DE102006023823A1

DE102006023823A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Vermeidung von Achskollisionen

Info

Publication number: DE102006023823A1
Application number: DE200610023823
Authority: DE
Inventors: Christian Zentgraf; Christoph Müller; Ulrich Dittmaier; Stephan Dr. Schultze
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-05-20
Filing date: 2006-05-20
Publication date: 2007-11-22
Also published as: ITMI20071007A1

Abstract

Ein Verfahren zur Fehlerkorrektur für die Steuerung wenigstens zweier Antriebseinrichtungen (2, 3) insbesondere für Achsen, wobei die Antriebseinrichtungen (2, 3) jeweils einen Motor (14, 15) und einen von diesem Motor (14, 15) bewegten Körper (4, 5) aufweisen und durch wenigstens eine Antriebssteuereinheit (7, 8) gesteuert werden. Dabei ist wenigstens eine Antriebseinrichtung (2, 3) durch zwei voneinander unabhängige Steuerungsverbindungen (11a, 11b, 12a, 12b, 18, 19, 28, 29) steuerbar.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vermeidung von Achskollisionen. Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf Papierbearbeitungsmaschinen beschrieben, welche Rollen bzw. Walzen aufweisen, deren Drehung aufeinander abgestimmt ist. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung auch bei anderen Vorrichtungen Anwendung finden kann, bei denen abgestimmte Drehungen zweier oder mehrerer Körper erforderlich sind.
Bei Vorrichtungen zur Papierbe- und -verarbeitung ist es bekannt, Walzen mit ineinander greifenden Werkzeugen zu verwenden. Diese Werkzeuge müssen je nach Art der Produktion in einem festen Winkelbereich zueinander angeordnet sein, da sonst mechanische Kollisionen auftreten können. Dabei ist es aus dem Stand der Technik bekannt, derartige Werkzeuge oder Walzen mechanisch über Getriebe oder Räderzüge zu koppeln. Diese Art der Kopplung ist jedoch relativ aufwändig und verschleißanfällig. Daher ist man im Stand der Technik teilweise dazu übergegangen, mehrere Walzen mit jeweils einem eigenen Motor und jeweils unabhängigen Ansteuerungen der Motoren zu betreiben. Diese Einzelantriebe sind oftmals über ein Kommunikationssystem an eine überlagerte Steuerung angeschlossen wobei diese überlagerte Steuerung jeweils Sollwerte für die einzelnen Antriebe vorgibt.
In diesen Steuerungssystemen kann es jedoch zu unterschiedlichen Fehlern kommen, je nachdem welches Glied der Steuerungskette schadhaft oder ausgefallen ist. Beispiele für derartige Fehlerfälle sind unter anderem ein Netzausfall, oder ein Ausfall einer Steuerungseinrichtung. Derartige Fehler können beispielsweise zu Achskollisionen führen. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Steuerungssystemen ist die Steuerung über ein Bussystem mit den Antriebssteuerungen verbunden. Diese Antriebssteuerungen sind wiederum mit den Motoren über Motorleistungskabel und Feedbackkabel verbunden. Teilweise sind auch die Antriebe mit einer Versorgungseinrichtung verbunden, welche die Antriebseinrichtung mit Gleichspannung versorgt.
Aus dem Stand der Technik sind Vorgehensweisen bekannt, um auf die Ausfälle einzelner Komponenten zu reagieren. So ist es beispielsweise möglich, dass eine Steuerung bei Erkennung eines Netzausfalls die Antriebseinrichtungen bzw. die Maschinen dezentral gesteuert still setzt. Dabei ist darauf zu achten, dass für das Stillsetzen kein Energiefluss von dem (nicht mehr intakten Netz) nötig ist. Ähnliche Vorgehensweisen sind bei Erkennung einer Unterspannung am Versorgerausgang bekannt, d. h. auch hier können Antriebseinrichtungen die Maschine gesteuert still setzen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche in der Lage ist, auf eine Vielzahl von Fehlerquellen zu reagieren, wie beispielsweise Steuerungs- und Kommunikationsfehler, Fehler der Antriebseinrichtungen und dergleichen. Dies wird erfindungsgemäß verfahrensseitig durch ein Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 18 und vorrichtungsseitig durch eine Vorrichtung nach dem Anspruch 21 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Verfahren und Vorrichtungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass nicht zwangsläufig alle erfindungsgemäßen Aufgaben durch die Gegenstände aller Unteransprüche gelöst werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Fehlerkorrektur für die Steuerung wenigstens zweier Antriebseinrichtungen und insbesondere für die Steuerung von Achsen, wobei die Antriebseinrichtungen jeweils wenigstens einen Motor und einen von diesem Motor bewegten Körper aufweisen und durch wenigstens eine Antriebssteuereinheit gesteuert werden, ist wenigstens eine Antriebseinrichtung durch zwei voneinander unabhängige Steuerungsverbindungen steuerbar.
Bevorzugt sind beide oder allgemein alle Antriebseinrichtungen jeweils durch wenigstens zwei voneinander unabhängige Steuerungsverbindungen steuerbar.
Unter Steuerungsverbindungen werden dabei einerseits Steuerungsleitungen verstanden, andererseits jedoch auch voneinander unabhängige Kommunikationsverbindungen, wobei voneinander unabhängige Kommunikationsverbindungen auch über die gleichen physikalischen Leitungen verlaufen können. Unter voneinander unabhängigen Steuerungsverbindungen wird verstanden, dass über die jeweiligen Steuerungsverbindungen unabhängig Daten übermittelt werden können und insbesondere auch eine Steuerungsverbindung im Falle eines Ausfalls der jeweils anderen Steuerungsverbindung arbeiten kann. Vorzugsweise handelt es sich bei den voneinander unabhängigen Steuerungsverbindungen um voneinander getrennte Leitungen.
Durch das Vorsehen wenigstens zweier voneinander unabhängiger Steuerungsverbindungen kann im Falle eines Ausfalls einer Steuerungsverbindung, welcher die unterschiedlichsten Ursachen haben kann, die Antriebseinrichtung weiterhin gegebenenfalls auch im eingeschränkten Betrieb gesteuert bzw. heruntergefahren werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind mehrere Antriebssteuereinheiten vorgesehen und Geberinformationen wenigstens einer Antriebseinrichtung an mehrere Antriebssteuereinheiten übermittelbar. Bevorzugt sind die Geberinformationen wenigstens einer Antriebseinrichtung über unterschiedliche Steuerungsverbindungen an die mehreren Antriebssteuereinheiten übermittelbar. In dem Spezialfall zweier Antriebseinrichtungen und zweier Antriebssteuereinheiten sind die Antriebseinrichtungen jeweils mit beiden Antriebssteuereinheiten verbunden d. h. die Geberinformationen werden kreuzweise mit den Antriebssteuereinheiten verkoppelt.
Durch diese Ausführungsform ist es möglich, insbesondere Fehler des Motorfeedbackkabels, der Antriebselektronik bzw. der Antriebssteuereinheit, Kommunikationsausfälle und Steuerungsausfälle zu beherrschen bzw. geeignete Gegenmaßnahmen einzuleiten.
Beispiele für Motorfeedbackkabelfehler können beispielsweise ein Kabelbruch des entsprechenden Kabels sein. Durch die kreuzweise Verkoppelung der jeweiligen Motorgeberinformationen ergibt sich eine Redundanz der Feedbackkabel, sodass diejenige Antriebseinrichtung, die durch das gebrochene Kabel versorgt wird, nunmehr zumindest vorübergehend durch ein weiteres Feedbackkabel mit einer Antriebssteuereinheit verbunden ist.
Auch ein Ausfall der Antriebselektronik, also insbesondere aber nicht ausschließlich ein Ausfall der Leistungselektronik (Leistungshalbleiter) oder ein Ausfall der Steuerelektronik wird mit der beschriebenen Ausführungsform beherrschbar.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten Steuerungen ist es lediglich möglich, über die Steuerungen in allen nicht betroffenen Antriebseinrichtungen eine Fehlerreaktion zu aktivieren wie beispielsweise eine Drehzahlsollwertnullschaltung, ein Abrampen der Leitachse oder dergleichen. Voraussetzung hierfür ist jedoch, dass die Kommunikation vom Ausfall der Antriebselektronik nicht betroffen ist beispielsweise im Fall eines Ausfalls der Leistungselektronik bei weiterhin funktionierender Steuerelektronik.
Damit berücksichtigen die bekannten Fehlerreaktionen bisher in keinem Falle die Gegebenheiten des ausgefallenen Antriebs, d. h. sie gehen davon aus, dass dieser Antrieb auch noch ohne Sollwertvorgaben funktionieren kann, und sich deshalb keine Kollisionen ergeben.
Durch die bevorzugte Ausführungsform, also die kreuzweise Verkoppelung der Geberinformation der Antriebe, ist auch ein Ausfall der Steuerelektronik beherrschbar. Daneben ist es durch die bevorzugte Ausführungsform möglich, die Reaktionszeit bis zum Wirken einer Fehlerreaktion dadurch zu verringern, dass eine Fehlerreaktion zwischen den Antriebseinrichtungen selbstständig ausgeführt wird.
Vorzugsweise sind die Geberinformationen auf wenigstens einer vorgegebenen Ebene übermittelbar und die Ebene ist aus einer Gruppe von Ebenen ausgewählt, welche eine Geberkabelebene, eine Geberemulationsebene, eine Kommunikationsebene, Kombinationen hieraus oder dergleichen enthält. Dies bedeutet, dass die kreuzweise Verkoppelung der Geberinformation beispielsweise auf der Geberebene erfolgen kann oder auch mittels einer Geberemulation, bei der ein Antrieb die Geberinformation ausgibt und andere Achsen bzw. Antriebseinrichtungen diese einlesen können.
Bei einer weiteren bevorzugten Variante erfolgt die Übermittlung der Geberinformation mittels einer Verkopplung auf direkter Querkommunikation zwischen den anzutreibenden Körpern. Diese Variante eignet sich insbesondere für den Fall, in dem zwei oder wenige Antriebseinrichtungen zu steuern sind. Durch die Verwendung der direkten Querkommunikation können die Wege für die Kommunikation verkürzt werden und müssen nicht über eine zent rale Steuerung verlaufen. Diese Vorgehensweise stellt damit eine dezentrale Fehlerreaktion dar.
Bevorzugt erfolgt eine dezentrale Reaktion auf einen Betriebsfehler anhand einer übermittelten Geberinformation. Dies bedeutet, dass beispielsweise ein Geber einen Fehlbetrieb einer bestimmten Antriebseinrichtung meldet und dezentral Gegenmaßnahmen von anderen Antriebseinrichtungen eingeleitet werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Variante erfolgt die Übermittlung der Geberinformationen mittels einer mittelbaren Verkopplung über wenigstens eine Steuerungseinrichtung. Diese zentrale Übermittlung eignet sich insbesondere bei Vorliegen einer Vielzahl von Antriebseinrichtungen, deren Bewegungen aufeinander zu synchronisieren sind. In diesem Falle wird der Ausfall oder ein Fehler einer Antriebseinrichtung an eine zentrale Steuerungseinrichtung gemeldet und diese leitet wiederum über die übrigen Antriebseinrichtungen Gegenmaßnahmen ein.
Damit erfolgt bevorzugt eine zentrale Reaktion auf einen Betriebsfehler wobei diese Reaktion anhand einer fehlerfrei übermittelten Geberinformation eines fehlerhaft gesteuerten Antriebs erfolgt. Dies bedeutet, dass bei diesem Verfahren die Geberinformation noch korrekt übertragen werden muss.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine virtuelle Leitachse definiert und eine Reaktion auf einen Betriebsfehler mittels dieser virtuellen Leitachse durchgeführt. Die virtuelle Leitachse beschreibt damit ein ideal arbeitendes System und eignet sich somit als Referenz, um auf Betriebsfehler reagieren zu können.
Bevorzugt ist der Betriebsfehler, auf den reagiert werden soll, aus einer Gruppe von Fehlern ausgewählt, welche Fehler eines Motorfeedbackkabels, Fehler eines Leistungsteils, Fehler eines Steuerteils, Kommunikationsausfälle, Steuerungsausfälle, Netzausfälle, Kombinationen hieraus und dergleichen enthält. Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird bei Auftreten eines Betriebsfehlers und insbesondere eines Kommunikationsfehlers wenigstens eine Antriebseinrichtung mit vorbestimmten Betriebsgrößen betrieben. Bei diesem Verfahren wird ein Betriebsausfall einer Antriebseinrichtung erkannt und in Reaktion darauf bevorzugt diese und die übrigen Antriebseinrichtungen mit vorgegebenen Kenngrößen betrieben bzw. kontrolliert zum Stillstand gebracht.
Bevorzugt stehen mehrere auswählbare Reaktionsmöglichkeiten auf Betriebsfehler zur Verfügung. Wie oben angemerkt, sind unterschiedliche Betriebsfehler denkbar und jeweils unterschiedliche Gegenmaßnahmen geeignet, um auf diese Fehler zu reagieren. Damit stehen bei diesem Verfahren eine Vielzahl von Reaktionsmöglichkeiten zur Verfügung, wobei besonders bevorzugt das System selbsttätig eine besonders geeignete Reaktionsmöglichkeit auf einen bestimmten Betriebsfehler auswählt.
Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren weist wenigstens eine Antriebseinrichtung einen Hauptgeber und einen Zusatzgeber auf. Es wird darauf hingewiesen, dass diese Ausführungsform nicht notwendigerweise die Steuerbarkeit wenigstens einer Antriebseinrichtung durch zwei voneinander unabhängige Steuerungsverbindungen vorsieht.
Durch das Vorsehen wenigstens eines Zusatzgebers neben einem Hauptgeber sind Fehlerquellen wie Fehler des Motorfeedbacks, des Motorfeedbackkabels oder Mechanikfehler beherrschbar. Dieser Zusatzgeber stellt einen weiteren bzw. redundanten Motorgeber dar. Im Fehlerfall kann antriebsintern die Regelung auf den entsprechenden Zusatzgeber umgeschaltet werden. Bevorzugt erfolgt die Reaktion auf einen Betriebsfehler unter Berücksichtigung wenigstens einer von dem Zusatzgeber stammenden Information.
Daneben ist es auch möglich, Betriebsfehler durch Auswertung der Informationen sowohl des Hauptgebers als auch des Zusatzgebers zu erkennen. Falls Informationen des Hauptgebers und des Zusatzgebers voneinander abweichen bzw. nicht in einer Sollbeziehung zueinander stehen kann auf einen Fehler des Antriebssystems geschlossen werden. So ist es beispielsweise im Fall eines Bruchs des Getriebes denkbar, dass der Hauptgeber Werte ausgibt, die für die Drehung des Motors korrekt sind, diese Werte jedoch nicht mehr der tatsächlichen Drehstellung des angetriebenen Körpers entsprechen. In diesem Fall empfiehlt es sich, den Zusatzgeber lastseitig anzuordnen um festzustellen, ob auch auf der Lastseite die korrekten Positionswerte für beispielsweise die angetriebene Welle oder Achse ausgegeben werden.
Bei Synchronmotoren muss hierbei die absolute Lage des Motors zur elektronischen Kommutierung bekannt sein und insbesondere bei mechanischen Getrieben ist es komplex, einen absoluten Bezug vom lastseitigen Geber auf die Motorseite zu ermitteln.
Im Falle der Verwendung eines (lastseitigen) Zusatzgebers kann dieser Fehlerfall einerseits erkannt werden (z. B. anhand eines Vergleiches beider Geber), andererseits kann die Fehlerreaktion der weiteren kollidierbaren Achsen auf den lastseitigen Geber abgestimmt werden und nicht wie im normalen Betriebsfall auf den Hauptgeber. Vorzugsweise reagieren weitere Antriebseinrichtungen in Reaktion auf die Information des Zusatzgebers. Dabei kann auch eine Leitachse basierte Steuerungseinrichtung vorgesehen sein und die Bewegung dieser Leitachse in Reaktion auf die Information des Zusatzgebers gesteuert werden.
Am Beispiel einer wellenlosen leitachsbasierten Maschinensteuerung kann die Bewegung der kollidierbaren Achsen von einer unabhängig laufenden virtuellen Leitachse auf die fehlerhafte Achse bezogen abgeändert werden. Dabei ist es einerseits möglich, diese Steuerung zentral von einer zentralen Steuerungseinrichtung aus vorzunehmen, indem die Position des Zusatzgebers an die zentrale Steuerungseinrichtung übertragen wird und diese die Leitachsbewegung derart steuert, dass Kollisionen verhindert werden. Diese Variante bringt den Vorteil mit sich, dass auch alle anderen nicht kollidierbaren Achsen gegebenenfalls eine synchrone Bewegung durchführen und beispielsweise eine Papierbahn in der Maschine dadurch nicht reißt.
Es ist jedoch auch möglich, die Steuerung dezentral in den Achsen vorzunehmen, indem diese die Position des Zusatzgebers über das Kommunikationssystem bzw. über unmittelbare Kommunikation empfangen und intern einen eignen Algorithmus der Kollisionsverhinderung hinterlegt haben.
Wie oben ausgeführt, eignet sich diese letztere Variante insbesondere dann, wenn wenige Achsen kollidierbar sind (beispielsweise nur zwei Achsen eines Querschneiders) und wenn eine besonders schnelle Fehlerreaktion gefordert ist. Im Falle einer direkten Querkommunikation muss die Position nicht noch von der Steuerung verarbeitet werden sondern die Fehlreaktion kann direkt in der kollisionsgefährdeten Antriebseinrichtung statt finden (z. B. mit Hilfe einer sogenannten Querkommunikation- zwischen Kommunikationsslaves im Falle von SERCOS III).
Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren zur Fehlerkorrektur für die Steuerung wenigstens zweier Antriebseinrichtungen und insbesondere für Achsen, wobei die Antriebseinrichtungen jeweils einen Motor und einen von diesem Motor bewegten Körper aufweisen und durch wenigstens eine Antriebssteuereinheit gesteuert werden, wird im Falle eines Betriebsfehlers wenigstens eine Antriebseinrichtung geberlos betrieben.
Durch dieses Verfahren können insbesondere Ausfälle des Motorfeedbackkabels oder auch der Motorgeber beherrscht werden. Bei diesem Verfahren schaltet der Antrieb seine Regelung von einer geberbasierten Regelung auf eine sogenannte geberlose Regelung um d. h. im Wesentlichen auf eine Steuerung der Antriebsbewegung ohne einen geschlossenen Lageregelkreis. Möglicherweise führt diese geberlose Regelung zu einer Regelung geringerer Güte, dies kann jedoch zur Beherrschung des Fehlers in Kauf genommen werden, um eine Maschine zum Stillstand zu bringen. Vorzugsweise wird bei Auftreten eines Betriebsfehlers eine geeignete Fehlerreaktion durch die zentrale Steuerungseinrichtung auf wenigstens eine Antriebseinrichtung eingeleitet.
Im Verlauf der Fehlerbehandlung wird der Fehler von der betroffenen Antriebseinrichtung gemeldet und dann kann die gesamte Maschine möglichst optimal still gesetzt werden beispielsweise sofort oder nach einer gewissen weiteren Taktzeit. Die Fehlerreaktion kann dabei wiederum dezentral in den Antriebseinrichtungen oder auch zentral gesteuert erfolgen, wie bereits oben beschrieben.
Je nach dem Einzelfall kann eine zeitlich unmittelbare Einleitung einer Fehlerreaktion sinnvoll sein, falls in Abhängigkeit von den jeweiligen Fehler Schäden zu erwarten sind, die unmittelbar eintreten. Eine verzögerte Einleitung der Fehlerreaktion kann sinnvoll sein, falls über kurze Zeit hinweg ein gewisser Notbetrieb gewünscht wird, beispielsweise um noch nicht abgeschlossene Teilvorgänge beenden zu können. Auch kann bei verzögerten Fehleraktionen bei Wegfall des Fehlers wieder der normale Betrieb aufgenommen werden.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf eine Vorrichtung zum Antrieb wenigstens zweier aufeinander abgestimmter Achsen gerichtet mit wenigstens einer ersten Antriebseinrichtung zum Antreiben der ersten Achse und wenigstens einer zweiten Antriebseinrichtung zum Antreiben der zweiten Achse, wenigstens einer Antriebssteuereinheit zum Steuern wenigstens einer der Antriebseinrichtungen wobei eine Vielzahl von Steuerungsverbindungen zwischen der Antriebssteuereinheit und den Antriebseinrichtungen vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist wenigstens eine Antriebseinrichtung durch zwei voneinander unabhängige Steuerungsverbindungen steuerbar. Auch hier handelt es sich nicht notwendigerweise um zwei physikalische verschiedene Leitungen sondern der Begriff bezieht sich auch hier auf Kommunikationsverbindungen. Vorzugsweise ist jede Antriebseinrichtung durch wenigstens zwei voneinander unabhängige Steuerungsverbindungen steuerbar. Auf diese Weise werden jeweils redundante Steuerungskanäle geschaffen, wodurch bei Ausfall einzelner Komponenten die Gesamtvorrichtung zumindest im eingeschränkten Betrieb beispielsweise zum Stillsetzen betreibbar bleibt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform steht wenigstens eine Antriebseinrichtung mit einem Hauptgeber und einem Zusatzgeber in Kommunikationsverbindung. Wie oben erwähnt, können durch diese bevorzugte Ausführungsform beispielsweise Getriebeschäden festgestellt werden, es kann auf Fehler im Motorfeedbackkabel reagiert werden und der gleichen.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist wenigstens eine Antriebseinrichtung und bevorzugt sind alle Antriebseinrichtungen auch geberlos betreibbar. Dieser geberlose Betrieb dient, wie oben erwähnt, ebenfalls dazu, um das System mit den vorgegebenen Mindestanforderungen still setzen zu können. Im Falle des geberlosen Betriebs sind die Antriebssteuereinheiten nicht notwendigerweise durch zwei voneinander unabhängige Steuerungsverbindungen steuerbar.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf ein Erzeugnis zum Durchführen eines Verfahrens der oben beschrieben Art gerichtet, wobei das Erzeugnis ein Computerprogramm mit Programmcode ist, der bei Ablauf des Computerprogramms auf einem Computer dazu geeignet ist, ein Verfahren der oben beschriebenen Art durchzuführen. Vorzugsweise ist das Computerprogramm auf einem computerlesbaren Medium gespeichert. Weiterhin ist die Erfindung auch auf einem computerlesbaren Datenträger gerichtet wobei auf diesem Datenträger ein Computerprogramm gespeichert ist, das einen Programmcode aufweist, der bei Ablauf des Computerprogramms auf einen Computer dazu geeignet ist ein Verfahren der oben beschriebenen Art durchzuführen.
Die Erfindung ist schließlich auf ein Computersystem mit einem Speichermittel gerichtet, in dem ein Computerprogramm mit Programmcode gespeichert ist, der bei Ablauf des Computerprogramms auf einem Computer dazu geeignet ist ein Verfahren der oben beschriebenen Art durchzuführen.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen.
Darin zeigen:
1 eine Darstellung einer Achsensteuerung zur Veranschaulichung möglicher Fehlerquellen;
2 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
3 eine weitere schematische Darstellung zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt einen schematischen Aufbau eines Antriebssystems. Dieses Antriebssystem weist zwei Antriebseinrichtungen 2, 3 auf, die jeweils zum Antrieb eines bewegten Körpers 4, 5, bei dem es sich hier um zwei Achsen bzw. Walzen handelt, dienen. Diese beiden Körper 4, 5 werden von zwei Motoren 14, 15 angetrieben. An den Motoren sind Geber 14a, 15a vorgesehen. Die Motoren sind über Motorleistungskabel 11a, 12a und Feedbackkabel 11b, 12b mit zwei Antriebssteuereinheiten 7, 8 verbunden. Die Kabel 11a, 11b bzw. 12a, 12b können auch getrennt voneinander verlaufen. Daneben ist eine Versorgungseinrichtung 20 vorgesehen, die die beiden Antriebssteuereinheiten 7, 8 mit Gleichspannung versorgt. Die Antriebssteuereinheiten 7, 8 sind über Bussysteme 23, 24, 26 mit einer zentralen Steuerungseinrichtung 10 verbunden (dargestellt ist eine Ringtopologie). Über eine Verbindung 27 wird auch die Antriebssteuereinheit 8 mit Gleichspannung versorgt. Die Versorgungseinrichtung 20 wird wiederum über Zuleitungen 21 mit Energie versorgt.
Die einzelnen Blitzsymbole veranschaulichen bildhaft mögliche Fehlerquellen für ein derartiges Antriebssystem. Als derartige Fehlerquellen können unter anderem genannt werden Netzausfälle, Ausfälle der Versorgungseinrichtung 20, Ausfälle der zentralen Steuerungsein richtung 10, Ausfälle der Bussysteme 23, 24, 26 (Kommunikation), Ausfälle der Antriebselektronik bzw. der Antriebssteuereinheiten 7, 8, Ausfälle der Motorleistungskabel 11a, 12a, Ausfälle der Motorfeedbackkabel 11b, 12b, Ausfälle der Hauptgeber 14a, 15a sowie Ausfälle der Motoren 14, 15 bzw. angetriebener Mechanikkomponenten wie etwa der angetriebenen Körper 4, 5.
Eine weitere Fehlerquelle sind Ausfälle der Steuerungshardware bzw. Kabelbruch einzelner Kommunikationswege 23, 24, 26. Bei diesem Fehler ist es möglich, dass die Antriebe bei einer sogenannten leitachsbasierten Automationsstruktur dezentral eigene Leitachsen berechnen und anhand dieser mit einer antriebsübergreifenden synchronen Fehlerreaktion das Antriebssystem kollisionsfrei still setzen. Diese Fehlerkorrektur wurde beispielsweise in der noch nicht offen gelegten Patentanmeldung DE 10 2005 012 024.5 ausführlich beschrieben. Die dortige Beschreibung wird explizit auch zum Gegenstand dieser Anmeldung gemacht.
Bei dem in der DE 10 2005 012 024.5 beschriebenen Verfahren wird in einer zentralen Steuerung bzw. einer zentralen Leitachse ein Leitwert generiert und im Normalfall über ein Führungskommunikationssystem wie beispielsweise ein sogenanntes SERCOS Interface an die Antriebseinrichtungen übertragen. Dabei sind die Kurvenscheibenfunktionalitäten dezentral in den Antrieben enthalten bzw. den Antrieben vorgeschaltet. Bei Ausfall eines Führungskommunikationssystems wird bei diesem Verfahren die Fehlerreaktion dezentral eingeleitet. Aufgrund der Einleitung und Durchführung der Fehlerreaktion anhand des Leitwertes ist es bei diesem Verfahren möglich, dezentral verteilte synchrone Fehlerreaktionen durchzuführen, die dazu führen, dass beispielsweise eine Maschine im Falle eines Fehler genau so reagiert als ob die Leitwertbewegung zentral vorgegeben wird. Damit werden bei diesem Verfahren nach extern abgegebene Signale weiterhin und zum richtigen Zeitpunkt ausgegeben.
Damit werden bei oben genannter Patentanmeldung voneinander unabhängige Fehlerreaktionen durchgeführt. Innerhalb der vorliegenden Erfindung wird dies dadurch verbessert, indem eine Verkopplung der Antriebe auch während des Zeitbereichs der Fehlerreaktion (d. h. dem kollisionsfreien Stillsetzen der Anlage) erreicht wird.
Weiterhin soll dies dadurch verbessert werden, dass die Steuerung die Sollwerte der nicht. betroffenen angetriebenen Körper bzw. Achsen derart vorgibt, dass es nicht zu Kollisionen kommt. Dies setzt jedoch eine fehlerfreie Kommunikation zwischen dem ausgefallenen An trieb und der Steuerung bzw. zu den anderen Antrieben voraus (kein Ausfall der Steuerelektronik).
Eine weitere Fehlerquelle ist ein Ausfall der Motorleistungskabel beispielsweise im Falle eines Kabelbruchs. Diese Fehlerquelle ist ähnlich wie ein Ausfall der Antriebselektronik zu sehen, im Unterschied zu dem vorgenannten Fehlerfall bleibt jedoch in diesem Fehlerfall die Kommunikation zwischen der zentralen Steuerungseinrichtung 10 und den Antriebseinrichtungen 2, 3 erhalten, was einem Ausfall der Leistungselektronik der Antriebssteuereinheiten entspricht.
Eine weitere Fehlerquelle ist ein Ausfall der Motorfeedbackkabel 11b, 12b. Diese Fehlerquelle ist im Stand der Technik nicht beherrschbar und wird erfindungsgemäß durch die unten genauer beschriebene Umschaltung auf einen sogenannten geberlosen Betrieb beherrscht. Damit wird kein zusätzlicher Geber mit Geberinterfaces benötigt, was zur Kostenminderung beiträgt. Eine weitere Fehlerquelle ist der Ausfall eines Motorgebers 14a, 15a.
Ein weiterer möglicher Fehler ist der Ausfall eines Motors 14, 15 oder der angetriebenen Körper 4, 5. Möglichkeiten hierfür sind beispielsweise der Ausfall von Getrieben, Wellen oder Räderzügen. Diese Fehlerquelle kann im Stand der Technik nicht beherrscht werden, da heute bekannte kollisionsvermeidende Lösungen davon ausgehen, dass das Antriebssystem weiterhin funktioniert. In dem Fehlerfall ist die Bewegung der kollisionsfähigen ausgefallenen Mechanik d. h. der angetriebenen Körper 4, 5 nicht vorhersagbar und damit auch seitens der Bewegungssteuerung (dezentral im Antrieb oder zentral in der zentralen Steuerungseinrichtung 10) nicht ohne Bezug auf die lastseitige Bewegung beherrschbar. Erfindungsgemäß kann dieser Fehlerfall dadurch beherrscht werden, dass mit Hilfe eines lastseitigen Motorgebers die nicht betroffenen Achsen derart gesteuert werden, dass eine Kollision vermieden wird. Dies wird unter Bezugnahme auf 2 genauer erläutert.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Antriebssystems. Neben den angetriebenen Körpern 4, 5 der Motoren 14, 15 und deren Hauptgebern 14a und 15a sind bei dieser Ausführungsform Zusatzgeber 16, 17 vorgesehen, die über Verbindungsleitungen 18, 19 mit den Antriebssteuereinheiten 7 und 8 verbunden sind. Durch die Verwendung von Zusatzgebern können Ausfälle des Motorfeedbacks, des Motorfeedbackkabels sowie Mechanikfehler in den Antriebseinrichtungen beherrscht werden. Im Falle eines dieses Fehlers wird antriebsintern die Regelung auf den entsprechenden anderen Geber umgeschaltet. Vorzugsweise sind die Zusatzgeber 16, 17 jeweils lastseitig angeordnet um die Bewegung der bewegten Körper 4, 5 direkt kontrollieren zu können.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems. Hier sind neben den Leitungen 11a, 11b, 12a, 12b Zusatzleitungen 28, 29 vorgesehen, mittels derer die Motoren 14, 15 und die Antriebssteuereinheiten 7, 8 kreuzweise miteinander gekoppelt sind. Im Falle mehrerer Motoren und Antriebssteuereinheiten werden auch entsprechend mehrere kreuzweise Verkoppelungen möglich. Durch diese kreuzweise Verkoppelung können Fehler wie Motorfeedbackkabelfehler, Fehler der Antriebssteuereinheiten sowie Kommunikationsausfälle und Steuerungsausfälle beherrscht werden. In 3 ist eine kreuzweise Verkoppelung auf der Geberebene gezeigt, es wäre jedoch auch möglich diese kreuzweise Verkoppelung mittels einer Geberemulation zu erreichen, bei der ein Antrieb die Geberinformationen ausgibt und andere Achsen diese einlesen können. Auch wäre es möglich, die Geberinformationen über das Kommunikationssystem zu übertragen wobei hier jedoch Motorfeedbackkabelfehler sowie Ausfälle der Steuerantriebseinheiten sowie Kommunikationsausfälle nicht in jedem Fall beherrschbar sind.
Durch diese kreuzweise Verkoppelung der Motorgeberinformationen ergibt sich letztlich eine Redundanz der Feedbackkabel wodurch auch Ausfälle des Motorfeedbackkabels beherrschbar werden. Vorteilhafterweise kann einer der beiden Antriebe als bevorrechtigt definiert werden, sodass die Aufteilung der Antriebe in „bewegungsvorgebenden Antrieb" und „bewegungsnachfolgenden Antrieb" eindeutig ist. Auch Steuerungsausfälle sind so beherrschbar.
Im Falle eines Fehlers des Motorfeedbackkabels kann der betroffene Antrieb keine Regelung des angetriebenen Körpers aufrechterhalten. Der nicht betroffene Antrieb bzw. alle nicht betroffenen Antriebe, die noch eine fehlerfreie Geberinformation vom betroffenen Antrieb erhalten können anhand dieser Geberinformation entweder dezentral jeweils eine Fehlerreaktion mit der jeweiligen eigenen Geberinformation durchführen oder diese Geberinformation an die jeweilige Antriebssteuereinheit bzw. die zentrale Steuerungseinrichtung melden, die dann anhand dieser Information eine zentral gesteuerte Fehlerreaktion einleitet.
Optional kann auch nur ein Antrieb die Geberinformation auswerten und über das Kommunikationssystem direkt anderen angetriebenen Körpern weiterreichen, wobei dies ohne einen Umweg über die Steuerung möglich ist. Auch in diesem Falle sind die Fehlerreaktionen dezentral.
Fehler der Antriebselektronik sind grundsätzlich ähnlich zu behandeln wie Fehler des Motorfeedbackkabels. Allerdings kann im Unterschied hierzu beispielsweise ein Fehler in der Antriebssteuereinheit bzw. deren Steuerteil je nach Implementation des Bussystems auch zu einem Zusammenbruch der Kommunikation führen. In diesem Falle weisen die kollidierbaren Körper bzw. die kollidierbaren Achsen jeweils eine Verbindung zu dem Geber des betroffenen Antriebs auf.
Allgemein können die Fehlerreaktionen, wie oben dargestellt, unter Berücksichtigung des ausgefallenen Antriebs zentral oder dezentral erfolgen. Im Falle einer zentralen Fehlerreaktion rampt die Steuerung die Anlage nach Berücksichtigung des ausgefallen Antriebs herunter (beispielsweise anhand dessen Lageistwerts). Im Rahmen einer dezentralen Reaktion erkennen die zu dem ausgefallenen Antrieb zugekoppelten Antriebe Fehler mittels Kommunikation dezentral und leiten eine entsprechende kollisionsfreie Fehlerreaktion ein (z. B. durch Querkommunikation ohne den Master und Reaktion anhand eines Lageistwerts bzw. eines Geschwindigkeitsistwerts).
Insgesamt ist es möglich, entweder einzelne der oben beschriebenen Reaktionen durchzuführen oder auch eine Kombination mehrerer möglicher Fehlerreaktionen. So könnte beispielsweise bei einem Ausfall des Kommunikationssystems primär eine dezentrale Fehlerreaktion erfolgen, wie in der oben erwähnten DE 10 2005 012 024.5 beschrieben.
Die im Rahmen dieser Anmeldung beschriebenen Fehlerreaktionen können als weitere Überwachung der Korrektheit einer zentralen Fehlerreaktion bei Kurvenscheibenachsen dienen, und im Grenzfall diese ablösen. Beispielsweise ist es möglich, dass eine der Achsen auf eine Fehlerreaktion hin mit Berücksichtigung der Geberinformation eines oder mehrerer Antriebe umschaltet.
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

2, 3: Antriebseinrichtungen
4, 5: bewegter Körper
7, 8: Antriebessteuereinheiten
10: zentrale Steuerungseinrichtung
11a, 12a: Motorleistungskabel
11b, 12b: Feedbackkabel
14a, 15a: Hauptgeber
14, 15: Motoren
16, 17: Zusatzgeber
18, 19: Verbindungsleitungen
20: Versorgungseinrichtung
21: Zuleitung
23, 24: Bussysteme
26: Verbindung
28, 29: Zusatzleitungen

Claims

Verfahren zur Fehlerkorrektur für die Steuerung wenigstens zweier Antriebseinrichtungen (2, 3), insbesondere für Achsen, wobei die Antriebseinrichtungen (2, 3) jeweils wenigstens einen Motor (14, 15) und einen von diesem Motor (14, 15) bewegten Körper (4, 5) aufweisen und durch wenigstens eine Antriebssteuereinheit (7, 8) gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Antriebseinrichtung (2, 3) durch zwei voneinander unabhängige Steuerungsverbindungen (11a, 11b, 12a, 12b, 18, 19, 28, 29) steuerbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Antriebssteuereinheiten (7, 8) vorgesehen sind, und Geberinformationen wenigstens einer Antriebseinrichtung (2, 3) an mehrere Antriebssteuereinheiten (7, 8) übermittelbar sind.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Geberinformationen auf wenigstens einer vorgegebenen Ebene übermittelbar sind und die Ebene aus einer Gruppe von Ebenen ausgewählt ist, welche eine Geberkabelebene, eine Geberemuliationsebene, eine Kommunikationsebene, Kombinationen hieraus oder dergleichen enthält.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 2–3 dadurch gekennzeichnet, dass die Übermittelung der Geberinformationen mittels einer Verkopplung auf direkter Querkommunikation zwischen den Antriebseinrichtungen (2, 3) erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine dezentrale Reaktion auf einen Betriebsfehler anhand einer übermittelten Geberinformation erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 2–5 dadurch gekennzeichnet, dass die Übermittelung der Geberinformation mittels einer mittelbaren Verkoppelung über wenigstens eine Antriebssteuereinheit (7, 8) erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine zentrale Reaktion auf einen Betriebsfehler erfolgt, wobei diese Reaktion anhand einer fehlerfrei übermittelten Geberinformation eines fehlerhaft gesteuerten Antriebs erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine virtuelle Leitachse definiert wird und eine Reaktion auf einen Betriebsfehler mittels dieser virtuellen Leitachse erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 2–8 dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsfehler aus einer Gruppe von Fehlern ausgewählt ist, welche Fehler eines Motorfeedbackkabels, Fehler eines Leistungsteils, Fehler eines Steuerteils, Kommunikationsausfälle, Steuerungsausfälle, Kombinationen hieraus und dergleichen enthält.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Auftreten eines Betriebsfehlers und insbesondere eines Kommunikationsfehlers wenigstens eine Antriebseinrichtung (2, 3) mit vorbestimmten Betriebsgrößen betrieben wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere auswählbare Reaktionsmöglichkeiten auf Betriebsfehler zur Verfügung stehen.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Antriebseinrichtung (4, 5) einen Hauptgeber (14a, 15a) und einen Zusatzgeber (16, 17) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reaktion auf einen Betriebsfehler unter Berücksichtigung wenigstens einer von dem Zusatzgeber (16, 17) stammenden Information erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 12–13 dadurch gekennzeichnet, dass Betriebsfehler durch Auswertung der Informationen sowohl des Hauptgebers (14a, 15a) als auch des Zusatzgebers (16, 17) erkannt werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 12–14 dadurch gekennzeichnet, dass weitere Antriebseinrichtungen in Reaktion auf die Information des Zusatzgebers (16, 17) gesteuert werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 12–15 dadurch gekennzeichnet, dass eine leitachsbasierte Steuerungseinrichtung vorgesehen ist und die Bewegung dieser Leitachse in Reaktion auf die Information des Zusatzgebers (16, 17) gesteuert wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 12–16 dadurch gekennzeichnet, dass bei Auftreten eines Betriebsfehlers weitere Antriebseinrichtungen Informationen des Zusatzgebers (16, 17) empfangen und anhand dieser Informationen gesteuert werden.
Verfahren, insbesondere nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines Betriebsfehlers wenigstens eine Antriebseinrichtung (2, 3) geberlos betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei Auftreten eines Betriebsfehlers eine geeignete Fehlerreaktion durch die Antriebssteuereinheit (7, 8) und/oder wenigstens einer Antriebseinrichtung (2, 3) eingeleitet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlerreaktion zeitlich unmittelbär oder verzögert eingeleitet wird.
Vorrichtung zum Antrieb wenigstens zweier aufeinander abgestimmter Achsen mit wenigstens einer ersten Antriebseinrichtung (2) zum Antreiben der ersten Achse, wenigstens einer zweiten Antriebseinrichtung (3) zum Antreiben der zweiten Achse, wenigstens einer Antriebssteuereinheit (7, 8) zum Steuern wenigstens einer der Antriebseinrichtungen (2, 3), wobei eine Vielzahl von Steuerungsverbindungen (11a, 11b, 12a, 12b, 18, 19, 28, 29) zwischen der Steuerungseinrichtung und den Antriebseinrichtungen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Antriebseinrichtung (2, 3) durch zwei voneinander unabhängige Steuerungsverbindungen (11a, 11b, 12a, 12b, 18, 19, 28, 29) steuerbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass jede Antriebseinrichtung (2, 3) jeweils durch wenigstens zwei voneinander unabhängige Steuerungsverbindungen (11a, 11b, 12a, 12b, 18, 19, 28, 29) steuerbar ist.
Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Antriebseinrichtung (2, 3) mit einem Hauptgeber (14a, 15a) und ei nem Zusatzgeber (16, 17) in Kommunikationsverbindung steht.
Vorrichtung, insbesondere nach dem Oberbegriff von Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Antriebseinrichtung (2, 3) geberlos betreibar ist.
Erzeugnis zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–20, wobei das Erzeugnis ein Computerprogramm mit Programmcode ist, der bei Ablauf des Computerprogramms auf einem Computer dazu geeignet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1–20 durchzuführen.