DE3424246C2

DE3424246C2 - Verfahren zur Überwachung eines Antriebssystems

Info

Publication number: DE3424246C2
Application number: DE19843424246
Authority: DE
Inventors: Peter Bufe; Karl-Ludwig Dipl Ing Eiffert
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1984-06-30
Filing date: 1984-06-30
Publication date: 1994-03-24
Anticipated expiration: 2004-07-01
Also published as: DE3424246A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung ei nes Antriebssystems, enthaltend einen Antriebsmotor mit einem Positionssensor, einen Lageregler, dem ein Positions sollsignal und das Signal des Positionssensors zugeführt werden und der ein den Motor steuerndes Stellsig nal erzeugt, und ein Monitorsystem.

Antriebssysteme der genannten Art dienen beispielsweise der Erzeugung des Bewegungsablaufs bei Werkzeugmaschinen. Hierbei wird eine hohe Positionsgenauigkeit und eine große Verstellgeschwindigkeit gefordert. Aus der EP 54 935 A2 ist ein solches System bekannt. Zur Einhal tung der geforderten Genauigkeit ist ein Monitorsystem, d. h. eine Überwachungseinrichtung vorgesehen, die den Einlauf des Motors in die Nullstellung sensiert und eine Abweichung anzeigt bzw. korrigiert. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei Antriebssystemen, die eine hohe Funktions sicherheit aufweisen müssen, diese Art der Überwachung nicht ausreicht. Insbesondere bei Systemen, die zur Ver stellung von Auftriebsflächen bei Luftfahrzeugen dienen, wird eine Zuverlässigkeit gefordert, die mit der üblichen Positionsüberwachung nicht erreicht werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Überwachung eines Antriebssystems zu schaffen, das eine hohe Zuverlässigkeit gewährleistet und evtl. auftretende Fehler zugeordnet anzeigt.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach dem Patentanspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen an.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Gesamtschaltung zur Überwachung der Komponenten eines Antriebssystems,

Fig. 2 ein Blockschaltbild für die Sensorbereichs- und Lagereglerüberwachung,

Fig. 2a ein Blockschaltbild für die Stellsignalüberwachung,

Fig. 3 ein Blockschaltbild für die Kommutierungssignal- und Drehrichtungssignalüberwachung,

Fig. 4 ein Blockschaltbild für die Temperaturüberwachung,

Fig. 5 ein Blockschaltbild für die Drehüberwachung,

Fig. 6 ein Blockschaltbild für die Richtungsüberwachung,

Fig. 7 und 8 ein Blockschaltbild für die Feststellbremsüberwachung, und

Fig. 9 ein Blockschaltbild für die Überwachung der Taktfrequenz.

Die mit Fig. 1 bezeichnete Darstellung der Gesamtschaltung zeigt die Signalbildung der einzelnen Komponenten eines Antriebssystems, wie den Positionssensor 1, dessen Signal Sp die Position des Stellglieds darstellt und das einer Bereichsüberwachungseinheit 2 und als Istsignal einem Lageregler 3 zugeführt wird. Die Bereichsüberwachungseinheit erzeugt bei Bereichsüberschreitung ein Fehlersignal F_B, der Lageregler 3 neben dem Stellsignal Δϕ, welches dem Motor zugeführt wird, ein Reglerabweichungssignal F_L. Zur Sensierung der Motordrehrichtung R/L und dem tatsächlich zurückgelegten Weg f ist ein Sensorelement 4 vorgesehen. Die Ausgangssignale dieses Sensorelements 4 werden mit dem Vorzeichen der Regelabweichung (sign Δϕ) zur Drehrichtungsüberprüfung und mit dem Positionssignal Sp zur Überprüfung der ordnungsgemäßen Übertragung der Motordrehung auf das Stellglied in der Überwachungsschaltung 5 verknüpft und ein Fehlersignal F_D gebildet.

Mittels in den Motorwicklungen angeordneten Temperaturfühlern 6 wird die Motortemperatur gemessen und einer Temperaturüberwachung 7 zugeführt. Bei Überschreitung einer Maximaltemperatur erzeugt die Überwachung 7 ein Fehlersignal F_v. Es wird zusätzlich eine Vorwarnung T_W erzeugt.

Die mit Codierscheibe und Lichtschranken gebildeten Kommutierungssignale der Kommutierungsschaltung 8 werden mit der Kommutierungsüberwachung 9 auf Plausibilität überprüft. Ein Fehler erzeugt ein Signal F_Φ, das in einer OR-Schaltung 27 mit den anderen Fehlersignalen ein gemein sames Fehlersignal F bildet.

Die Kommutierungssignale bzw. das Signal wenigstens ei nes Sensors und das Signal Δϕ werden einer Verknüpfungs schaltung 10 zugeführt zur Erzeugung eines Fehlersig nals F_R für den Fall, daß ohne das Vorhandensein eines Signals Δϕ Kommutierungssignale ankommen.

Eine Blockierüberwachung 11, der das Signal zum Lösen der Feststellbremse 12 und das Drehzahlsignal des Motors zu geführt wird, erzeugt bei fehlerhaft blockierter Bremse ein Fehlersignal F_F.

Ebenso stellt eine Gleitüberwachung 13 bei Durchdrehen der Feststellbremse aufgrund der Bildung von Kommutie rungssignalen einen Fehler F_G fest.

Schließlich werden der für Zähler und Zeitverzögerungs glieder benötigte Takt bzw. eine Oszillatorschaltung 14 auf ihre Funktion überwacht und bei Ausfall einer der redun dant aufgebauten Schaltungen ein Warnsignal W₁ erzeugt. Fallen beide Schaltungen aus, wird ein Fehlersignal F_T erzeugt.

Aufgrund der Bedeutung des Lagereglers wird dieser - wie in Fig. 2 dargestellt - doppelt ausgeführt (3a, 3b) und beiden sowohl das vom Positionssensor 1 gebildete Ist- Signal als auch das Sollsignal zugeführt. Beide Lage regler erzeugen deshalb bei ordnungsgemäßer Funktion identische Stellsignale Δϕ, die beide einer Vergleichs einrichtung 15 eingegeben werden. Ein Fehler eines Lage reglers macht sich in einer Differenz zwischen den Stell signalen bemerkbar. Der Vergleicher 15 zeigt durch Aus gabe eines Fehlersignals F_L einen Defekt an.

Das Signal des analog arbeitenden Positionssensors 1 be wegt sich beispielsweise in dem Spannungsbereich von 1-11 V. Liegt die Signalspannung auf einem außerhalb die ses Bereichs liegenden Wert, wird die Bereichsüber wachungseinheit Z aktiviert und stellt einen Fehler F_B im Positionssensor fest.

Das Signal des Positionssensors 1 wird nach Fig. 2a mit Hilfe der am Motor vorhandenen hochauflösenden Spur des Sensorelements 4 auf Richtigkeit überwacht.

Die von der inkrementalen Spur erzeugten Signale werden mittels des Zählers 16 gezählt und in ein Analogsignal gewandelt. Dieses Signal wird mit dem Positionssignal des Positionssensors 1 verglichen (Vergleicher 28). Über schreitet die Abweichung eine bestimmte Schwelle, wird ein Fehlersignal F_D erzeugt. Benutzt man zwei Positions sensoren, kann dann, wenn diese untereinander Unterschiede zei gen, der Sensor am Motor zur Auswahl des richtigen Posi tionssensors benutzt werden und eine Fehlerwarnung aus gegeben werden.

Die in Fig. 3 dargestellte Überwachung dient dazu, die Sensorsignale Φ1, Φ2, Φ3 mittels der Kommutierungsüber wachung zu überprüfen. Dies geschieht durch eine lo gische Verknüpfung der Sensorsignale, die einen Ausfall eines oder mehrerer Sensoren signalisiert. Die Über wachung 9 ist in einem PROM integriert, welches gleich zeitig aus den Sensorsignalen Φ1, Φ2, Φ3 die Ansteuersig nale a-f für die Motorwicklungen bildet. Das Sensorele ment 4 wird ebenfalls durch eine Verknüpfungsschaltung 17 auf Funktion überprüft.

Jede der drei Motorwicklungen enthält beispielsweise im Wickelkopf einen Temperaturfühler (Fig. 4). Die Ausgangssignale ϑ_1-3 der Temperaturfühler 6 werden der Temperaturüberwachung 7 zugeführt, die bei Erreichen eines Grenzwertes ein Fehlersignal F_ϑ erzeugt. Um während eines Positioniervorgangs nicht die Anlage abschalten zu müssen, wird ein Vorwarnsignal T_w bei Erreichen eines ersten Grenzwertes ausgegeben. Danach ist die Anlage nur noch in der Lage, einen oder einige wenige Positioniervorgänge auszuführen, je nach Höhe der Vorwarntemperatur.

In Fig. 5 ist die Drehüberwachung dargestellt. Diese ist in der Lage, eine unzulässige Motorbewegung aus der Erzeugung von Kommutierungssignalen zu erkennen. Ein Fehlersignal F_R wird dann erzeugt, wenn Kommutierungssignale auflaufen, obwohl kein Startsignal gesetzt ist und eine Lageabweichung Δϕ nicht vorhanden ist. Durch das von dem AND-Gatter 23 erzeugte Fehlersignal wird eine unzulässige Motorbewegung blockiert.

Nachfolgend wird die Fig. 6 beschrieben. Die Solldrehrichtung des Motors wird durch den Lageregler 3 festgelegt. Damit ist der Motor in der Lage, anzutreiben und zu bremsen, je nach Vorzeichen der Lageabweichung. Sollte durch einen Fehler in der Elektronik der Motor in die falsche Richtung drehen, d. h., das einem EXNOR-Glied 18 zugeführte Vorzeichen der Lageabweichung Δϕ und die Ist-Drehrichtung (festgestellt aus der inkrementalen Spur der Kommutierung) sind unterschiedlich, beginnt ein Zähler 19 mit einem vorgegebenen Takt T hochzuzählen. Bei einem bestimmten Zählerstand wird ein Fehlersignal F_d erzeugt, das auch dem Count-Enable-Eingang CE des Zählers 19 zugeführt wird. Dadurch wird ein Zähler 19 angehalten. So wird bewirkt, daß das Fehlersignal F_d gespeichert bleibt. Durch die AND-Verknüpfung 24 des negierten Fehlersignals F mit dem Motor-Stop-Signal wird der Zähler 19 über das OR-Glied 25a und seinen Rückstelleingang R bei Motorstillstand zurückgesetzt.

Durch die in der Anlage vorhandene Feststellbremse wird dann, wenn der Motor positioniert hat, das Stellglied in Position gehalten und anschließend der Motor abgeschaltet. Damit wirkt über die Last an dem Stellglied ein Moment auf die Bremse.

Sollte der Fall eintreten, daß die Bremse nicht mehr löst, obwohl der Motor drehen sollte, kann der Zustand "Bremse blockiert" mit der in Fig. 7 gezeigten Schaltung sensiert werden. Soll der Motor starten und es liegt kein Fehler vor, so beginnt ein Zähler 20 mit einem bestimmten Takt zu laufen. Überschreitet der Motor innerhalb einer vorgegebenen Zeit nicht eine Minimaldrehzahl ω_imin, die aus dem Signal des Sensorelements 4 abgeleitet wird, erreicht der Zähler 20 einen bestimmten Stand. Damit wird ein Fehlersignal am Ausgang des AND-Gatters 38 erzeugt, das gespeichert bleibt. Erreicht der Motor eine höhere Drehzahl als die vorgegebene Schwelle, wird der Zähler 20 zurückgesetzt. Außerdem wird der Zähler 20 bei Erzeugung eines Stop-Signals, wie in Fig. 7 dargestellt, über das OR-Gatter 25 zurückgesetzt. Hat der Motor die Sollposition erreicht, muß die Bremse eine bestimmte Last halten.

Ein Durchdrehen bzw. ein Gleiten der Feststellbremse würde zu Kommutierungssignalen führen. Diese werden deshalb auch dann genutzt, ein Gleiten anzuzeigen (siehe Fig. 3). Das Signal Φ1 liegt am Takteingang eines D-Flip-Flops 21, dessen Q-Ausgang dem D- Eingang eines weiteren Flip-Flops 22 zugeführt wird. Dem Flip- Flop 22 wird über den Takteingang das Signal Φ2 zugeführt. Durch die Verwendung zweier Kommutierungssignale Φ1, Φ2 wird eine fehlerhafte Beurteilung eines instabilen Zustandes nur eines Kommutierungs signals vermieden. Das Signal Φ2 wird außerdem noch einem Zähler 26 negiert zugeführt, der dazu dient, dem Motor noch eine Auslaufzeit zu gewähren, ohne schon ein Fehler signal bei Anstehen eines Stop-Signals zu erzeugen. Das Fehlersignal F_G wird von dem Q-Ausgang des Flip-Flops 22 erzeugt und gleichzeitig mit dem Ausgangssignal des Zählers über ein NOR-Gatter 39 verknüpft zum Rücksetzen der Flip-Flops 21 und 22 verwendet.

Eine Taktoszillatorüberwachung (Fig. 9) dient zur Umschal tung und Überwachung zweier von nicht dargestellten Takt oszillatoren gebildeter Taktsignale T₁, T₂. Diese werden jeweils einem Monoflop 29, 30 zugeführt, wobei die nach folgende Verknüpfung mittels vier NAND-Gattern bei Aus fall eines Taktsignals ein Warnsignal W1 erzeugen und eines der Taktsignale auf einen Zähler 35 geschaltet wird, an dessen Ausgängen A1-A4 verschiedene Frequenzen abge griffen werden können. Das Ausgangssignal A2 wird wei terhin einem retriggerbaren Monoflop 36 zugeführt; ein fehlendes Signal führt hier zu einem Ausgangssignal F_T, das den Ausfall beider Taktoszillatoren bzw. der Über wachungsschaltung anzeigt. Das Warnsignal W₁ wird - wie aus Fig. 1 ersichtlich - mit dem Temperaturwarnsignal der Temperaturüberwachungsschaltung 7 mit einem OR- Glied 37 zu einem Summenwarnsignal W verknüpft.

Bezugszeichen

1 Positionssensor
2 Bereichsüberwachungseinrichtung
3 Lageregler
4 Sensorelement
5 Überwachungsschaltung
6 Temperaturfühler
7 Temperaturüberwachung
8 Kommutierungsschaltung
9 Kommutierungsüberwachung
10 Verknüpfungsschaltung
11 Blockierüberwachung
12 Feststellbremse
13 Gleitüberwachung
14 Oszillatorschaltung
15 Vergleicher
16 Zähler
17 Verknüpfungsschaltung
18 EXNOR-Glied
19 Zähler
20 Zähler
21 Flip-Flop
22 Flip-Flop
23 AND-Gatter
24 AND-Verknüpfung
25 OR-Glied
25a OR-Glied
26 Zähler
27 OR-Schaltung
28 Vergleicher
29 Monoflop
30 Monoflop
31 NAND-Gatter
32 NAND-Gatter
33 NAND-Gatter
34 NAND-Gatter
35 Zähler
36 Monoflop
37 OR-Glied
38 AND-Gatter
39 NOR-Glied

Claims

1. Verfahren zur Überwachung eines Antriebssystems, enthaltend einen Antriebsmotor mit einem Positionssensor, einen Lageregler, dem ein Positionssollsignal und das Signal des Positionssensors zugeführt werden und der ein den Motor steuerndes Stellsignal erzeugt, und ein Monitorsystem, dadurch gekennzeichnet, daß die im Antriebssystem enthaltenen Komponenten mittels des Monitorsystems einem Plausibilitätstest unterworfen werden und bei Nichteinhaltung bestimmter festgelegter Bedingungen ein Fehlersignal erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlersignale mittels einer OR-Schaltung (27) verknüpft sind und das Ausgangssignal (F) dieser Schaltung zur Absicherung des Antriebssystems führt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein weiterer Lageregler (3b) vorgesehen ist, dem ebenfalls das Signal des Positionssensors (1) und das Positionssollsignal zugeführt werden, und daß dem Monitorsystem die Stellsignale (Δϕ) der beiden Lageregler (3a, 3b) zugeführt werden, wobei dieses ein Fehlersignal erzeugt, wenn die Differenz zwischen den Stellsignalen eine bestimmte Schwelle überschreitet.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines am Motor angeordneten Drehzahlsensors (4) dessen Drehzahl (f) abgegriffen wird und ein Vergleicher (28) vorgesehen ist, der die integrierte Drehzahl mit dem Signal des Positionssensors (1) vergleicht und bei einer Abweichung zwischen den Signalen ein Fehlersignal (F_D) erzeugt.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bereichsüberwachung (2) vorgesehen ist, der das Signal des Positionssensors (1) zugeführt wird, wobei die Signalspannung bei Überschreitung bestimmter Grenzen ein Fehlersignal (F_B) erzeugt.

6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur (Δϑ) der Motorwicklungen mittels Temperaturfühler (6) festgestellt und bei Überschreitung einer Grenztemperatur ein Warnsignal (T_w) und/oder bei Überschreitung einer Maximaltemperatur ein Fehlersignal (F_ϑ) erzeugt wird.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlen eines Stellsignals (Δϕ), ein die Drehung des Motors anzeigendes Signal (Φ₁, Φ₂) und ein negiertes Startsignal mittels einer AND-Schaltung (23) verknüpft sind, wobei das Ausgangssignal der AND-Schaltung ein Fehlersignal (F_R) bildet.

8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Drehrichtung des Motors anzeigendes Signal (R/L) und ein die Polarität des Stellsignals darstellendes Signal (sign Δϕ) verglichen und bei unterschiedlicher Polarität ein Fehlersignal (Fd) erzeugt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlersignal (Fd) mittels eines Zeitgliedes (19) verzögert wird.

10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feststellbremse (12) vorgesehen ist, die eine Stellbewegung während des Motorstillstandes verhindert und welche bei Ansteuerung des Motors gelöst wird, und daß bei einer Blockierung der Feststellbremse (12) bei Motoransteuerung ein Fehlersignal (F_F) erzeugt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zähler (20) vorgesehen ist, der nach Aufhebung des Stop- Signals startet und nach einer bestimmten Zeit bei Ausbleiben eines die Überschreitung einer Minimaldrehzahl (ω_imin) anzeigenden Reset-Signals die Erzeugung des Fehlersignals (F_F) initiiert.

12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verringerung der Wirkung der Feststellbremse durch die Entstehung von Motorbetriebsimpulsen (Φ₁, Φ₂) bei anliegendem Stop-Signal festgestellt und ein Fehlersignal (F_G) nach Überschreiten einer Zeitkonstanten gebildet wird.