DE102013000889B4

DE102013000889B4 - Druckmaschinensteuerung mit eigenfehlersicherer Bremsenansteuerung

Info

Publication number: DE102013000889B4
Application number: DE102013000889.1A
Authority: DE
Inventors: Kai Albrecht; Ulrich Bähr; Jochen Bechtler; Holger Körner; Helmut Meyer; Josef Reiter; Willi Stutz; Christian Thomas
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen Intellectual Property AG and Co KG
Priority date: 2012-02-10
Filing date: 2013-01-18
Publication date: 2021-04-15
Anticipated expiration: 2033-01-19
Also published as: CN103240983A; CN103240983B; DE102013000889A1

Abstract

Maschinensteuerung,
mit einem elektrisch schaltbarem Betätigungsglied (11) für mindestens ein die Bewegung eines Maschinenteils (4) blockierendes Bremsglied (8),
mit einem mit dem Maschinenteil (4) verbundenen Antrieb (2),
und mit einem Betriebs- (29) und einen Sicherheitsrechner (30), die jeweils eine Betriebs- und eine Sicherheitssoftware enthalten und mit dem Betätigungsglied (11) verbunden sind,
wobei das Betätigungsglied (11) in einem Stromkreis in Reihe mit zwei Schaltgliedern (15, 16) geschaltet ist,
wobei jedes Schaltglied (15, 16) einen eigenen Steuereingang (27, 28) aufweist,
und wobei der Betriebsrechner (29) mit dem Steuereingang (27) des ersten (15) und der Sicherheitsrechner (30) mindestens mit dem Steuereingang (28) des zweiten Schaltgliedes (16) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schaltglieder (15, 16) mit einer Logikschaltung (49-53) verbunden sind, die eine wechselseitige Ansteuerung der Schaltglieder (15, 16) bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Maschinensteuerung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Beim Betrieb einer drucktechnischen Maschine bestehen Sicherheitsanforderungen, die verhindern sollen, dass Personen oder Sachen zu Schaden kommen. Bei Druckmaschinen ist es bekannt, Druckmaschinenantriebe und Antriebe für einen Stapelaufzug beim Auftreten einer Gefahrensituation stillzusetzen. Um einen sicheren Betriebshalt oder ein sicheres Stillsetzen zu erreichen, kommen Bremsen zum Einsatz, die z.B. auf eine Achse oder eine Spindel wirken, um die Antriebsgeschwindigkeit zu verzögern. Für ein gesteuertes Stillsetzen werden die Bremsfunktionen überwacht.
Die DE 34 470 90 A1 zeigt eine Einrichtung zur Bremsenkontrolle eines Antriebsmotors einer Druckmaschine mit einer Steuerlogik, die Signale eines Drehgebers verarbeitet und Stellsignale an den Motor und die Bremse gibt. Die Bremse wird dahingehend überprüft, ob bei einer betätigten Bremse ausreichend Bremskraft aufgebracht wird und ob bei gelöster Bremse die Bremskraft Null ist. Die Bremse wird durch ein Schaltglied einer Bremssteuerung betätigt.
In der DE 199 08 230 A1 ist eine Vorrichtung zur Überwachung sicherheitsrelevanter Vorgänge an einer Maschine beschrieben, bei der in der Maschine ein Bussystem verlegt ist, an das Sicherheitsüberwachungssteuerungen und Sicherheitseinleseeinrichtungen angeschlossen sind. Eine Sicherheitsüberwachungssteuerung kann beispielsweise an einem Antriebselement einer Druckmaschine angeordnet sein, dessen Bewegung für eine Bedienperson eine Gefahr darstellt. Der Antrieb ist mit zwei redundanten Drehgebern überwacht, deren Signale getrennt in einer Antriebssteuerung und in der Sicherheitsüberwachungssteuerung verarbeitet werden. Von der Antriebssteuerung und der Sicherheitsüberwachungssteuerung besteht eine Ansteuermöglichkeit zu einer Bremse, die im Notfall den Antrieb stillsetzen kann. Die Bremse wird betätigt, wenn durch einen Fehler in der Antriebssteuerung der Antrieb außerhalb eines vorgegebenen Drehzahlbereichs betrieben wird. Details zur Ansteuerung und Überwachung der Bremse sind nicht offenbart.
Die Gebrauchsmusterschrift DE 297 19 341 U1 zeigt eine Sicherheitseinrichtung für einen Hubantrieb in Bogenoffsetdruckmaschinen. Aus Gründen des Personenschutzes ist es erforderlich, dass Hubantriebe und insbesondere Stapelhubantriebe in Druckmaschinen in besonderer Weise abgesichert sind. Zur Absicherung werden dabei ein Steuerstromkreis und eine Überwachungsschaltung verwendet, wobei die Überwachungsschaltung einen Stromfluss in den Phasen des Steuerstromkreises zur Ansteuerung des Stapelhubwerkes überwacht. Wird von der Überwachungsschaltung kein ausreichender Stromfluss in wenigstens einer der Phasen des Steuerstromkreises für den Stapelhubwerkantrieb festgestellt, so werden die Steuerstromkreise stromlos geschaltet, was ein Einlegen einer Bremse und somit ein Arretieren des Antriebs des Stapelhubwerkes bewirkt. Auf diese Art und Weise wird das Stapelhubwerk gesichert.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2007 058 098 A1 zeigt eine sichere elektrische Bremseinrichtung für Druckmaschinen. Dabei wird ein elektrischer Antrieb elektrisch abgebremst, wobei der elektrische Antrieb über ein elektrisches Leistungsteil an einen Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen ist. Zwischen den elektrischen Antrieb und dem Leistungsteil ist eine weitere elektrische Bremseinrichtung schaltbar, die bei Ausfall des Stromnetzes über einen Rechner gesteuert über das Leistungsteil einen generatorischen Bremsvorgang einleitet. Sollte das elektrische Leistungsteil ausfallen, so wird die weitere elektrische Bremseinrichtung eingeschaltet. So kann ein Ausfall des Leistungsteils beim elektrischen Bremsen durch die weitere elektrische Bremseinrichtung kompensiert werden. Das Motorleistungsteil weist dabei einen Antriebsrechner und einen Sicherheitsrechner auf.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Maschinensteuerung zu entwickeln, die es ermöglicht, die Maschine sicherer zu betreiben.
Die Aufgabe wird mit einer Maschinensteuerung gelöst, welche die Merkmale nach Anspruch 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung ist ein Betätigungsglied für ein Bremsglied einer Maschine in Reihe mit zwei Schaltgliedern geschalten. Der Steuereingang des ersten Schaltgliedes ist mit einem Betriebsrechner verbunden. Die Maschinensteuerung umfasst weiterhin einen Sicherheitsrechner, der mit dem Steuereingang des zweiten und in einer Variante mit dem Steuereingang des ersten Schaltgliedes verbunden ist. Die Erfindung ist bei allen drucktechnischen Maschinen, insbesondere bei Druckmaschinen, anwendbar, bei denen jeweils mindestens ein Antrieb eine mechanische Bremse aufweist, deren sicherer Betrieb eine spezielle Anordnung und Ansteuerung von Schaltgliedern, wie z.B. Transistoren, erfordert.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert werden. Die 1 bis 4 zeigen verschiedene Ausführungen von Maschinensteuerungen für einen Stapelantrieb einer Druckmaschine.
Wie in 1 dargestellt, ist eine Antriebswelle 1 eines Elektromotors 2 mit einem Ritzel 3 eines Zahnrädergetriebes verbunden. Die Zähne des Ritzels 3 stehen mit den Zähnen eines Zahnrades 4 im Eingriff, das drehfest auf einer Antriebswelle 5 sitzt. An die Welle 5 sind weitere Getriebeglieder für einen Stapelaufzug und eine Reibscheibe 6 einer mechanischen Bremse 7 gekoppelt. Die Bremse 7 umfasst koaxial zur ersten Reibscheibe eine weitere Reibscheibe 8. Im betätigten Zustand der Bremse 7 liegen die Reibbeläge der Reibscheiben 6, 8 mit der Kraft einer Feder 9 gegeneinander, so dass eine Drehung 10 der Reibscheibe 6 um die Achse der Welle 5 verhindert ist. Mit Hilfe eines Elektromagneten 11 kann die Bremse 7 belüftet werden. Bei Stromfluss 12 durch die Wicklung des Elektromagneten 11 wird ein Zuganker 13 betätigt, so dass die Reibscheibe 8 in Richtung 14 der Achse gegen die Kraft der Feder 9 von der Reibscheibe 6 weg bewegt wird. Bei belüfteter Bremse 7 fließt der Strom 12 durch besagte Wicklung und durch zwei in Reihe geschaltete Emitter-Kollektor-Strecken zweier Schalttransistoren 15, 16. Der Emitter des p-n-p-Transistors 15 ist mit einer Betriebsgleichspannungsquelle +U_B verbunden. Der Kollektor des p-n-p-Transistors 15 ist auf einen ersten Anschluss 17 der Wicklung geführt. Der zweite Anschluss 18 der Wicklung ist mit dem Kollektor des n-p-n-Transistors 16 verbunden. Der Emitter des n-p-n-Transistors 16 führt über einen Widerstand 19 gegen Massepotential 20 der Spannungsquelle 21. Parallel zu den Anschlüssen 17, 18 des Elektromagneten 11 liegen zwei in Reihe geschaltete Widerstände 22, 23 und eine Reihenschaltung aus zwei Zenerdioden 24, 25 und einer Diode 26. Die Anode der Diode 26 liegt am Anschluss 18. Die Anode der Zenerdioden 24 liegt am Anschluss 17. Die als Steuereingänge dienenden Basisanschlüsse 27, 28 der Schalttransistoren 15, 16 stehen mit einem Betriebsrechner 29 und mit einem Sicherheitsrechner 30 in Verbindung. Der Betriebsrechner 29, der Sicherheitsrechner 30 und eine Motorsteuereinheit 31 für den Elektromotor 2 sind Bestandteile einer Steuereinrichtung 32 der Druckmaschine. Die Antriebswelle 1 des Elektromotors 2 ist weiterhin mit einem Drehgeber 33 verbunden, dessen Signalausgang zur Steuereinrichtung 32 geführt ist. Zur Steuereinrichtung 32 führen weiterhin Leitungen einer Vielzahl von Sicherheitsschaltern 34 und Sensoren 35 für Prozessgrößen.
Die Signale des Drehgebers 33, der Sicherheitsschalter 34 und Sensoren 35 werden in der Steuereinrichtung 32 verarbeitet. Die Signalverarbeitung führt zu einer Generierung von Stellsignalen für den Elektromotor 2 mittels der Motorsteuereinheit 31 und zur Generierung von Steuersignalen für die Schalttransistoren 15, 16 mittels des Betriebsrechners 29 und des Sicherheitsrechners 30. Durch Ansteuern der Schalttransistoren 15, 16 wird die Bremse 7 betätigt oder gelüftet und auf Funktionsfähigkeit geprüft.
Um die Funktionsfähigkeit der Bremse 7 und deren Ansteuerung zu überprüfen, werden die Schalttransistoren 15, 16 abwechselnd angesteuert. Dieses abwechselnde Schalten setzt eine Kommunikation zwischen dem Betriebsrechner 29 und dem Sicherheitsrechner 30 voraus. Wenn die Schalttransistoren 15, 16 nicht defekt sind, dann ist durch das wechselseitige Schalten entweder die Kollektor-Emitter-Strecke des Schalttransistors 15 oder des Schalttransistors 16, aber niemals beide Strecken, auf Durchgang geschalten. Durch die Wicklung des Elektromagneten 11 fließt kein Strom, so dass der Zuganker 13 nicht in Richtung 14 gezogen ist und die Reibscheiben 6, 8 mit der Kraft der Feder 9 aufeinander liegen. Die Bremse 7 ist eingelegt, so dass ein Drehen des Zahnrades 4 mit dem Elektromotor 2 verhindert ist. Am Drehgeber 33 ändert sich das Signal nicht.
Wenn ein Schalttransistor 15, 16 defekt ist, dann ist die entsprechende Kollektor-Emitter-Strecke niederohmig. Durch das wechselseitige Ansteuern der Schalttransistoren 15, 16 kommt es zu einem Stromfluss durch die Wicklung des Elektromagneten 11, so dass die Bremse 7 belüftet und mit dem Drehgeber 33 eine Drehung des Zahnrades 4 angezeigt wird, wenn der Elektromotor testweise angesteuert wird. Über eine an die Steuereinrichtung 32 angeschlossene Anzeigeeinheit 36 wird ausgegeben, dass die Bremse 7 nicht sicher ist und dass einer der Schalttransistoren 15 oder 16 defekt ist.
Wenn in der nachstehenden Beschreibung weiterer Varianten der Erfindung bereits eingeführte Bezugszeichen verwendet werden, dann handelt es sich um Elemente bzw. Symbole mit äquivalenter Funktion bzw. äquivalentem Sinngehalt.
Bei einer Variante nach 2 sind die Basisanschlüsse 27, 28 von Schalttransistoren 15, 16 jeweils mit einem Ausgang eines UND-Gliedes 37, 38 verbunden. Die Eingänge 39, 40 des UND-Gliedes 37 sind mit verschiedenen Ausgängen des Betriebsrechners 29 verbunden. Ein Eingang 40 des UND-Gliedes 37 ist zusätzlich mit einem Eingang 41 des UND-Gliedes 38 verbunden. Der zweite Eingang 42 des UND-Gliedes 38 ist mit dem Sicherheitsrechner 30 verbunden. Mit dieser Schaltungsanordnung kann die Bremsensteuerung getestet werden, indem mittels des Betriebsrechners 29 ein L-Pegel an die Eingänge 40, 41 gegeben wird, so dass ein Durchschalten des Schalttransistors 16 verhindert ist. Wenn beim Ansteuern des Elektromotors 2 sich das Zahnrad 4 drehen lässt, wird eine Meldung ausgegeben, dass der Schalttransistor 16 defekt ist.
Bei einer in 3 dargestellten Variante ist die Basis 27 des Schalttransistors 15 mit dem Ausgang eines UND-Gliedes 43 verbunden. Ein erster Eingang 44 des UND-Gliedes 43 ist mit dem Betriebsrechner 29 verbunden. Der zweite Eingang 45 des UND-Gliedes 43 ist an die Basis 28 des zweiten Schalttransistors 16 und zu einem Ausgang des Sicherheitsrechners 30 geführt. Der Spannungsabfall über dem Widerstand 19 wird mit einem Voltmeter 46 erfasst. Die Ausgangssignale des Voltmeters 46 gelangen zur Steuereinrichtung 32. Eine korrekte Funktion des Schalttransistors 16 wird überwacht, indem mittels des Sicherheitsrechners 30 an die Basis 28 ein L-Pegel gegeben wird, so dass die Bremse 7 eine Bremswirkung auf das Zahnrad 4 zeigen sollte. Wenn der Schalttransistor 16 defekt ist, d.h. seine Kollektor-Emitter-Strecke niederohmig ist, dann entsteht über dem Widerstand 19 ein Spannungsabfall, der in der Steuereinrichtung 32 ausgewertet wird und zur Ausgabe eines Fehlersignals führt.
Wenn zu Testzwecken bei der Variante nach 3 mittels des Sicherheitsrechners 30 und des Betriebsrechners 29 die Kollektor-Emitter-Strecken beider Schalttransistoren 15, 16 auf Durchgang gesteuert werden, dann sollte die Bremse 7 belüftet sein. Wäre dies nicht der Fall, dann ist einer oder sind beide Schalttransistoren 15, 16 defekt. Ein schleichender Defekt eines der Schalttransistoren 15, 16 kann nicht erkannt werden.
4 zeigt eine Variante, bei der mittels einer Schaltung aus Logikgliedern bei jedem Lüften der Bremse 7 mittels des Betriebsrechners 29 die Schalttransistoren 15, 16 wechselseitig angesteuert werden. Damit wird im Betrieb jeder Schalttransistor 15, 16 immer geprüft. Die Basisanschlüsse 27, 28 von Schalttransistoren 15, 16 sind mit Ausgängen von Verstärkerelementen 47, 48 verbunden. Die Eingänge der Verstärkerelemente 47, 48 stehen mit den Ausgängen von UND-Gliedern 49, 50 in Verbindung. Jeweils ein Eingang der UND-Glieder 49, 50 wird über eine Verbindung zum Sicherheitsrechner 30 angesteuert. Jeweils ein zweiter Eingang der UND-Glieder 49, 50 ist mit dem Ausgang eines ODER-Gliedes 51, 52 verbunden. Jeweils ein Eingang eines ODER-Gliedes 51, 52 steht mit dem Q und dem /Q-Ausgang eines D-Flip-Flops 53 in Verbindung. Die zweiten Eingänge der ODER-Glieder 51, 52 werden über eine Verbindung zum Betriebsrechner 29 angesteuert. Der Takteingang des Q-Ausgangs eines D-Flip-Flops 53 ist ebenfalls mit dem Betriebsrechner 29 verbunden. Der /Q -Ausgang des D-Flip-Flops 53 ist mit dem D-Eingang verbunden. Der S- und der R-Eingang des D-Flip-Flops 53 liegen jeweils auf Massepotential 20.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Varianten ergeben sich z.B. aus einer Kombination der Varianten nach 2 und 3.
Bezugszeichenliste

1: Antriebswelle
2: Elektromotor
3: Ritzel
4: Zahnrad
5: Welle
6: Reibscheibe
7: Bremse
8: Reibscheibe
9: Feder
10: Drehung
11: Elektromagnet
12: Stromfluß
13: Zuganker
14: Richtung
15, 16: Schalttransistor
17, 18: Anschluss
19: Widerstand
20: Massepotential
21: Spannungsquelle
22, 23: Widerstand
24, 25: Zenerdioden
26: Diode
27,28: Basisanschluss
29: Betriebsrechner
30: Sicherheitsrechner
31: Motorsteuereinheit
32: Steuereinheit
33: Drehgeber
34: Sicherheitsschalter
35: Sensor
36: Anzeigeeinheit
37, 38: UND-Glied
39 - 42: Eingang
43: UND-Glied
44, 45: Eingang
46: Voltmeter
47,48: Verstärkerelement
49, 50: UND-Glied
51,52: ODER-Glied
53: D-Flip-Flop

Claims

Maschinensteuerung, mit einem elektrisch schaltbarem Betätigungsglied (11) für mindestens ein die Bewegung eines Maschinenteils (4) blockierendes Bremsglied (8), mit einem mit dem Maschinenteil (4) verbundenen Antrieb (2), und mit einem Betriebs- (29) und einen Sicherheitsrechner (30), die jeweils eine Betriebs- und eine Sicherheitssoftware enthalten und mit dem Betätigungsglied (11) verbunden sind, wobei das Betätigungsglied (11) in einem Stromkreis in Reihe mit zwei Schaltgliedern (15, 16) geschaltet ist, wobei jedes Schaltglied (15, 16) einen eigenen Steuereingang (27, 28) aufweist, und wobei der Betriebsrechner (29) mit dem Steuereingang (27) des ersten (15) und der Sicherheitsrechner (30) mindestens mit dem Steuereingang (28) des zweiten Schaltgliedes (16) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltglieder (15, 16) mit einer Logikschaltung (49-53) verbunden sind, die eine wechselseitige Ansteuerung der Schaltglieder (15, 16) bewirkt.
Maschinensteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Logikschaltung (49-53) ein Flip-Flop (53) enthält, dessen Takteingang (C) mit dem Betriebsrechner (29) verbunden ist.