DE19529430A1 - Elektrisches Antriebssystem und Sicherheitsmodul insbesondere in einer Bogendruckmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem zur Verstellung von einem oder mehreren Dreh- und/oder verschwenkbaren Funktionsteilen von Geräten und Maschinen, insbesondere von Zylindern oder Walzen von Bogendruckmaschinen, in ihrer Winkellage oder Winkelgeschwindigkeit, wobei ein oder mehrere Elektro­ motoren vorgesehen sind, die mit einem jeweils zugeordneten Funktionsteil des Geräts oder der Maschine verbunden sind, wobei ferner ein oder mehrere Lei­ stungselektronikteile vorgesehen sind, die ausgangsseitig mit je einem Elektromo­ tor zu dessen Ansteuerung verbunden sind, und wobei wenigstens eine Signal­ verarbeitungseinheit angeordnet ist, die zur Aufnahme von Leit-, Steuer-, Soll- und/oder Winkellage- oder Winkelgeschwindigkeits-Signalen von etwaigen Winkel­ lagegebern an den Funktionsteilen oder Elektromotorläufern ausgebildet und mit dem oder den Leistungselektronikteilen zu deren steuerungs- oder regelungs­ technischen Kontrolle verbunden ist. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines in einem solchen Antriebssystem implementierten Sicherheitsmoduls zur Erhöhung der Betriebssicherheit. Schließlich betrifft die Erfindung eine Offset- Bogendruckmaschine mit mehreren Druckwerken vorzugsweise unter Verwen­ dung eines derartigen elektrischen Antriebssystems.

Bei Druckmaschinen, bei denen Teilaggregate einzeln oder in Gruppen mecha­ nisch voneinander entkoppelt von mehreren Motoren synchron angetrieben wer­ den, ist eine Sicherheitseinrichtung für Regelungen oder Steuerungen der Druck­ maschinen-Antriebseinheiten bekannt (DE 42 02 722 A1): Zur Vermeidung me­ chanischer Kollision von Bauteilen benachbarter Teilaggregate, beispielsweise zwischen einem Zylinder und einer Greifereinrichtung im Übergabebereich zweier mechanisch entkoppelter Druckwerke einer Bogendruckmaschine, wird als Si­ cherheitseinrichtung zwischen den Zahnrädergetrieben zweier benachbarter Tei­ laggregate eine Kupplung aus zwei Kupplungshälften angeordnet. Diese sind mit im Normalzustand der Regelung oder Steuerung synchron laufenden Zahnrädern des jeweiligen Zahnrädergetriebes gekoppelt, die Kupplungshälften laufen also leer mit. Bei Ausfall der Regeleinrichtung oder nicht ausregelbaren Störungen werden die Kupplungshälften durch Überschreitung einer vorgegebenen Drehwin­ keldifferenz miteinander gekuppelt. Das Antriebssystem, in dem der defekte Reg­ ler sitzt oder in dem die Störung aufgetreten ist, wird dann leistungsmäßig von dem benachbarten noch intakten Antriebssystem gespeist.

Ferner ist ein Sicherheitssystem für eine Druckmaschine bekannt (Patentschrift DE 36 14 979 C2), bei der innerhalb der Steuer- und Regeleinrichtung für den elektromotorischen Antrieb der Druckmaschine eine Überwachungsschaltung vor­ gesehen ist, die mit einem Vergleicher für die Soll-Istwert-Differenz der Drehzahl gegenüber einem vorgegebenen Drehzahl-Grenzwert ausgebildet ist. Die Über­ wachungsschaltung gibt bei Überschreiten einer zulässigen Abweichung zwischen dem Soll- und Istwert Signale zu einer Hauptantriebselektronik, um den Hauptan­ trieb stillzusetzen. Die Steuerung dieses Bewegungsablaufs folgt rein elektrisch.

Demgegenüber wird das der Erfindung zugrundeliegende Problem aufgeworfen, ein für Druckmaschinen geeignetes, elektrisches Antriebssystem zu schaffen, bei dem universellere und flexiblere Sicherheitsfunktionen und -strategien realisierbar sind. Gleichzeitig soll zumindest unter bestimmten Umständen die System- Verfügbarkeit erhöht sein. Außerdem soll das Antriebssystem mit möglichst wenig Bau- und Funktionskomponenten übersichtlich strukturiert sein. Zur Lösung dieses Problembereichs wird erfindungsgemäß im Antriebssystem die Implementierung eines Sicherheitsmoduls vorgeschlagen, das zum Zugriff wenigstens auf Signale im Bereich der dreh- oder verschwenkbaren Maschinen-Funktionsteile, der elek­ tromotorischen Antriebe, der jeweils zugehörigen Leistungselektronikteile, der Si­ gnalverarbeitungseinheit und/oder eines Netzteiles und zu deren Vergleich oder Auswertung auf Plausibilität ausgebildet ist und eine oder mehrere Schnittstelle insbesondere in Form eines BUS-Systems zur Ausgabe erzeugter Fehlermeldesi­ gnale aufweist. Das Sicherheitsmodul kann dabei teilweise in der digital als Si­ gnalprozessor realisierten Signalverarbeitungseinheit, teilweise in dezentral ver­ teilten, intelligenten Subeinheiten implementiert sein. Damit sind dem Sicher­ heitsmodul simultan und leicht zugreifbar viele wichtige Informationen des An­ triebssystems zur Verfügung gestellt, woraus sich Möglichkeiten zur Fehleranaly­ se und -diagnose, zur gezielten Reaktion auf Störungen und Ausfälle und zur Herbeiführung eines sicheren Zustandes der Maschine jeweils in Echtzeit erge­ ben. Eine gezielte Reaktion auf Störungen und Ausfälle zur Herbeiführung eines sicheren Zustandes der Maschine ist durch die erfindungsgemäße Ausbildung möglich.

Der Erhöhung der Sicherheit, Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der betreffenden Maschine dient es insbesondere, wenn nach einer Ausbildung der Erfindung das Sicherheitsmodul pro Funktionsteil und/oder Elektromotorenläufer zwei oder mehr redundant angeordnete Winkellagegeber aufweist. Diese können einerseits stän­ dig miteinander verglichen werden, was die Sicherheit der Fehlererkennung er­ höht. Andererseits kann bei Ausfall eines Winkellagegebers der daneben redun­ dant angeordnete für den Weiterbetrieb verwendet werden, was zur erhöhten Verfügbarkeit der Gesamtanlage ohne Beeinträchtigung der Verarbeitungsgenau­ igkeit und -qualität führt. Eine entsprechende Redundanz ist auch in Form mehre­ re, nebeneinander parallel arbeitender Signalverarbeitungseinheiten denkbar. So können auf der Basis der Erfindung beispielsweise drei Signalverarbeitungseinhei­ ten am gleichen BUS-System angeschaltet sein, wobei ständig eine Majoritätsent­ scheidung für die Kontrollsignale aus der Signalverarbeitungseinheit an die unter­ geordneten Leistungselektronikteile getroffen wird (sogenannte Zwei-aus-drei- Systeme).

Mit dem erfindungsgemäßen Sicherheitssystem läßt sich in aufeinanderfolgenden Stufen Fehlererkennung/Diagnose, Entscheidung über zu treffende Maßnahmen und schließlich Regelung/Steuerung des Vollzugs dieser Maßnahmen durchfüh­ ren. Die Fehlererkennung und -diagnose sowie die Reaktions- bzw. Maßnahmen­ einleitung läßt sich vorzugsweise in Tabellen- oder Matrixform abspeichern. Zur Entscheidungsfindung ist auch die Implementierung eines Maßnahmenbaums denkbar.

Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil besteht vor allem darin, daß die sogenannte Ein-Fehler-Sicherheit bei Maschinen und Anlagen erreicht werden kann, das heißt bei Auftreten nur eines einzigen Fehlers läßt sich der sichere Zustand durch ge­ ordnetes, insbesondere synchronisiertes Stillsetzen der einzelnen Maschinenteile realisieren, wobei in einer Übergangsphase die Maschine bei verminderter Qualität unter Vermeidung von Schäden noch weiter arbeiten kann. Insbesondere in der Anwendung auf Bogendruckmaschinen läßt sich der oben angesprochene Kollisionsschutz gewährleisten oder wenigstens die Auswirkungen von Kollisionen begrenzen, auch wenn ein Fehler im Gesamtsystem auftritt. Andererseits läßt sich im fehlerfreien Betriebszustand mit dem erfindungsgemäßen Antriebssystem, ins­ besondere wenn die elektrischen Antriebe lage- und/oder geschwindigkeitsgere­ gelt sind, die geforderte Positioniergenauigkeit von beispielsweise 5 µm, wie bei Bogendruckmaschinen gefordert, erreichen. Tritt im Antriebssystem der Bogen­ druckmaschine ein Fehler auf, so wird das vorzugsweise als Software realisierte Sicherheitsmodul mit seinen drei Komponenten Fehlererkennung und -diagnose, Entscheidungsfindung aufgrund Fehlerart und -größe sowie Reaktions- bzw. Maßnahmeneinleitung tätig und vermeidet bzw. begrenzt Schäden bzw. deren Auswirkungen.

Zur Erreichung dieser Zielsetzungen dienen nebengeordnete Erfindungsalternati­ ven, die in der Verwendungsweise des genannten Sicherheitsmodul-Konzeptes begründet sind: Treten Störungen, Fehler und Ausfälle am Motor (Befestigung lose, Motorkabel lose, Wicklungsschluß, Entmagnetisierung u. a.), an der Mecha­ nik (Schwergängigkeit u. a.) oder am Leistungselektronikteil mit Wechselrichter, Phasenstromregler oder an den BUS-Systemen oder Peripheriekomponenten zur Kommunikation zwischen Leistungselektronikteil, Winkellagegebern und Signal­ verarbeitungseinheit auf, läßt sich dies insbesondere durch Winkellage-Vergleich aller Funktionsteile und entsprechender Fehleranalyse aller Fehlermeldungen er­ kennen. Dem dient eine Erfindungsalternative, indem das Sicherheitsmodul zum Plausibilitätsvergleich der Winkellagen oder Winkelgeschwindigkeiten der Funkti­ onsteile und gegebenenfalls zur Identifikation des gestörten Funktions- bzw. Ma­ schinenteils verwendet wird. In Weiterbildung dieses Gedankens kann das Si­ cherheitsmodul ferner zum Vollzug von Sicherheitsmaßnahmen eingesetzt wer­ den, indem vom gestörten Funktionsteil oder dessen Winkellage oder -geschwindigkeit Leitwerte oder Vorgaben für die noch intakten Funktionsteile ab­ geleitet werden. Das gestörte Funktionsteil wird gewissermaßen zur "Leit-Achse" für die noch funktionstüchtigen Maschinenteile.

Nach einer anderen Verwendungsalternative dient das Sicherheitsmodul dazu, daß die Ausgänge der Winkellagegeber bzw. deren entsprechende Signale auf einem Kommunikationssystem bzw. BUS auf Plausibilität hin überwacht und ge­ gebenenfalls das gestörte Funktionsteil identifiziert und gemeldet wird. Daraufhin kann mit dem Umschalten auf redundante Winkellagegeber reagiert werden. Um demgegenüber den Aufwand an Baukomponenten einzusparen, besteht eine Maßnahmenalternative darin, den Elektroantrieb des Funktionsteiles mit dem ge­ störten Winkellagegeber nicht mehr zu regeln, sondern nur noch unter Inkauf­ nahme vergrößerter Winkellageabweichungen zu steuern und dabei eine Brems­ rampe einzuprägen. Vor allem im Anwendungsfall auf Bogendruckmaschinen eig­ net sich dabei der Einsatz von Synchronmotoren hoher Polpaarzahl; werden diese bei jeweiligen Winkellagegeber-Ausfall voll bestromt, läßt sich bei einer Polpaar­ zahl von 22 eine Lage-Abweichungstoleranz von unter 12 mm erzielen. Die son­ stigen Funktionsteile mit funktionsfähigen Winkellagegebern können einem Bremsbetrieb mit entsprechender Rampenfunktion wie beim Funktionsteil mit ge­ störtem Winkellagegeber unterworfen werden.

Nach einer besonderen Ausbildung besitzt das Leistungselektronikteil des elektri­ schen Antriebssystems neben einer Phasenstromregelung auch eine Lagerege­ lung mit Anschluß an den Winkellagegeber am Elektromotorenläufer oder am zu verschwenkenden oder zu drehenden Funktionsteil. Bei dieser Ausbildung läßt sich das Sicherheitsmodul besonders effektiv dahingehend einsetzen, daß es mit Überwachungsmittel sowohl auf dem Leistungselektronikteil als auch auf der Si­ gnalverabeitungseinheit bei gestörter Kommunikation zwischen diesen oder bei Abschaltmeldung seitens der Signalverarbeitungseinheit über eine Umschaltein­ richtung die Umstellung der Phasenstromregelung auf Lageregelung mit Winkel­ lagegeber und jeweiliger Bremsrampe ohne Leitachse mit hardwaremäßig syn­ chronisiertem Start herbeiführt.

Eine weitere Verwendungsalternative des Sicherheitsmoduls nach der Erfindung geht aus von der Anordnung einer Zwischenkreis-Versorgungseinheit für die Elektromotoren und/oder Leistungselektronikteile. Das Sicherheitsmodul kann zur Analyse und Überwachung der Netz- oder Zwischenkreisspannung eingesetzt werden, wobei entsprechende Sicherheitsfunktionen zweckmäßig vor allem auf der Signalverarbeitungseinheit implementiert sind. In Reaktion auf die Erkennung eines Fehlers wird dann eine generatorische Bremsung gegebenenfalls mit Kon­ densatorpufferung eingeleitet. Letztere ist vorteilhaft wegen Zeitverzögerungen bzw. Zeitbedarfs bei Umschalten auf Betrieb mit Ohmschen Ballastwiderständen. Ferner liefert die Kondensatorpufferung kurz vor Stillstand Energie, um Reibungs­ verluste auszugleichen und ein synchrones Abbremsen zu ermöglichen. Letzteres kann über geeignete Aufteilung der Funktionsteile in einerseits generatorisch und andererseits motorisch betriebene Achsen erfolgen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Diese zeigen jeweils als schematische Funktions- und Blockschaltbilder in

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 mit durch unterschiedliche Schraffuren angedeutete Funktionsbereiche des Sicherheitsmoduls,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 ist das erfindungsgemäße Antriebssystem in einer Bogendruckma­ schine 1 für fünf Farben verwendet. Entsprechend sind fünf Druckwerke 2 je mit einem Plattenzylinder 3, einem Gummizylinder 4 und einem Gegendruckzylinder 5 angeordnet. Zwischen zwei Gegendruckzylindern 5 befindet sich jeweils ein Über­ gabezylinder 6, der dazu dient, die im Anleger 7 aufeinandergestapelten Bögen 8 von einem Druckwerk zum nächsten Druckwerk 2 zu transportieren, bis sie zum Ausleger 9 gelangen. Zur Sicherstellung der Bogenübergabe sind der Gegen­ druckzylinder 5 und der Übergabezylinder 6 jeweils mit Greifelementen 10 verse­ hen (schematisch als Umfangsaussparungen angedeutet). Zur Gewährleistung eines präzisen Bogendrucks hoher Qualität müssen im Übergabezeitpunkt die Greifelemente 10 unterschiedlicher Zylinder bzw. Walzen 5, 6 einander mög­ lichst synchron begegnen bzw. exakt gegenüberliegen. Dabei sind Lageabwei­ chungen von höchstens 5 µm tolerierbar. Bei Störung des Synchronlaufs kommt ferner die Gefahr hinzu, daß die über den Umfang des jeweiligen Zylinders 5, 6 hinausragenden Greifelemente den Umfang des jeweils benachbarten Zylinders beschädigen bzw. mit diesem kollidieren können.

Gemäß Fig. 1 ist jedes der Druckwerke 2 mit einem elektrischen Direktantrieb- Synchronmotor 11 versehen, dessen Läufer direkt und steif mit dem Achsstummel des jeweiligen Gegendruckzylinders 5 verbunden ist. Um eine Lageregelung der Zylinderachsen von hoher Güte zu erreichen, sind hochauflösende Winkellagege­ ber 12 in Form von Sinus/Kosinus-Gebern lastseitig, das heißt die Winkellage des Gegendruckzylinders 5 unmittelbar abtastend angeordnet.

Die Synchronmotoren 11 werden von je einem Leistungselektronikteil 13 ange­ steuert, das aus einem Wechselrichter 14 und einem Regler 15 mit Lichtwellenlei­ ter-Schnittstelle 16 zusammengesetzt ist. Der Regler 15 auf dem Leistungselek­ tronikteil 13 umfaßt zwei Regelungsmodule, nämlich eine digitale Antriebs-/Phasen­ stromregelung mit einem Pulsweiten-Modulationstakt von 8 Kilohertz so­ wie eine Lageregelung mit (nicht gezeichnetem) Anschluß an die Winkellagegeber 12. Beide Regelungsmodule können alternativ aktiviert werden. Der Gleichspan­ nungszwischenkreis wird von zwei Einspeiseeinheiten 17, 17a mit 36 kW bzw. 18 kW versorgt, die mit externen, Ohmschen Ballastwiderständen 18 und einer Po­ wer-Fail-Einrichtung 19 versehen sind. Zwischen den Versorgungseinheiten 17, 17a und den Leistungselektronikteilen 13 ist eine Kondensator- Energiespeichereinheit 20 angeordnet, welche die oben angesprochenen Ener­ gie-Pufferfunktionen ausführt. Die Wechselrichter 14, Regler 15, Versorgungsein­ heiten 17, 17a und die Energiespeichereinheit 20 werden von der Anmelderin be­ reits unter den Typenbezeichnungen BUS 624, BUS 6-E LWL, BUG 623, BUG 622 und BUK auf den Markt gebracht (vgl. Katalog der Firma BAUMÜLLER NÜRNBERG GMBH "Regelbare Antriebssysteme, Steuerungen, Dienstleistungen 1995").

Gemäß Fig. 1 werden die Ausgänge der Winkellagegeber 12 Umsetzerbaugrup­ pen 21 mit je zwei Eingangskanälen zugeführt. Auf diesen Umsetzerbaugruppen kann noch ein Netzteil für die Versorgung des Winkellagegebers 12 untergebracht sein. Wegen weiterer Einzelheiten wird auf das Produkt UMS-APM 02 der Anmel­ derin verwiesen (vgl. Katalog aaO). Zweikanalige Achsperipheriemodule 22 die­ nen der Umsetzung der Lichtwellenleiter-Signale 16 von den Leistungselektronik­ teilen 13 und der Signale aus den Umsetzerbaugruppen 21 in Digitalsignale für das Kommunikations- und BUS-System 23. An dieses ist gleichsam als Sternmit­ telpunkt eine digitale Signalverarbeitungseinheit 24 angelegt, in der eine Software zur Mehrachsregelung implementiert ist. Diese ist zur entkoppelten Motorführung der hochpoligen Synchronmaschinen 11 mit Permanenterregung ausgelegt. Mit der Software erfolgt eine simultane Sollwertgenerierung nach dem Konzept der Lagesteuerung mit Umfangsregister. Wegen weiterer Einzelheiten wird auf die Produkte der Anmelderin APM-02, DSP-C30 und PSB 03 (vgl. Katalog aaO) so­ wie deren Offenlegungsschrift DE 43 22 744 A1 und Prospekt "Direktantriebstechnik" vom September 1994 verwiesen. Das letztgenannte Pro­ dukt bildet eine Stromversorgungseinrichtung 25, die entweder von einem Gleichstrom-Netzteil 26 oder einer Batterie 27 gespeist wird. Zur Umschaltung zwischen diesen beiden Gleichstrom-Versorgungsalternativen dient ein beispiels­ weise nach dem Ruhestromprinzip arbeitender Umschalter 28, der bei mangeln­ dem Stromfluß aus dem Netzteil 26 abfällt und dabei die Batterie 27 sowohl an die Stromversorgungseinheit 25 als an die Versorgungseinheiten 17, 17a herbeiführt.

Gemäß Fig. 2 ist das Sicherheitsmodul in mehrere Überwachungs- und Reakti­ onsbereiche untergliedert, die durch unterschiedliche Schraffuren LA ("Leitachse"), SM ("gesteuerte Synchronmaschine"), OL ("dezentrale Regler ohne Leitachsen"), BA ("Umschaltung auf Batterie") und GB ("Umschaltung auf Genera­ torische Bremsung") markiert sind.

Mit seinem Bereich LA erfaßt das Sicherheitsmodul Störungen, Fehler und Ausfäl­ le der Zylinder 3, 4, 5, 6 im Wirkungsbereich eines Druckwerks 2, des Synchron­ motors 11 und im Leistungselektronikteil 13. Der Übersichtlichkeit halber ist in die Fig. 2 nur eines der fünf Druckwerke mit dem Funktionsbereich LA des Sicher­ heitsmoduls markiert. Die Fehlererkennung läßt sich in diesem Funktionsbereich vor allem durch Vergleich der Winkellagen aller Achsen in der Signalverarbei­ tungseinheit 24 bewerkstelligen. Als Reaktion bzw. Sicherheitsmaßnahme wird die gestörte Achse zur Leit-Achse von der Signalverarbeitungseinheit 24 deklariert, welche das Auslaufen und Abschalten auch aller sonstigen Achsen der Leitachse entsprechend bestimmt.

Der Funktionsbereich SM des Sicherheitsmoduls erfaßt Störungen, Fehler und Ausfälle im Zusammenhang mit dem Winkellagegeber 12, dem Umsetzer 21 und dem Achseperipheriemodul 22 als Geberkanal. Die Fehlererkennung kann über Fehlermeldungen des Winkellagegebers 12 oder Geberauswertungen in der Si­ gnalverarbeitungseinheit 24 erfolgen. Gemäß Fig. 2 wird als Sicherheitsmaßnah­ me auf die weitere Geberauswertung verzichtet und der Synchronmotor 11 der gestörten Achse nur noch im Steuerungsverfahren mit gleichsam aufgeschnittener Regelschleife betrieben. Alle übrigen Synchronmotoren werden entsprechend ei­ ner Rampenfunktion geregelt gebremst.

Der Sicherheits-Funktionsbereich OL bezieht sich auf Fehler in der Signalverarbei­ tungseinheit 24 oder dessen Stromversorgungseinheit 25. Dies läßt sich über an sich bekannte time-out-Funktionen im Zusammenhang mit dem BUS-System 23 und Überwachungsmitteln auf den Leistungselektronikteilen 13 erkennen. Auch wenn das BUS-System 23 gestört ist und Mehrfach-Geberfehler erzeugt, kann eine Abschaltung des Signalverarbeitungseinheit 24 implementiert sein. Als ent­ sprechende Sicherheitsmaßnahme ist dann das Umschalten der Regler 15 auf dem jeweiligen Leistungselektronikteil 13 vom Phasenstrom-Regelungsbetrieb auf dezentralen Lageregelungsbetrieb unter Verwertung der Signale der Winkellage­ geber 12 vorgesehen. Dabei wird für die jeweiligen Gegendruckzylinder 5 - ähn­ lich wie bei der obigen Reaktion SM (gesteuerte Synchronmaschine) - eine Bremsrampe realisiert, allerdings dezentral und mit einem hardwaremäßig syn­ chronisiertem Start für die einzelnen Antriebseinheiten.

Treten Störungen, Fehler und Ausfälle im Netzanschluß der Versorgungseinheiten 17, 17a auf, geben darauf angelegte Überwachungsmittel Fehlermeldungen für Power-Fail oder aufgrund Selbstdiagnose ab, oder erkennt die Signalverarbei­ tungseinheit 24 Unregelmäßigkeiten in der Zwischenkreisspannung aus den Ver­ sorgungseinheiten 17, 17a, wird der Sicherheitsfunktionsbereich GB mit Einleitung einer generatorischen Bremsung aktiv. Diese kann eventuell mit Kondensatorpuf­ ferung über die Energiespeichereinheit 20 erfolgen.

Der Sicherheitsfunktionsbereich BA wird aktiv, wenn die beispielsweise 24 Volt Ausgangsspannung des Netzteils 26 ausfallen oder fehlerhaft sind, was durch den oben genannten, speziell zur Überwachung ausgelegten Umschalter 28 erkannt werden kann. Dieser legt dann selbsttätig die bereitstehende Batterie 27 an die Versorgungseinheiten 17, 17a und die Stromversorgungseinheit 25.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 unterscheidet sich von dem vorherigen da­ durch, daß zusätzlich zu den ersten Winkellagegebern 12 für jedes Druckwerk 2 zweite, redundante Winkellagegeber 12a angeordnet sind. Infolgedessen kann bei Ausfall eines ersten Winkellagegebers 12 auf Betrieb mit dem zweiten Winkella­ gegeber 12a umgeschaltet werden, wie durch den Funktions- und Sicherheitsbe­ reich 2G des Sicherheitsmoduls angedeutet. Da dieser dann den vorher erläuter­ ten Bereich SM ("gesteuerte Synchronmaschine") ersetzt, ist für die beiden Berei­ che bzw. Sicherheitsmaßnahmen 2G, SM die gleiche Schraffur verwendet wor­ den. Allerdings erfordert die Sicherheitsfunktion "zweiter Geber" 2G einen erhöh­ ten Hardware-Aufwand in Form zusätzlicher Kanäle in nach der Konfiguration ge­ mäß Fig. 1 und 2 bereits vorhandenen Umsetzern 21 und Achsperipheriemodulen 22 sowie zusätzlichen Umsetzern 21a und Achsperipheriemodulen 22a, welche dem Anschluß der redundanten Winkellagegeber 12a an das BUS-System 23 dienen. Dieses ist vom im Fall der Fig. 3 entsprechend erstreckten Funktionsbe­ reich OL des Sicherheitsmoduls überwacht.

Die Funktionsbereiche LA, SM/2G des Sicherheitsmoduls sind der Anschaulich­ keit halber nur für ein einziges Druckwerk 2 gezeichnet, sind aber funktionsgleich auch auf die anderen Druckwerke zu übertragen.

In den nachfolgenden Tabellen ist die Funktionsweise der Erfindung noch weiter veranschaulicht, wobei die Positionsnummern der ersten beiden Tabellen in der Tabelle 3 entsprechend verwendet sind. Ist Kollisionsschutz in der Tabelle 3, rechte äußere Spalte, bejaht, laufen die jeweils benachbarten Gegendruck- und Übergabezylinder 5, 6 zueinander so ausreichend synchron, daß eine Kollision im Zusammenhang mit den Greifelementen 10 nicht zu befürchten ist.

Tabelle 1 - Fehlererkennungsmatrix und Reaktionsmatrix

Tabelle 2 - Reaktionsmatrix

Tabelle 3 - Fehlerursachen- und -behebungsmatrix

Claims (24)

1. Elektrisches Antriebssystem zur Verstellung von einem oder mehreren dreh- und/oder verschwenkbaren Funktionsteilen von Geräten und Maschi­ nen, insbesondere von Zylindern (3, 4, 5, 6) oder Walzen von Bogendruck­ maschinen (1), in ihrer Winkellage oder -geschwindigkeit, mit einem oder mehreren Elektromotoren (11), die mit einem jeweils zugeordneten Funkti­ onsteil (5) verbunden sind, mit einem oder mehreren Leistungselektroniktei­ len (13), die ausgangsseitig mit je einem Elektromotor (11) zu dessen An­ steuerung verbunden sind, und mit wenigstens einer Signalverarbeitungs­ einheit (24), die zur Aufnahme von Leit-, Steuer-, Soll- und/oder Winkella­ ge- oder Winkelgeschwindigkeits-Signalen von etwaigen Winkellagegebern (12) an den Funktionsteilen (5) oder Läufern der Elektromotoren (11) aus­ gebildet und mit dem oder den jeweiligen Leistungselektronikteilen (13) zu deren steuerungs- oder regelungstechnischen Kontrolle verbunden ist, ge­ kennzeichnet durch ein Sicherheitsmodul (LA, SM, 2G, OL, BA, GB), das zum Zugriff wenigstens auf Signale im Bereich der Funktionsteile (5), der Elek­ tromotoren (11), der Leistungselektronikteile (13), der Signalverarbeitungs­ einheit (24) und/oder eines Netzteiles (26) und zu deren Vergleich oder Auswertung auf Plausibilität ausgebildet ist und eine oder mehrere Schnitt­ stellen (16, 21, 22) oder Kommunikationsmittel insbesondere in Form eines Bussystems (23) zur Ausgabe erzeugter Fehlermeldesignale aufweist.

2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Si­ cherheitsmodul (LA, SM, 2G, OL, BA, GB) ganz oder teilweise in der Signal­ verarbeitungseinheit (24), im Leistungselektronikteil (13) und/oder im oder am Netzteil (26) angelegt ist.

3. Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signal­ verarbeitungseinheit (24) über ein Bussystem (23) und/oder periphere Schnittstellen (16, 21, 22) Zugriff auf Signale der Leistungselektronikteile (13) und/oder etwaige Winkellage- oder Winkelgeschwindigkeitssignale der Elektromotoren (11) oder Funktionsteile (5) hat.

4. Antriebssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherheitsmodul (LA, SM, 2G, OL, BA, GB) für ein oder mehrere Funkti­ onsteile (5) und/oder Elektromotorenläufer zueinander redundant angeord­ nete Winkellagegeber (12, 12a) umfaßt.

5. Antriebssystem nach Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bussystem (23) mit peripheren Schnittstellen (21a, 22a) verbunden ist, die den redundanten Winkellagegebern (12a) zugeordnet sind.

6. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Leistungse­ lektronikteil (13) einen Stromregler (15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen des Sicherheitsmoduls (LA, SM, 2G, OL, BA, GB) das Lei­ stungselektronikteil (13) zusätzlich mit einem Winkellage- und/oder Winkel­ geschwindigkeits-Regler (15), der über eine Schnittstelle mit einem Winkel­ lagegeber (12) am Elektromotorläufer oder Funktionsteil (5) verbunden ist, und mit einem Umschaltmittel ausgebildet ist, das vom Sicherheitsmodul (LA, SM, 2G, OL, BA, GB) zum Umstellen zwischen Strom- und Lageregelung (15) aktivierbar ist.

7. Antriebssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Si­ cherheitsmodul (LA, SM, 2G, OL, BA, GB) auf dem Leistungselektronikteil (13) implementierte Überwachungsmittel (OL) aufweist, die zur Fehlererkennung in der Kommunikation mit der Signalverarbeitungseinheit (24) ausgebildet sind und das Umschaltmittel aktivieren.

8. Antriebssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Zwi­ schenkreis-Versorgungseinheit (17, 17a) für die Elektromotoren und/oder Leistungselektronikteile (13), dadurch gekennzeichnet, daß das Sicher­ heitsmodul (LA, SM, 2G, OL, BA, GB) auf der Versorgungs- und/oder Signal­ verarbeitungseinheit (17, 17a, 24) implementierte Überwachungsmittel (GB) für Netz- und/oder Zwischenkreisüberwachung aufweist, die mit der Signal­ verarbeitungs- beziehungsweise der Versorgungseinheit (24, 17, 17a) kom­ munizieren.

9. Antriebssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ver­ sorgungseinheit (17, 17a) einerseits und dem oder den Leistungselektronik­ teilen (13) andererseits eine Energiespeichereinheit (20) zur Zwischenpuffe­ rung von beispielsweise generatorischer Bremsenergie zwischengeschaltet ist.

10. Antriebssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Zwi­ schenkreis-Versorgungseinheit (17, 17a) für die Elektromotoren (11) und/oder Leistungselektronikteile (13) und mit einem damit verbundenen, Gleichstrom ausgebenden Netzteil (26), gekennzeichnet durch eine redun­ dant zum Netzteil (26) angeordnete Not-Batterie (27) und einen vorzugs­ weise automatischen beziehungsweise selbsttätigen Umschalter (28) zwi­ schen Netzteil (26) und Batterie (27).

11. Antriebssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Sicherheitsmodul (LA, SM, 2G, OL, BA, GB) drei Sub­ module vorzugsweise in Baum-, Tabellen- oder Matrixform aufweist, die zur Fehlererkennung beziehungsweise -diagnose, zur Reaktionsentscheidung je nach Fehlerart und -größe und zum Vollzug entsprechender Sicherheits­ maßnahmen ausgebildet und logisch beziehungsweise funktionell in der genannten Reihenfolge hintereinandergeschaltet sind.

12. Verwendung des Sicherheitsmoduls (LA, SM, 2G, OL, BA, GB) im Antriebssy­ stem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkellagen oder -geschwindigkeiten aller Funktionsteile (5) einem Plausibilitätsvergleich unterworfen und gegebenenfalls das gestörte Funkti­ onsteil identifiziert und gemeldet wird.

13. Verwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß vom gestör­ ten Funktionsteil (5) oder dessen Winkellage oder -geschwindigkeit Leit- oder Sollwerte für die Winkellagen oder -geschwindigkeiten der nicht ge­ störten Funktionsteile (5) abgeleitet und zur Nachführung, Nachsteuerung, Nachregelung und/oder zum Synchronisieren der nicht gestörten Funktion­ steile verwendet werden.

14. Verwendung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das gestörte Funktionsteil (5) abgeschaltet und so zum Auslaufen gebracht wird.

15. Verwendung des Sicherheitsmoduls (LA, SM, 2G, OL, BA, GB) im Antriebssy­ stem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei Winkellagegeber (12, 12a) zur Aufnahme der Winkellage und/oder -geschwindigkeit des Funktionsteils (5) und/oder Elektromotorenläufers und deren Übertragung an die Signal­ verarbeitungseinheit (24) eingesetzt werden, gegebenenfalls kombiniert mit der Verwendung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein oder mehrere Ausgänge der Winkellagegeber (12, 12a), gegebenenfalls auch die der redundanten Winkellagegeber (12a), einem Plausibilitätsvergleich unterworfen und gegebenenfalls der gestörte Winkel­ lagegeber identifiziert und gemeldet wird.

16. Verwendung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils auf der Basis einer Rampenfunktion das Funktionsteil (5) des gestörten Winkel­ lagegebers (12) gesteuert gebremst und die sonstigen Funktionsteile (5) geregelt gebremst werden.

17. Verwendung nach Anspruch 15 in einem Antriebssystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß für den weiteren Betrieb die Aus­ gangssignale des zum gestörten Winkellagegeber (12 bzw. 12a) redundant angeordneten Winkellagegebers (12a bzw. 12) verarbeitet werden.

18. Verwendung des Sicherheitsmoduls (LA, SM, 2G, OL, BA, GB) im Antriebssy­ stem nach Anspruch 7, gegebenenfalls kombiniert mit der Verwendung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß dessen Überwachungsmittel (OL) dem Leistungselektronikteil (13), dem Bussystem (23) und/oder der Signalverarbeitungseinheit (24) bei gestörter Kommuni­ kation mit Abschaltung von der Signalverarbeitungseinheit (24) und der Umstellung des Leistungselektronikteils (13) von Strom- auf Winkellage- und/oder Winkelgeschwindigkeits-Regelbetrieb (15) dient.

19. Verwendung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen des Lageregelbetriebs das oder die Funktionsteile entsprechend einer Rampenfunktion gebremst beziehungsweise in Stillstand versetzt werden, wobei mehrere Winkellage- und/oder Winkelgeschwindigkeits-Regler (15) mit einer gemeinsamen Triggereinrichtung (29) zum synchronisierten Start verbunden sind.

20. Verwendung des Sicherheitsmoduls (LA, SM, 2G, OL, BA, GB) im Antriebssy­ stem nach Anspruch 8 oder 9, gegebenenfalls kombiniert mit der Verwen­ dung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß bei Fehlererkennung in der Netz- oder Zwischenkreisspannung über die Si­ gnalverarbeitungseinheit (24) ein synchronisierter generatorischer Brems­ vorgang für alle Funktionsteile (5) eingeleitet wird.

21. Verwendung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebe der Funktionsteile (5) im Generatorbremsbetrieb und gegebenenfalls im Motorbetrieb derart geregelt werden, daß die Synchronisation der Funkti­ onsteile (5) beibehalten wird.

22. Offset-Bogendruckmaschine (1) mit mehreren Druckwerken (2), die je aus einem Platten-, Gummituch-, Gegendruck- und Übergabezylinder (3, 4, 5, 6) bestehen, versehen mit einem elektrischen Antriebssystem insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einzig einer dieser Zylinder (5) mit Elektromotorenläufer direkt verbunden, und die sonstigen Zylinder über mechanische Kopplungen angetrieben sind.

23. Maschine nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch mit dem Antriebssy­ stem zur Lage- und/oder Geschwindigkeitsregelung (24) gekoppelte Win­ kellagegeber (12, 12a) an dem oder den angetriebenen Zylindern (3, 4, 5, 6).

24. Maschine nach Anspruch 22 oder 23, gekennzeichnet durch die Verwen­ dung von Synchronmotoren als Elektromotoren (11) mit hoher Polpaarzahl.