EP1427499A2 - Steuerungssystem für seilwinden und andere maschinen - Google Patents

Steuerungssystem für seilwinden und andere maschinen

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EP1427499A2
EP1427499A2 EP02779406A EP02779406A EP1427499A2 EP 1427499 A2 EP1427499 A2 EP 1427499A2 EP 02779406 A EP02779406 A EP 02779406A EP 02779406 A EP02779406 A EP 02779406A EP 1427499 A2 EP1427499 A2 EP 1427499A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
computer
bus
axis
group
control system
Prior art date
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EP02779406A
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English (en)
French (fr)
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EP1427499B1 (de
Inventor
Rainer M. Puls
Oliver Puls
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Puls Rainer M En Puls Oliver
Original Assignee
PULS Oliver
PULS Rainer M
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of EP1427499B1 publication Critical patent/EP1427499B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/54—Safety gear
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63J—DEVICES FOR THEATRES, CIRCUSES, OR THE LIKE; CONJURING APPLIANCES OR THE LIKE
    • A63J1/00—Stage arrangements
    • A63J1/02—Scenery; Curtains; Other decorations; Means for moving same
    • A63J1/028—Means for moving hanging scenery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
    • B66D1/28—Other constructional details
    • B66D1/40—Control devices
    • B66D1/48—Control devices automatic
    • B66D1/485—Control devices automatic electrical

Definitions

  • the invention relates to a multi-axis control system for winches and other machineries in stages, studios and theaters, in particular for synchronous travel and similar safety-relevant movement sequences.
  • a control system for a stage machinery is known, through which the separation between upper machinery control and lower machinery control is to be overcome.
  • a computer system is provided for the upper machinery and for the lower machinery for the control of individual and common movements of the trains or the floor parts.
  • the two computing systems are connected to one another in order to synchronize movements of the drives of parts of the upper machine on the one hand and the lower machinery on the other hand.
  • the aim of the invention is to provide a control system for cable winches and other machines in stages, studios and theaters which is on the one hand highly secure and on the other hand highly available, which can be implemented with little wiring and ensures a high degree of flexibility and security.
  • This goal is achieved by a control system with the features specified in claim 1.
  • Advantageous refinements result from the subclaims.
  • Fig. 1 is a schematic diagram of the structure of a control system according to the invention.
  • Fig. 2 is a schematic diagram of the control-relevant construction of a winch / machine within the control system according to the invention. -
  • control system is divided into five areas, namely the axis level I, the central process computer level II, the operator and observer level III, the diagnosis and service level IV and remote maintenance level V.
  • Levels I, II, III and IV are connected to each other via industrial bus systems, level V to level IV via a
  • Telecommunication line for example a modem-modem connection
  • the cable winches / machines M1, M2 .. Mn to be controlled or monitored are located in level I, a large number of which can be controlled and monitored with the control system according to the invention.
  • the construction according to the invention is described in detail with reference to the cable winch / machine M1 in FIG Machines M2 to Mn repeated accordingly or in a slightly modified form.
  • the winch / machine to be controlled and monitored has a motor M which is controlled via a first axis computer AR1 and a frequency converter FU (driver circuit).
  • the first axis computer AR1 is connected to the frequency converter FU.
  • the axis computer AR1 preferably works in real time and is equipped with a real-time industrial operating system.
  • the cable winch / machine is assigned a second axis computer AR2, which is connected to the first axis computer AR1 via an interface, for example a serial interface in accordance with RS-485, and which is preferably equipped with an on-site control panel.
  • the second axis computer AR2 is also connected to the frequency converter FU and preferably works in real time, for which purpose it is also equipped with a real-time industrial operating system.
  • a second absolute encoder AIWG2 is connected to the second axis computer AR2 and sits on an output shaft of the cable winch / machine.
  • the function of the absolute encoders can be checked on the one hand, and monitoring for gear breakage, shaft breakage, clutch breakage, etc. is possible, since one absolute encoder on the drive shaft and the other on the output shaft Cable winch / machine is arranged.
  • the first and second axis computers AR1 and AR2 have direct access to the frequency converter FU or an upstream contactor and to a braking device for switching off and safely stopping the winch / machine.
  • Two group computers GR1 and GR2 are provided in level II, which control and monitor synchronous group trips of several winches / machines. Both group computers preferably work in real time and are therefore equipped with a real-time industrial operating system.
  • the first group computer GR1 is connected to the first axis computers AR1 of level I via a bus B1, preferably an optical waveguide bus.
  • Bus Bl is preferably designed as a Simolink bus or an equidistant professional bus.
  • the fiber optic bus Bl allows simple, space-saving ring-shaped instead of star-shaped cabling and ensures low susceptibility to incident interference.
  • the Simolink bus like the equidistant professional bus, is a deterministic bus in which the cycle time of the computer programs is always constant and is not briefly or irregularly influenced by occasionally arithmetic-intensive procedures. Combined with the high transmission rate of 11 Mbit / s regardless of the cable length, this design means that the control, regulation and monitoring of the drives is significantly better than that of controls that do not use deterministic buses and whose transmission rate is less than 11 Mbit / s and where the cable routes influence the signal transmission.
  • the drives in Level I can be controlled very quickly and to the highest degree synchronously, which on the one hand brings significant improvements with regard to the noise behavior that is important in theaters and in the event of an error or Disturbance a very fast and synchronous
  • the rope winches / machines can be shut down.
  • the "moving apart" of synchronous and coupled drives can be significantly reduced. This is particularly important in the theater, since large and heavy decorative parts often have to be lifted and moved by several winches / machines. Actors, artists and stage workers work under these decoration parts and the "pulling apart” of the drives too much can lead to a decoration tearing apart or tipping over or a drive being overloaded and ropes torn etc.
  • the first group computer GR1 sends commands corresponding to the protocol used to the first axis computers AR1 via bus B1 and receives signals from the axis computers.
  • the commands sent from the first group computer GR1 convert the respective first axis computer AR1 into the control signals to the frequency converter FU, i.e. the motors of the side winches / machines
  • the signals received from the absolute encoders AIWGl and AIWG2 and the safety sensors S are used to monitor and control the synchronous travel of the drives and at least for this purpose partially transferred from the axis computers to the group computer.
  • the group computer GRl shuts down the synchronous drives, with the shutdown also taking place synchronously.
  • the respective first axis computer ARl of each winch / machine also monitors the function of the individual winch / machine directly on the drive and also switches itself off to the group computer GRl with a time delay in the event of a fault. If the group computer GR1 fails, the faulty drive is additionally switched off by the first axis computer ARl. However, in the case of synchronous traversing movements of several axes, if an error occurs on one axis, as a rule synchronous stopping of all drives, i.e. not only the faulty one is required, the stopping by the first axis computer AR1 is delayed compared to the stopping by the group computer GRl.
  • both the first axis computer AR1 and the first group computer GR1 react.
  • the group computer GR1 determines whether another cable winch / machine is being moved in synchronism with the faulty cable winch / machine. If this is the case, the group computer GR1 determines the way in which the synchronous winches / machines have to be braked and / or stopped. In the best case scenario, all cable winches / machines moving synchronously in a group are braked synchronously (but quickly).
  • a second group computer GR2 is available in level II to protect the synchronous control system, which also monitors the synchronous group movements.
  • the second group computer GR2 is connected via a second bus B2, preferably an optical fiber bus, to the second axis computers AR2 of the winches / machines.
  • a high transmission rate of 12 Mbit / s is also available here.
  • the second bus B2 what has been said above about the first bus B1 also applies.
  • the second axis computer AR2 of each winch receives all the above information about the condition of the cable winch / machine via the second absolute encoder AIWG2 and the safety sensors S.
  • the second axis computer AR2 transmits this information to the other via bus B2 Group computer GR2 further. This means that the information about the condition of the cable winch / machine is available twice in level II: once in the group computer GR1 and once in the group computer GR2
  • the two group computers GR1 and GR2 synchronize and compare their information either via a group computer GRV connection or via a shared memory area.
  • each system can react on its own by using the primary connection (group computer GRl O first axis computer ARl) or the second redundant connection (group computer GR2 O second axis computer AR2) to the winch / machine and its shutdown / Shutdown mechanisms FU / A is affected.
  • the faulty drive is also switched off directly on the winch / machine via the respective AR2 axis computer.
  • This shutdown takes place just like the time delayed by the first axis computer AR1 for the shutdown by the group computers GR1 and GR2, in order to ensure synchronous shutdown and to prevent the drives from "moving apart", for example by prematurely applying the brake of a single drive.
  • first group computer GR1 or the second group computer GR2 are not ready for use, it is possible to drive the winch / machine either with the first group computer GR1 or with the second group computer GR2 in the event of a fault. This ensures maximum availability for the system even if one computer fails. If both group computers fail, an additional on-site operation of each drive is possible via the second AR2 axis computer, since the second axis computer is equipped with an operating panel.
  • Cable winches / machines with the first group computer GRl and the second group computer GR2 reach security level AK5 according to DIN 19250 / V VDE 0801. If one of the two group computers fails, the control of the cable winches / machines via the remaining group computer alone reaches security level AK4.
  • connection to one or more control panels BP in level III is made via an (Ethernet) bus B3, likewise preferably using fiber optic technology, so that the Connection between levels II and III is insensitive to interference and can be realized with a high transmission rate.
  • an (Ethernet) bus B3 likewise preferably using fiber optic technology, so that the Connection between levels II and III is insensitive to interference and can be realized with a high transmission rate.
  • a service and diagnostic computer SDR is provided, which is also connected via the (Ethernet) bus B3 to the computers in level II and the control panels BP in level III.
  • a remote maintenance computer FWR is provided, which is connected to the computer SDR via a telecommunication connection B4, for example a connection via modem MD1 and MD2.
  • a telecommunication connection B4 for example a connection via modem MD1 and MD2.
  • the service and diagnostic computer SDR is preferably connected to the cable winches / machines via a further bus 5 or alternatively via the existing bus lines B1, B2 and B3, preferably directly to the axis computers AR1 and AR2 and the frequency converters of the cable winches / machines and likewise also with additional peripheral drives. This enables direct access to all these components and the information and parameter settings available there, in particular the settings of the absolute encoders via remote maintenance.
  • a further increase in safety can be achieved in that, in cooperation with a control system according to the invention, the double brakes of the cable winches / machines are mounted on the output shaft and no longer on the drive shaft.
  • an absolute encoder AIWGl on the drive shaft and an absolute encoder AIWG2 on the output shaft makes it possible to break in between or failure of a gearbox, a coupling, a welded connection, a shaft / hub connection, a screw connection, any other frictional or positive connection etc. and then safely stop the winches / machines by activating and applying the brakes on the drive.
  • this arrangement of the brake allows the safety factor 2 prescribed for all mechanical drive components according to DIN for stage technology e.g. for gears, shafts, clutches etc. against permanent breakage can be omitted, since these are now behind the brake.
  • the cable winches / machines are at least 30% smaller and less expensive and, thanks to the use of smaller component sizes, they are also quieter.

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Description

SteuerungsSystem für Seilwinden und andere Maschinen
Die Erfindung betrifft ein mehrachsiges SteuerungsSystem für Seilwinden und anderem Maschinerien in Bühnen, Studios und Theatern, insbesondere für Synchronfahrten und ähnliche sicherheitsrelevante Bewegungsabläufe .
Verschiedene mehrachsige Steuerungssysteme dieser Art sind bekannt, mit denen Seilwinden und andere Maschinerien in Bühnen, Studios und Theatern angesteuert und überwacht werden können. In der Regel erfordern diese Systeme einen hohen Verkabelungsaufwand und sind dementsprechend aufwendig und störungsanfällig. Ungeachtet des Verkabelungsaufwands besitzen die bekannten Systeme oft aber eine geringe Flexibilität und vielfach werden im Hinblick auf die zu erfüllenden Sicherheitsanforderungen Kompromisse bei der Verfügbarkeit des Steuerungssystems gemacht.
Aus DE 32 33 788 ist eine Steuerungsanlage für eine Bühnenmaschinerie bekannt, durch die die Trennung zwischen Obermaschineriesteuerung und Untermaschineriesteuerung überwunden werden soll. Dazu ist für die Obermaschinerie und für die Untermaschinerie jeweils eine Rechneranlage vorgesehen für die Steuerung von einzelnen und gemeinsamen Bewegungen der Züge bzw. der Bodenteile. Die beiden Rechenanlagen sind miteinander verbunden, um Bewegungen der Antriebe von Teilen der Obermaschine einerseits und der Untermaschinerie andererseits zu synchronisieren.
Vor diesem Hintergrund besteht das Ziel der Erfindung darin, ein einerseits in höchstem Maße sicheres und andererseits hochverfügbares Steuerungssystem für Seilwinden und andere Maschinen in Bühnen, Studios und Theatern anzugeben, das mit einem geringen Verkabelungsaufwand realisierbar ist und ein hohes Maß an Flexibilität und Sicherheit gewährleistet. Dieses Ziel wird erreicht durch ein SteuerungsSystem mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Mit einem erfindungsgemäßen Steuerungssystem können bis zu 200 Seilwinden und andere Maschinen (200 Achsen) synchron verfahren werden, wobei hinsichtlich der Sicherheit die Anforderungsklasse 5 nach DIN 19250 V VDE 0801 für sicherheitsgerichtete Rechner-Steuerungen erreicht wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines
Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren genauer erläutert, in denen zeigt:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Steuerungssystems; und
Fig. 2 ein schematisches Diagramm des steuerungsrelevanten Aufbaus einer Seilwinde/Maschine innerhalb des erfindungsgemäßen Steuerungssystems. -
Wie aus Fig. 1 entnehmbar, ist das erfindungsgemäße Steuerungssystem in fünf Bereiche unterteilt, nämlich die Achs-Ebene I, die zentrale Prozess-Rechner-Ebene II, die Bedien- und Beobachter-Ebene III, die Diagnose- und Service- Ebene IV und die Fernwartungs-Ebene V. Die Ebenen I, II, III und IV sind über Industrie-Bus-Systeme miteinander verbunden, die Ebene V ist mit der Ebene IV über eine
Telekommunikationsleitung (beispielsweise eine Modem-Modem- Verbindung) verbunden.
Wie sich aus Fig. 2 ergibt, befinden sich in der Ebene I die zu steuernden bzw. zu überwachenden Seilwinden/Maschinen Ml, M2 .. Mn, von denen eine große Anzahl mit dem erfindungsgemäßen Steuerungssystem angesteuert und überwacht werden können. Im folgenden wird anhand der Seilwinde/Maschine Ml in Fig. 2 der erfindungsgemäße Aufbau im Detail beschrieben, der sich typischerweise bei den Maschinen M2 bis Mn entsprechend oder in geringfügig abgewandelter Form wiederholt .
Wie bei der Seilwinde/Maschine Ml gezeigt, besitzt die zu steuernde und zu überwachende Seilwinde/Maschine einen Motor M, der über einen ersten Achsrechner AR1 und einen Frequenz- Umsetzer FU (Treiberschaltung) angesteuert wird. Der erste Achs-Rechner AR1 ist dazu mit dem Frequenz-Umsetzer FU verbunden. Vorzugsweise arbeitet der Achsrechner AR1 in Echtzeit und ist mit einem Echtzeit-Industrie-Betriebssystem ausgestattet. An einer Antriebswelle der Seilwinde/Maschine ist ein Absolutwertgeber AIWGl vorhanden, der sein Signal dem ersten Achsrechner AR1 zuführt. Ferner ist der Seilwinde/Maschine ein zweiter Achsrechner AR2 zugeordnet, der mit dem ersten Achsrechner AR1 über eine Schnittstelle, beispielsweise eine serielle Schnittstelle gemäß RS-485 verbunden ist und der vorzugsweise mit einem Vor-Ort-Bedien- Paneel ausgestattet ist. Auch der zweite Achsrechner AR2 ist mit dem Frequenz-Umsetzer FU verbunden und arbeitet vorzugsweise in Echtzeit, wozu er ebenfalls mit einem Echtzeit-Industrie-Betriebsystem ausgestattet ist. An den zweiten Achsrechner AR2 ist ein zweiter Absolutwertgeber AIWG2 angeschlossen, der an einer Abtriebswelle der Seilwinde/Maschine sitzt. Durch Vergleich der Ist-Werte der beiden Absolutwertgeber AIWGl und AIWG2 ist zum einen die Funktion der Absolutwertgeber prüfbar als auch ein Überwachung auf Getriebebruch, Wellenbruch, Kupplungsbruch, etc. möglich, da der eine Absolutwertgeber auf der, Antriebswelle und der andere auf der Abtriebswelle der Seilwinde/Maschine angeordnet ist.
Der erste und der zweite Achsrechner AR1 und AR2 haben unmittelbaren Zugriff auf den Frequenzumsetzer FU bzw. ein vorgeschaltetes Schütz und auf eine Bremseinrichtung zur Abschaltung und sicheren Stillsetzung der Seilwinde/Maschine.
Ferner sind ein oder mehrere Sicherheitssensoren S zur Feststellung von Überlast, Unterlast, Überdrehzahl, Wickelfehler, Erreichen von Endpositionen etc. vorhanden, deren AusgangsSignale sowohl dem ersten als auch dem zweiten Achsrechner ARl bzw. AR2 zugeführt werden.
In der Ebene II sind zwei Gruppenrechner GR1 und GR2 vorgesehen, die synchrone Gruppenfahrten von mehreren Seilwinden/Maschinen ansteuern und überwachen. Beide Gruppenrechner arbeiten vorzugsweise in Echtzeit und sind dazu mit einem Echtzeit-Industrie-Betriebsystem ausgestattet. Der erste Gruppenrechner GR1 ist über einen Bus Bl, vorzugsweise einen Lichtwellen-Leiter-Bus mit den ersten Achsrechnern ARl der Ebene I verbunden. Vorzugsweise ist der Bus Bl als Simolink-Bus oder äquidistanter Profi-Bus ausgelegt .
Der Lichtwellenleiter-Bus Bl erlaubt eine einfache platzsparende ringförmige statt sternförmige Verkabelung und sichert eine geringe Anfälligkeit gegen eingestrahlte Störung. Außerdem ist der Simolink-Bus, ebenso wie der äquidistante Profi-Bus ein deterministischer Bus, bei dem die Zykluszeit der Rechenprogramme immer konstant ist und nicht von gelegentlich auftretenden rechenintensiven Prozeduren kurzzeitig oder unregelmäßig beeinflusst wird. Verbunden mit der hohen Übertragungsrate von 11 Mbit/s unabhängig von der Leitungslänge führt diese Gestaltung dazu, dass die Steuerung, Regelung und Überwachung der Antriebe deutlich besser ist als bei Steuerungen, die keine deterministischen Busse verwenden und deren Übertragungsrate kleiner als 11 Mbit/s ist und bei denen die Leitungsgänge die Signalübertragung beeinflusst.
Durch die oben genannte sichere und schnelle Signalübertragung des Simolink-Lichtwellenleiter-Busses Bl können die Antriebe in Ebene I überaus schnell und in höchstem Maße synchron geregelt werden, was zum einen deutliche Verbesserungen hinsichtlich des in Theatern wichtigen Geräuschverhaltens bringt und im Fehlerfall bzw. bei einer Störung eine sehr schneller und synchrone Stillsetzung der Seilwinden/Maschinen ermöglicht. Das "Auseinanderfahren" von synchronen und gekoppelten Antrieben kann dadurch wesentlich reduziert werden. Im Theater ist dies besonders wichtig, da hier große und schwere Dekorationsteile häufig von mehreren Seilwinden/Maschinen gehoben und bewegt werden müssen. Unter diesen Dekorationsteilen arbeiten Schauspieler, Künstler und Bühnenarbeiter und das zu große "Auseinanderfahren" der Antriebe kann dazu führen, dass eine Dekoration auseinanderreißt oder kippt oder ein Antrieb überlastet wird und Seile reißen etc.
Der erste Gruppenrechner GRl sendet über den Bus Bl dem verwendeten Protokoll entsprechende Kommandos an die ersten Achsrechnern ARl und empfängt von den Achsrechnern Signale. Die gesendeten Kommandos vom ersten Gruppenrechner GRl setzen die jeweiligen ersten Achsrechner ARl um in die AnsteuerungsSignale an den Frequenz-Umsetzer FU, d.h. an die Motoren der Seitenwinden/Maschinen
Die empfangenen Signale von den Absolutwertgebern AIWGl und AIWG2 und den Sicherheitssensoren S (Überlast, Unterlast, Schlaffseil, Not-End, Überdrehzahl, Wickelfehler, Schleppfehler (Positionsabweichung), Busfehler etc.) werden zur Überwachung und Steuerung der Synchronfahrten der Antriebe verwendet und dazu zumindest teilweise von den Achs- Rechnern auch an den Gruppenrechner übertragen.
Im Fehlerfall setzt der Gruppenrechner GRl die synchronfahrenden Antriebe still, wobei auch die Stillsetzung synchron erfolgt .
Der jeweilige erste Achsrechner ARl jeder Seilwinde/Maschine überwacht zusätzlich die Funktion der einzelnen Seilwinde/Maschine direkt am Antrieb und schaltet zeitverzögert zum Gruppenrechner GRl im Fehlerfall ebenfalls selbst ab. Bei Ausfall des Gruppenrechners GRl wird der fehlerhafte Antrieb also zusätzlich durch den ersten Achsrechner ARl abgeschaltet. Da jedoch im Falle von synchronen Verfahrbewegungen mehrere Achsen bei Auftreten eines Fehlers an einer Achse in aller Regel ein synchrones Stillsetzen aller Antriebe, also nicht nur des fehlerhaften erforderlich ist, erfolgt die Stillsetzung durch den ersten Achsrechner ARl gegenüber der Stillsetzung durch den Gruppenrechner GRl zeitverzögert .
Bei Störungen reagiert also sowohl der erste Achsrechner ARl als auch der erste Gruppenrechner GRl. Der Gruppenrechner GRl stellt bei einem Fehler eines Antriebes fest, ob zu der gestörten Seilwinde/Maschine eine weitere Seilwinde/Maschine in Synchronlauf bewegt wird. Ist dies der Fall, bestimmt der Gruppenrechner GRl, auf welchem Weg die synchronlaufenden Seilwinden/Maschinen abgebremst und/oder stillgesetzt werden müssen. Im günstigen Fall werden alle in einer Gruppe synchronfahrenden Seilwinden/Maschinen synchron (aber schnell) gebremst.
Ist es durch Versagen des ersten Gruppenrechners GRl nicht möglich, dass der erste Gruppenrechner GRl die Seilwinden/Maschinen stillsetzt, so werden synchron laufende Seilwinden/Maschinen dennoch stillgesetzt. Hierzu ist zur Absicherung des Synchron-Steuer-Systems in der Ebene II ein zweiter Gruppenrechner GR2 vorhanden, der zusätzlich die synchronen Gruppenbewegungen überwacht .
Der zweite Gruppenrechner GR2 steht über einen zweiten Bus B2 , vorzugsweise einen Lichtwellenleiter-Bus mit den zweiten Achsrechnern AR2 der Seilwinden/Maschinen in Verbindung. Auch hier ist eine hohe Übertragungsrate von 12 Mbit/s vorhanden. Für den zweiten Bus B2 gilt im übrigen das zum ersten Bus Bl oben Gesagte.
Der zweite Achsrechner AR2 jeder Winde erhält über den zweiten Absolutwertgeber AIWG2 und die Sicherheits-Sensoren S ebenso alle o.g. Informationen über den Zustand der Seilwinde/Maschine. Diese Information gibt der zweite Achsrechner AR2 jeweils über den Bus B2 an den weiteren Gruppenrechner GR2 weiter . Damit liegt die Information über den Zustand der Seilwinde/Maschine in der Ebene II doppelt vor : einmal im Gruppenrechner GRl und einmal im Gruppenrechner GR2
Um sich zusätzlich gegenseitig zu überwachen synchronisieren und vergleichen die beiden Gruppenrechner GRl und GR2 ihre Informationen entweder über eine Gruppenrechner GRV Verbindung oder, über einen gemeinsam genutzten Speicherbereich .
Sofern Störungen auftreten, kann j edes System für sich reagieren, indem sowohl über die primäre Verbindung (Gruppenrechner GRl O erster Achsrechner ARl) oder über den zweite redundante Verbindung (Gruppenrechner GR2 O zweiter Achsrechner AR2) auf die Seilwinde/Maschine und deren Abschalt-/Stillsetzenmechanismen FU/A eingewirkt wird.
Zusätzlich wird der fehlerhafte Antrieb auch über den j eweiligen Achsrechner AR2 direkt an der Seilwinde/Maschine abgeschaltet . Diese Abschaltung erfolgt ebenso wie die durch den ersten Achsrechner ARl zeitverzögert zur Abschaltung durch die Gruppenrechner GRl und GR2 , um die synchrone Stillsetzung zu gewährleisten und ein "Auseinanderfahren" der Antriebe beispielsweise durch verfrühtes Einfallen der Bremse eines einzelnen Antriebes zu verhindern .
Da zwei von einander unabhängige und sich überwachende Gruppenrechner GRl und GR2 mit Echtzeit-Betriebssystemen zur Steuerung und Überwachung von Synchronfahrten, zwei schnelle, sichere j edoch getrennte und somit diversitäre Bussysteme Bl und B2 , zwei unabhängige separate und dezentrale Achsrechner ARl und AR2 an der Seilwinde/Maschine mehrere unterschiedliche und unabhängige Abschaltmechanismen (Doppelbremsen, Lasttrennschalter, Sperren der Regler freigäbe) doppelte und in unabhängige Systeme eingelesene Sicherheits-Sensoren S (Endschalter, Lastmessung, etc . ) und doppelte, getrennte und in unabhängige Systeme eingelesene Absolutwertgeber AIWGl und AIWG2 vorhanden sind, ist das System insgesamt redundant, diversitär und gegenseitig überwacht und dementsprechend sicher ausgelegt. Falls eines der LeitSysteme anders reagiert als das andre, so wird auch dies erkannt und gemeldet .
Für den Fall, dass entweder der erste Gruppenrechner GRl oder der zweite Gruppenrechner GR2 nicht einsatzbereit sind, besteht die Möglichkeit, die Seilwinde/Maschine im Störfall entweder mit dem ersten Gruppenrechner GRl oder mit dem zweiten Gruppenrechner GR2 allein zu fahren. Damit ist für die Anlage ein Höchstmaß an Verfügbarkeit auch bei Ausfall eines Rechners gewährleistet. Bei Ausfall beider Gruppenrechner ist zusätzlich über den zweiten Achsrechner AR2 noch eine Vor-Ort-Bedienung jedes Antriebes möglich, da er zweite Achsrechner mit einem Bedienpaneel ausgestattet ist.
Das erfindungsgemäße Steuerungssystem für
Seilwinden/Maschinen mit dem ersten Gruppenrechner GRl und dem zweiten Gruppenrechner GR2 erreicht die Sicherheitsstufe AK5 nach DIN 19250/V VDE 0801. Bei Ausfall von einem der beiden Gruppenrechner erreicht die Steuerung der Seilwinden/Maschinen über den verbleibenden Gruppenrechner allein jeweils die Sicherheitsstufe AK4.
Es ist also möglich mit den vorhandenen Komponenten eine Havarie-Steuerung bzw. eine Backup-Lösung zu realisieren, die es auch bei Ausfall eines Rechnersystems erlaubt, die Anlage weiter zu betreiben. Es sind keine zusätzlichen Komponenten erforderlich. Dies reduziert Kosten für den Betreiber sowie durch Reduzierung von Teilen auch die Ausfallwahrscheinlichkeit des Systems.
Die Verbindung zu einem oder mehreren Bedienpulten BP in Ebene III erfolgt über einen (Ethernet-) Bus B3, ebenfalls vorzugsweise in Lichtwellenleiter-Technik, so dass die Verbindung zwischen der Ebene II und III störunanfällig und mit hoher Übertragungsrate realisierbar ist.
In der Ebene IV ist ein Service- und Diagnose-Rechner SDR vorgesehen, der über den (Ethernet-) Bus B3 auch mit den Rechnern der Ebene II und den Bedienpulten BP der Ebene III verbunden ist.
In der Ebene V ist ein Fernwartungsrechner FWR vorgesehen, der über eine Telekommunikationsverbindung B4, beispielsweise eine Verbindung über Modem MD1 und MD2 mit dem Rechner SDR verbunden ist. Damit kann über die zusätzlich vorhandene Fernwartungsverbindung B4 zu Ebene V zwischen den Ebenen IV und V direkt auf die Gruppenrechner der Ebene II zugegriffen werden. Es stehen somit die Informationen, Parameter und Einstellungen der Ebene II für die Fernwartung in Ebene V zur Verfügung.
Vorzugsweise ist der Service- und Diagnoserechner SDR über einen weiteren Bus 5 oder alternativ über die vorhandenen Busleitungen Bl, B2 und B3 mit den Seilwinden/Maschinen, vorzugsweise direkt mit den Achsrechnern ARl und AR2 und den Frequenz-Umsetzern der Seilwinden/Maschinen verbunden und ebenso auch mit zusätzlichen Peripherieantrieben. Dadurch ist ein direkter Zugriff auf alle diese Komponenten und die dort vorhandenen Informationen und Parametereinstellungen, insbesondere auch die Einstellungen der Absolutwertgeber über Fernwartung möglich.
Eine weitere Erhöhung der Sicherheit ist dadurch zu erreichen, dass im Zusammenwirken mit einem erfindungsgemäßen Steuerungssystem die Doppelbremsen der Seilwinden/Maschinen auf der Abtriebswelle angebracht werden und nicht mehr auf der Antriebswelle.
Durch die Anordnung eines Absolutwertgebers AIWGl auf der Antriebswelle und eines Absolutwertgebers AIWG2 auf der Abtriebswelle ist es möglich einen dazwischenliegenden Bruch oder Ausfall eines Getriebes, einer Kupplung, einer Schweißverbindung, einer Welle/Nabe-Verbindung, einer Schraubenverbindung, jeder sonstigen reib- oder formschlüssigen Verbindung etc. zu erfassen und dann durch Ansteuern und Einfallen der Bremsen am Antrieb die Seilwinden/Maschinen sicher stillzusetzen.
Darüber hinaus erlaubt diese Anordnung der Bremse, dass der für alle mechanischen Antriebskomponenten laut DIN für Bühnentechnik vorgeschriebene Sicherheitsfaktor 2 z.B. für Getriebe, Wellen, Kupplungen etc. gegen Dauerbruch entfallen kann, da diese nunmehr hinter der Bremse liegen. Die Seilwinden/Maschinen werden um mindestens 30% kleiner und kostengünstiger und durch Verwendung kleinerer Baugrößen der Komponenten auch geräuscharmer.
In einer Gesamtbetrachtung des erfindungsgemäßen Steuerungssystems ergeben sich folgende Vorteile und Eigenschaften:
zwei voneinander unabhängige und sich gegenseitig überwachende Gruppenrechner mit Echtzeit-Betriebssystemen (z.B. Siemens RMOS) zur Steuerung und Überwachung von Synchronfahrten,
zwei diversitäre über 11 Mbit/s schnelle Lichtwellenleiter-Bussysteme,
Verwendung des deterministischen Simolink- Lichtwellenleiterbusses
zwei unabhängige unterschiedliche und dezentrale Achsrechner an der Winde/Maschine,
mehrere unterschiedliche unabhängige und von voneinander unabhängige Systemen angesteuerte Abschaltmechanismen (Doppelbremsen, Lasttrennschalter, Sperren der Regelerfreigäbe) doppelte und in unabhängige Systeme eingelesene Sicherheits-Sensorik (Endschalter, Lastmessung, Schlaffseil, Wickelfehler etc.)
doppelte unterschiedliche in unabhängige Systeme eingelesene und sowohl an der Antriebswelle als auch an der Abtriebswelle angebrachte Absolutwertgeber
Zugriffsmöglichkeit und Service- und Wartungsmöglichkeit über ISDN, Modem oder Internet auf alle Komponenten des Steuerungssystems inklusive der Absolutwertgeber und Frequenzumsetzer
Hochverfügbarkeit der Anlage auch bei Ausfall eines Gruppenrechners durch die Möglichkeit, alle Antriebe auch über den jeweiligen redundanten zweiten Gruppenrechner noch mit Synchron-Bewegungen fahren zu können (Dies ohne das Erfordernis von zusätzlichen Komponenten.)
Möglichkeit bei Ausfall beider Gruppenrechner die Antriebe über die jeweilige Vor-Ort-Bedienungen an den Winden/Maschinen noch fahren zu können

Claims

P A T E NTAN S P R Ü C H E
Steuerungssystem für Seilwinden und andere Maschinen, insbesondere in Bühnen, Studios, und Theatern mit
a. je zwei Achsrechnern (ARl, AR2) zur Ansteuerung und Überwachung jeweils einer von mehreren Seilwinden/Maschinen (Ml, M2, ... Mn) , die einer ersten Steuerungsebene (I) zugeordnet sind,
i. die beide mit einer Ansteuerschaltung (FU) für einen Elektromotor der Seilwinde/Maschine verbunden sind und
ii. von denen ein erster Achsrechner (ARl) mit einem ersten Absolutwertgeber (AIWGl) , der an der Seilwinde/Maschine angeordnet ist, verbunden ist und
iii. von denen ein zweiter Achsrechner (AR2) mit einem zweiten Absolutwertgeber (AIWG2) , der an der Seilwinde/Maschine angeordnet ist, verbunden ist; und
b. zwei Gruppenrechnern (GRl, GR2) , die einer zweiten Steuerungsebene (II) zugeordnet,
i. von denen ein erster Gruppenrechner (GRl) über einen ersten Bus (Bl) mit den ersten Achsrechnern (ARl) verbunden ist und
ii. von denen ein zweiter Gruppenrechner (GR2) mit den zweiten Achsrechnern (AR2) über einen zweiten Bus (B2) unabhängig von dem ersten Bus (Bl) verbunden ist, und iii. die über eine Gruppenrechnerverbindung (GRV) oder einen gemeinsamen Speicher oder Speicherbereich zum Austausch von Informationen unabhängig von dem ersten und dem zweiten Bus (Bl, B2) miteinander verbunden sind.
2. Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bus (Bl) als Lichtwellenleiterbus ausgeführt ist.
3. Steuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bus (Bl) als deterministischer Bus, vorzugsweise als Simolink-Bus oder äquidistanter Profi-Bus ausgeführt ist.
4. SteuerungsSystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bus
(B2) als Lichtwellenleiterbus ausgeführt ist.
5. Steuerungssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bus
(B2) als deterministischer Bus, vorzugsweise als Simolink-Bus oder äquidistanter Profi-Bus ausgeführt ist.
6. Steuerungssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Bedienpulte (BP) vorgesehen sind, die einer dritten Steuerungsebene (III) zugeordnet sind und die mit dem ersten und dem zweiten Gruppenrechner (GRl, GR2) über einen dritten Bus (B3) verbunden sind.
7. Steuerungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Bus (B3) als Lichtwellenleiterbus, drahtloser Bus oder gemischter Bus ausgeführt ist .
8. SteuerungsSystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Bus (B3) als Ethernet- Bus ausgeführt ist.
9. Steuerungssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Service- und Diagnoserechner (SDR) vorgesehen ist, der einer vierten Steuerungsebene (IV) zugeordnet ist und der über den dritten Bus (B3) mit dem ersten und dem zweiten Gruppenrechner (GRl, GR2) und mit den Bedienpulten verbunden ist.
10. Steuerungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Service- und Diagnoserechner (SDR) zusätzlich oder alternativ über einen fünften Bus (B5) mit den Seilwinden/Maschinen (Ml, M2, ... Mn) verbunden ist.
11. Steuerungssystem nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fernwartungsrechner (FWR) vorgesehen ist, der einer fünften Steuerungsebene (V) zugeordnet ist und der über eine
Telekommunikationsverbindung (B4, MD1, MD2) mit dem Service- und Diagnoserechner (SDR) verbunden ist.
12. Steuerungssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Achsrechner (ARl, AR2) mit einem Echtzeit- Betriebssystem ausgestattet sind.
13. Steuerungssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Gruppenrechner (GRl, GR2) mit einem Echtzeit- Betriebssystem ausgestattet sind.
14. Steuerungssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Sicherheitssensoren (S) an Seilwinden/Maschinen vorgesehen sind, deren Ausgangssignale dem ersten und dem zweiten Achsrechner (ARl, AR2) zugeführt werden.
15. SteuerungsSystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Achsrechner (ARl, AR2) die von den Sicherheitssensoren (S) empfangenen Signale auswertet und zumindest teilweise an den ersten bzw. den zweiten Gruppenrechner (GR2) weiterleiten.
16. Steuerungssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Absolutwertgeber (AWIG1) an einer Antriebswelle der Seilwinde/Maschine angeordnet ist und dass der zweite Absolutwertgeber (AIWG2) an einer Abtriebswelle der Seilwinde/Maschine angeordnet ist.
17. SteuerungsSystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Achsrechner (AR2) mit einem Bedienpaneel zur Steuerung der Seilwinde/Maschine von Hand ausgestattet ist.
18. Steuerungssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gruppenrechner (GRl) dafür ausgelegt ist, die ersten Achsrechner (ARl) zu steuern und zu überwachen, dass der zweite Gruppenrechner (GRl) dafür ausgelegt ist, die zweiten Achsrechner (ARl) zu steuern und zu überwachen, und dass beide Gruppenrechner (GRl, GR2) dafür ausgelegt sind, sich gegenseitig zu überwachen und Informationen über die Seilwinden/Maschinen und die Achsrechner zum Vergleich auszutauschen.
19. SteuerungsSystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung und Überwachung der Achsrechner (ARl, AR2) durch die Gruppenrechner (GRl, GR2) derart erfolgt, dass die Seilwinden/Maschinen entweder allein von dem ersten Gruppenrechner (GRl) in Verbindung mit den ersten Achsrechnern (ARl) oder allein von dem zweiten Gruppenrechner (GR2) in Verbindung mit den zweiten Achsrechnern (AR2) erfolgt, wenn der jeweils andere Gruppenrechner ausfällt.
20. Steuerungssystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der erste oder der zweite Achsrechner (ARl, AR2) dafür ausgelegt sind, im Störfall die Abschaltung/Stillsetzung der Seilwinde/Maschine zeitlich verzögert zur Auslösung der
Abschaltung/Stillsetzung durch die Gruppenrechner (GRl, GR2) auszulösen.
21. Verfahren zur Steuerung von mehreren Seilwinden und anderen Maschinen, insbesondere in Bühnen, Studios, und Theatern, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein erster Achsrechner (ARl) die AusgangsSignale eines ersten Absolutwertgebers (AIWGl) empfängt, der an einer der Seilwinden/Maschinen (Ml, M2, ... Mn) angeordnet ist, und jeweils ein zweiter Achsrechner (AR2) die AusgangsSignale eines zweiten Absolutwertgebers (AIWG2) empfängt, der an derselben Seilwinde/Maschine (Ml, M2,
... Mn) angeordnet ist, dass ein erster Gruppenrechner (GRl) die ersten Achsrechner (ARl) steuert und überwacht, dass ein zweiter Gruppenrechner (GRl) die zweiten Achsrechner (ARl) steuert und überwacht, dass der erste und der zweite Gruppenrechner (GRl, GR2) sich gegenseitig überwachen und Informationen zum Vergleich austauschen, wobei die Verbindungen zwischen den ersten und zweiten Achsrechnern (ARl, AR2) einerseits und den ersten und zweiten Gruppenrechnern (GRl, GR2) andererseits über jeweils einen separaten Bus (Bl, B2) , vorzugsweise einen Lichtwellenleiterbus, erfolgt und die Verbindung zwischen den beiden Gruppenrechnern (GRl, GR2) über eine Gruppenrechnerverbindung (GRV) oder einen gemeinsamen Speicher oder Speicherbereich erfolgt.
22. Verfahren zur Steuerung von mehreren Seilwinden und anderen Maschinen, insbesondere in Bühnen, Studios, und Theatern nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das die Steuerung und Überwachung der Achsrechner (ARl, AR2) durch die Gruppenrechner (GRl, GR2) derart erfolgt, dass die Seilwinden/Maschinen entweder allein von dem ersten Gruppenrechner (GRl) in Verbindung mit den ersten Achsrechnern (ARl) oder allein von dem zweiten Gruppenrechner (GR2) in Verbindung mit den zweiten Achsrechnern (AR2) erfolgt, wenn der jeweils andere Gruppenrechner ausfällt.
23. Verfahren zur Steuerung von mehreren Seilwinden und anderen Maschinen in Bühnen, Studios, und Theatern nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass der erste oder der zweite Achsrechner (ARl, AR2) im Störfall die Abschaltung/Stillsetzung der Seilwinde/Maschine zeitlich verzögert zur Auslösung der
Abschaltung/Stillsetzung durch die Gruppenrechner (GRl, GR2) auslösen.
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