens einen Antriebseinheit (3) angesteuerter Elektromotor (4) sich in einem sicheren Zu- stand befindet, und in dem Fall, dass der Elektromotor (4) sich nicht im sicheren Zustand befindet, an eine erste Ab¬ schalteinrichtung (12) und an die Antriebseinheit (3) je ein Abschaltsignal (Al, A2) übermittelt, so dass eine Stromversorgung (U) des Elektromotors (4) sowohl mittels der ersten Abschalteinrichtung (12) als auch mittels der Antriebseinheit (3) unterbrechbar ist,
- wobei die Zentraleinheit (7) zumindest im Überwachungsbe¬ trieb PrüfInformationen (P) generiert, die für sich oder in Verbindung mit mindestens einem weiteren im Überwachungsbe- trieb an die mindestens eine Antriebseinheit (3) übermit¬ telten Signal (I*) dafür charakteristisch sind, ob die Steuereinrichtung ordnungsgemäß funktioniert, und die Prüf¬ informationen (P) an die mindestens eine Antriebseinheit (3) übermittelt.
2. Steuereinrichtung 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 Zent¬ raleinheit (7) von der übergeordneten Steuereinrichtung (1) einen Betriebsmodusbefehl (M) entgegen nimmt und anhand des Betriebsmodusbefehls (M) entscheidet, ob sie den Normalbe¬ trieb oder den Überwachungsbetrieb annimmt.
3. Steuereinrichtung 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 der siche¬ re Zustand durch in der Steuereinrichtung hinterlegte Einstellungen bestimmt ist.
4. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Zent¬ raleinheit (7) von der übergeordneten Steuereinrichtung (1) einen Sollwertparameter (T) entgegen nimmt und anhand des Sollwertparameters (T) entscheidet, ob die von ihr entgegen genommenen Sollwerte (W*) Lage-, Drehzahl- oder Momentsollwerte sind.
5. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das an die Antriebseinheit (3) übermittelte Abschaltsignal (A2) in den PrüfInformationen (P) enthalten ist.
6. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das an die Antriebseinheit (3) übermittelte Abschaltsignal (A2) ein von den PrüfInformationen (P) verschiedenes Signal ist.
7. Steuereinrichtung nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Zent¬ raleinheit (7) die PrüfInformationen (P) anhand der von ihr entgegen genommenen Soll- und/oder Istwerte (W*, W) durch codierte Programmierung ermittelt.
8. Steuereinrichtung nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Zent¬ raleinheit (7) die PrüfInformationen (P) auch im Normalbetrieb generiert und an die mindestens eine Antriebseinheit (3) übermittelt.
9. Steuereinrichtung nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Zent¬ raleinheit (7) das für die erste Abschalteinrichtung (12) be- stimmte Abschaltsignal (Al) über die Antriebseinheit (3) an die erste Abschalteinrichtung (12) übermittelt.
10. Steuereinrichtung nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass sie eine Speichereinrichtung (9) aufweist, in der ein Steuerprogramm (8) hinterlegt ist, und dass die Zentraleinheit (7) ihre Funktionen unter Abarbeitung des Steuerprogramms (8) ausführt .
11. Steuereinrichtung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Steu¬ erprogramm (8) als Systemprogramm (8) ausgebildet ist.
12. Datenträger, auf dem ein Steuerprogramm (8) gespeichert ist, wobei das Steuerprogramm (8) bewirkt, dass eine Zentral¬ einheit (7) einer Steuereinrichtung (2) nach Anspruch 10 oder 11 ihre in einem der Ansprüche 1 bis 9 beschriebenen Funktio¬ nen ausführt, wenn es von der Zentraleinheit (7) ausgeführt wird.
13. Elektronische Antriebseinheit eines elektrischen An¬ triebssystems, mit einer Zentraleinheit (13),
- wobei die Zentraleinheit (13) in einem Normalbetrieb von einer Steuereinrichtung (2) eine Folge von Stromsollwerten
(I*) entgegen nimmt, anhand der Stromsollwerte (I*) Ansteu¬ ersignale (A*) für eine Anzahl von Leistungsschaltern (15) ermittelt, mittels derer ein Elektromotor (4) entsprechend dem Stromsollwert (I*) an eine Stromversorgung (U) ange- schaltet wird, und an die Leistungsschalter (15) ausgibt,
- wobei die Zentraleinheit (13) in einem Überwachungsbetrieb prüft, ob ihr von der Steuereinrichtung (2) ein Abschaltsignal (A2) übermittelt wird, und im Fall der Übermittlung des Abschaltsignals (A2) eine Stromversorgung (U) des Elektromotors (4) über eine zweite Abschalteinrichtung (16) unterbricht,
- wobei die Zentraleinheit (13) im Überwachungsbetrieb ferner prüft, ob ihr von der Steuereinrichtung (2) Prüfinformatio- nen (P) übermittelt werden, die für sich oder in Verbindung mit mindestens einem weiteren im Überwachungsbetrieb an die Antriebseinheit übermittelten Signal (I*) dafür charakte¬ ristisch sind, ob die Steuereinrichtung (2) ordnungsgemäß funktioniert, und im Fall, dass die PrüfInformationen (P) nicht übermittelt werden oder nicht ordnungsgemäß sind, ebenfalls die Stromversorgung (U) des Elektromotors (4) über die zweite Abschalteinrichtung (16) unterbricht.
14. Antriebseinheit nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das an die Antriebseinheit übermittelte Abschaltsignal (A2) in den Prüf¬ informationen (P) enthalten ist.
15. Antriebseinheit nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das an die Antriebseinheit übermittelte Abschaltsignal (A2) ein von den PrüfInformationen (P) verschiedenes Signal ist.
16. Antriebseinheit nach Anspruch 13, 14 oder 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Zent¬ raleinheit (13) die PrüfInformationen (P) dahingehend über¬ prüft, ob sie im Sinne einer codierten Programmierung mit einer vorbestimmten Zahl (n) und/oder mit dem mindestens einem weiteren im Überwachungsbetrieb an die Antriebseinheit über¬ mittelten Signal (I*) korrespondieren.
17. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 13 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Normalbetrieb und der Überwachungsbetrieb identisch sind.
18. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 13 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die An¬ triebseinheit von der Steuereinrichtung (2) ein Abschaltsig- nal (Al) für eine erste Abschalteinrichtung (12) entgegen nimmt und an die erste Abschalteinrichtung (12) weiterleitet.
19. Antriebseinheit nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die An¬ triebseinheit das Abschaltsignal (Al) für die erste Abschalt¬ einrichtung (12) unter Umgehung der Zentraleinheit (13) an die erste Abschalteinrichtung (12) weiterleitet.
20. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 13 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Leis¬ tungsschalter (15) Bestandteil der Antriebseinheit sind.
21. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 13 bis 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Zent¬ raleinheit (13) in einen ASIC (14) integriert ist.
22. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 13 bis 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass sie eine Speichereinrichtung (18) aufweist, in der ein Steuerprogramm (17) hinterlegt ist, und dass die Zentraleinheit (13) ihre Funktionen unter Abarbeitung des Steuerprogramms (17) aus- führt.
23. Antriebseinheit nach Anspruch 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Steu¬ erprogramm (17) als Systemprogramm (17) ausgebildet ist.
24. Antriebseinheit nach Anspruch 21 in Verbindung mit Anspruch 22 oder 23, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Spei¬ chereinrichtung (18) in den ASIC (14) integriert ist.
25. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 13 bis 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Zent¬ raleinheit (13) derart schaltungstechnisch ausgebildet ist, dass sie ohne Abarbeiten eines Steuerprogramms arbeitet.
26. Datenträger, auf dem ein Steuerprogramm (17) gespeichert ist, wobei das Steuerprogramm (17) bewirkt, dass eine Zent¬ raleinheit (13) einer Antriebseinheit (3) nach Anspruch 22, 23 oder 24 ihre in einem der Ansprüche 13 bis 19 beschriebe¬ nen Funktionen ausführt, wenn es von der Zentraleinheit (13) ausgeführt wird.
27. Elektrisches Antriebssystem, bestehend aus einer elektro¬ nischen Steuereinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und mindestens einer elektronischen Antriebseinheit (3) nach einem der Ansprüche 13 bis 25, wobei die Steuereinrichtung (2) mit der Antriebseinheit (3) datentechnisch verbunden ist.
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