DE20117222U1

DE20117222U1 - Produktionsmaschine mit einem Antriebsverband bestehend aus Antriebssektionen

Info

Publication number: DE20117222U1
Application number: DE20117222U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2001-10-24
Filing date: 2001-10-24
Publication date: 2002-01-17
Anticipated expiration: 2011-10-25

Description

Produktionsitiaschine mit einem Antriebsverband bestehend aus Antriebssektionen
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Produktionsmaschine mit einem Antriebsverband bestehend aus Antriebssektionen, die aus mindestens einem elektrischen, über einen Umrichter gespeisten und einer Antriebssteuerung und/oder -regelung zugeordneten Antrieb bestehen, wobei jede Antriebssektion Mittel zur Erfassung mindestens einer Gefahrensituation oder Mittel zur Erfassung von unerlaubten Betriebszuständen aufweist, die im Falle einer erkannten Gefahrensituation oder eines unerlaubten Zustands eine Maschinensicherungsmaßnahme jeweils eigenständig oder über die Antriebssteuerung und/oder -regelung herbeiführen.

Beim Einsatz von elektrischen Antrieben in Produktionsmaschinen in der industriellen Automatisierungstechnik, wird ein möglichst hoher Schutz von Mensch und Maschine angestrebt. So werden beispielsweise Schutzzonen um Produktionsmaschinen errichtet, um bedrohliche Gefahrensituationen zu erkennen und zu vermeiden. Beim Betreten durch Personen oder auch beim Hineinragen von Gegenständen in diese Schutzzonen während des Betriebs der Produktionsmaschine wird dies üblicherweise detektiert. Die Produktionsmaschine kann nun in den Zustand des "sicheren Halts" gebracht werden. Mit dem Ausdruck "sicher" soll dabei zum Ausdruck gebracht werden, dass die jeweiligen, landesspezifischen Sicherheitsanforderungen erfüllt werden.

In der deutschen Patentanmeldung 100 59 173.6 ist bereits vorgeschlagen worden, Funktionen für eine Antriebssteuerung zur Erreichung eines "sicheren Halts" zu implementieren.

Im Fehler- oder Gefährdungsfall wird die Produktionsmaschine üblicherweise vom Versorgungsnetz genommen, um eine Gefährdung von Mensch und Maschine zu vermeiden. Die Antriebe der

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Produktionsmaschine werden mit Hilfe einer sogenannten Ankerkurzschlussbremsung zum Stillstand gebracht, um dann sämtliche Antriebe vom Versorgungsnetz zu nehmen. Eine Variante einer solchen Ankerkurzschlussbremsung ist aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 742 637 bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, Gefahrensituation bei Produktionsmaschinen mit mehreren Sicherheitsbereichen, selektiv zu erfassen und die jeweils betroffenen Sektionen in einen sicheren Zustand zu bringen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe für eine Produktionsmaschine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Antriebssteuerung und/oder die Mittel mindestens eine Maschinensicherungsmaßnahme in durch die Gefahrensituation oder den unerlaubten Zustand betroffenen Antriebssektionen durchführen. Dadurch kann die Produktionsmaschine selektiv die betroffene Antriebssektion in einen sicheren Zustand bringen. Vorteilhaft wirkt sich hier zudem aus, dass nach Behebung des Fehlerzustands nur die jeweilige Antriebssektion zur Fortführung des Produktionsprozesses ertüchtigt werden muss. Da üblicherweise die gesamte Produktionsmaschine mittels pro Antriebsachsen installierten Lastschützen vom Versorgungsnetz getrennt wird, muss nach einem Fehlerfall auch die gesamte Anlage wieder in Betrieb gesetzt werden. Mit der vorliegenden Erfindung kann die Hochfahrzeit zum in Betrieb setzen auf ein Minimum reduziert werden. Des Weiteren werden die Maßnahmen zur Erreichung eines sicheren Halts pro Antriebssektion in der Antriebssteuerung bzw. den Antriebssteuerungen verknüpft.

Somit genügt die Installierung eines Netzschützes für die gesamte Produktionsmaschine. Dieses reduziert die Kosten für Material und Einbau im Schaltschrank der Produktionsmaschine und somit auch den Gesamtpreis für die Antriebsausrüstung. Ein platzsparender Aufbau mit reduzierter Schaltschranklänge und demzufolge eine kürzere Maschinenlänge ist die Folge.

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Eine erste vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass als eine Maschinensicherungsmaßnahme in der jeweils betroffenen Antriebssektion die durch die Antriebe bewegten Maschinenteile abgebremst oder in eine vorab definierte Position fahrbar sind. Damit kann eine Person im Gefahrenbereich davon ausgehen, dass die Produktionsmaschine nach einer definierten Zeitspanne zum Stillstand gebracht ist oder sich die bewegten Maschinenteile in einer definierten Position befinden.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass als eine Maschinensicherungsmaßnahme die wirksame Zuführung von Ansteuersignalen an die Umrichter in der jeweils betroffenen Antriebssektion durch hierzu geeignete Mittel unterbindbar ist. Damit ist gewährleistet, dass die Leistungshalbleiterschalter (z.B. IGBTs) des elektrischen Antriebs keine weiteren Ansteuersignale erhalten. Der Stillstand eines zugehörigen Motors des Antriebs bleibt dadurch vorteilhaft gewährleistet.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass als eine Maschinensicherungsmaßnahme nach einem sicheren Halt von betroffenen Antrieben einer Antriebssektion die Sperrung von Ansteuersignalen der Umrichter erfolgt. Hierdurch wird mittels einer zweistufigen Sicherungsmaßnahme das Wiederanfahren eines Antriebs unterbunden .

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass durch ein Hauptschütz die Energieversorgung des Antriebsverbands ab- und zuschaltbar ist. Somit kann vorteilhaft durch ein Hauptschütz die gesamte Produktionsmaschine von der Energieversorgung getrennt werden. Dieses ist beispielsweise beim Fehlschlagen von vorgeschalteten Sicherungsmaßnahmen vorteilhaft.

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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Fehlerfall in der wirksamen Unterbindung von Ansteuersignalen das Hauptschütz die Energieversorgung des Antriebsverbands trennt. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Energieversorgung der gesamten Produktionsmaschine erst vom Versorgungsnetz genommen wird, wenn die wirksame Unterbindung von Ansteuersignalen nicht erfolgen kann.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung durch das Hauptschütz nach einer vordefinierbaren Zeitspanne erfolgt. Dadurch kann vorteilhaft ein Zeitfenster vorgegeben werden, in dem eine bestimmte oder mehrere Maßnahmen zur Maschinensicherung eingeleitet sein müssen. Erfolgt dies nicht, so wird beispielsweise durch das Hauptschütz die Energieversorgung getrennt.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass als Produktionsmaschine eine Kunststoffspritzgießmaschine einsetzbar ist. Insbesondere bei Kunststoffspritzgießmaschinen bietet es sich an, mehrere Antriebssektionen auszubilden, die jeweils bei Auftreten einer Gefahrensituation oder eines unerlaubten Zustands eine Maschinensicherungsmaßnahme durchführen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Dabei zeigen:

FIG 1 einen schematischen Aufbau eines Antriebsverbands einer

Produktionsmaschine und
FIG 2 einen von mehreren Umrichtern in einem Antriebsverband einer Produktionsmaschine mit symbolhaft dargestellten Mitteln zu Maschinensicherung.

In der Darstellung gemäß FIG 1 ist ein schematischer Aufbau eines Antriebsverbands AV einer Produktionsmaschine darge-

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stellt. Der Antriebsverband AV besteht dabei aus drei Antriebssektionen ASl bis AS3, wobei diese jeweils durch gestrichelte Rechtecke dargestellt sind, die wiederum durch ein den Antriebsverband AV darstellendes, gestricheltes Rechteck umgeben sind. Weitere Antriebssektionen ASl bis AS3 können in der Produktionsmaschine vorhanden sein und sind durch drei vertikal angeordnete Punkte unter der Antriebssektion AS3 angedeutet.

Jede Antriebssektion ASl bis AS3 besteht aus mindestens einem elektrischen Antrieb A. Dieser beinhaltet mindestens eine Komponente Leistungselektronik LE und Motor M. Die Antriebe A einer Antriebssektion ASl bis AS3 sind untereinander mit einem Antriebsbus AB zum Datenaustausch verbunden. Die Antriebssektionen ASl bis AS3 sind dabei mindestens einer Antriebssteuerung und/oder -regelung STl bis ST3 ebenfalls über einen Antriebsbus AB zugeordnet. Die Antriebssteuerungen STl bis ST3 können ebenfalls untereinander mittels einer Datenverbindung D kommunizieren.

Durch ein Kennsignal Kl bis K3 wird eine Maschinensicherungsmaßnahme in mindestens einer Antriebssektion ASl bis AS3 ausgelöst. Dieses wird durch einen Antrieb A an die Antriebssteuerung und/oder -regelung STl bis ST3 über den Antriebsbus AB gemeldet. Weitere indirekte oder direkte Meldepfade sind auch ausführbar. Das Kennsignal Kl bis K3 kann beispielsweise durch Rückmeldekontakte RKl bis RKn von Sicherheitsrelais ausgelöst werden. Diese können beispielsweise Überwachungsfunktionen in Schutztüren, Lichtschrankenüberwachungen, Schutzhauben etc. übernehmen.

Wird beispielsweise das Kennsignal K2 ausgelöst, so wird der Antrieb A in der Antriebssektion AS2 in einen sicheren Zustand gebracht. Dies kann bedeuten, dass mit der Leistungselektronik LE eine Ankerkurzschlussbremsung des Motors M durchgeführt wird, bevor ein sicherer Halt des Motors M eingeleitet wird. Weitere Schutzmaßnahmen und -mechanismen, wie

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beispielsweise das Abschalten gefährlicher Spannung, das mechanische Verriegeln von weiteren Schutztüren usw. können Bestandteil eines Konzepts zur Sicherung der Antriebssektion AS2 sein.
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Eine Person, die das Kennsignal K2 beispielsweise durch Öffnen einer Schutztür und damit verbunden das Ansprechen eines elektrischen Kontakts ausgelöst hat, kann nun gefahrlos im Schutzraum der Antriebssektion AS2 verbleiben. Vorteilhaft ist, dass nicht die gesamte Produktionsmaschine vom Versorgungsnetz N genommen wird, sondern es wird selektiv mindestens eine Schutzmaßnahme in der betroffenen Antriebssektion ASl bis AS3 durchgeführt. Würde die gesamte Produktionsmaschine aufgrund eines Fehlerzustands hervorgerufen durch eine Gefahrensituation oder eines unerlaubten Zustands in einer Antriebssektion ASl bis AS3 vom Versorgungsnetz N genommen, so müsste nach Behebung des jeweiligen Zustands die gesamte Anlage zeitaufwendig wieder hochgefahren werden. Hierzu gehören üblicherweise Antriebsinitialisierungen, Steuerungsselbsttest und gegebenenfalls noch Bedienereingaben. Dieses ist aufwendig und kostet wertvolle Produktionszeit. Mit der vorliegenden Erfindung werden nur betroffene Antriebssektionen ASl bis AS3 mit Maschinensicherungsmaßnahmen beaufschlagt.

In der Darstellung gemäß FIG 2 ist ein Umrichter U in einem Antriebsverband AV einer Produktionsmaschine dargestellt. Der Umrichter U, der aus den Komponenten Ein- und/oder Rückspeiseeinheit ER, Zwischenkreis Z und der Leistungselektronik LE besteht, ist in der Darstellung durch ein um diese, mit typischen Symbolen versehenen Komponenten angeordnetes Rechteck gekennzeichnet, welches eine gestrichelte Umrandung aufweist.

Der Umrichter U bezieht seine Versorgungsenergie aus dem Versorgungsnetz N. Um die gesamte Produktionsmaschine vom Netz N zu trennen, ist hierzu ein Hauptschütz H zwischengeschaltet. An der Energieversorgung sind nach dem Hauptschütz H weitere

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Umrichter U oder weitere Wechselrichter (Leistungselektronik LE) nach dem Zwischenkreis ZK der gleichen oder einer anderen Antriebssektion ASl bis AS3 angeschlossen. Dieses ist durch eine horizontal verlaufende, gestrichelt auslaufende Linie gekennzeichnet, die zwischen den Komponenten Zwischenkreis ZK und Leistungselektronik LE verläuft. Des Weiteren kann eine nicht in der Darstellung eingezeichnete Widerstandseinheit vorhanden sein, die beispielsweise bei einem Bremsvorgang Antriebsenergie in Verlustwärme umwandeln kann.

Eine Versorgungsspannung V gelangt über Relaiskontakte RKl bis RKn an die Impulssperre I. Die Relaiskontakte RKl bis RKn repräsentieren dabei jeweils Sicherungsmaßnahmen bzw. -detektoren von einer Antriebssektion ASl bis AS3. Ist beispielsweise der Relaiskontakt RKl einer Sicherheitstür zugeordnet, so wird beim Öffnen dieser der Relaiskontakt RKl ebenso geöffnet. Die Versorgungsspannung V gelangt somit nicht mehr zur Impulssperre I und löst damit einen Sicherungsmechanismus aus. Die Impulssperre I meldet diesen Zustand an die Antriebssteuerung und/oder -regelung ST3, die wiederum eine Verbindung zum Ansteuerkreis AK besitzt. Durch die Antriebssteuerung ST3 wird nun über den Ansteuerkreis AK eine Ankerkurzschlussbremsung ausgelöst. Der Ansteuerkreis AK gibt hierzu erforderliche Ansteuersignale an die Leistungselektronik LE, die den Motor M abbremst. Nach erfolgtem Halt des Motors M sperrt die Impulssperre I sämtliche Signale, so dass die Leistungselektronik LE keine Antriebsenergie zum Motor M durchlässt. Des Weiteren startet die Impulssperre I ein Zeitglied Z, welches nach einer vordefinierbaren Zeitspanne das Hauptschütz H abfallen lässt. Dazu wird die Energieversorgung der Spule S getrennt, so dass die Hauptschützkontakte HK die Energieversorgung zu den Umrichtern U trennen.

Erfolgt vom Ansteuerkreis AK rechtzeitig eine Rückmeldung, dass die Impulssperre wie angefordert durchgeführt wurde, so kann der Steuerungsblock Impulssperre I das Zeitglied Z deaktivieren. In diesem Fall besteht keine Notwendigkeit das

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Hauptschütz H abfallen zu lassen und die Energieversorgung von den Umrichtern U zu nehmen.

Die Antriebssteuerungen STl bis ST3 führen Maschinensicherungsmaßnahmen in den jeweiligen Antriebssektionen ASl bis AS3 durch. Es ist auch denkbar, dass die Relaiskontakte RKl bis RKn direkt Sicherungsmaßnahmen einleiten. Hierzu kann
beispielsweise das Auslösen einer mechanischen Bremse für einen Motor M gehören.

Mit dem erfindungsgemäßen, selektiven Sicherheitskonzept für eine Produktionsmaschine wird nur im äußersten Notfall die Energieversorgung des Versorgungsnetzes N durch ein Hauptschütz H von der Produktionsmaschine getrennt.

Claims

1. Produktionsmaschine mit einem Antriebsverband bestehend aus Antriebssektionen, die aus mindestens einem elektrischen, über einen Umrichter gespeisten und einer Antriebssteuerung und/oder -regelung zugeordneten Antrieb bestehen, wobei jede Antriebssektion Mittel zur Erfassung mindestens einer Gefahrensituation oder Mittel zur Erfassung von unerlaubten Betriebszuständen aufweist, die im Falle einer erkannten Gefahrensituation oder eines unerlaubten Zustands eine Maschinensicherungsmaßnahme jeweils eigenständig oder über die Antriebssteuerung und/oder -regelung herbeiführen, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebssteuerung (ST1-ST3) und/oder die Mittel mindestens eine Maschinensicherungsmaßnahme in durch die Gefahrensituation oder den unerlaubten Zustand betroffenen Antriebssektionen (AS1-AS3) durchführen.

2. Produktionsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als eine Maschinensicherungsmaßnahme in der jeweils betroffenen Antriebssektion (AS1-AS3) die durch die Antriebe (A) bewegten Maschinenteile abgebremst oder in eine vorab definierte Position fahrbar sind.

3. Produktionsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als eine Maschinensicherungsmaßnahme die wirksame Zuführung von Ansteuersignalen an die Umrichter (U) in der jeweils betroffenen Antriebssektion (AS1-AS3) durch hierzu geeignete Mittel (I) unterbindbar ist.

4. Produktionsmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als eine Maschinensicherungsmaßnahme nach einem sicheren Halt von betroffenen Antrieben (A) einer Antriebssektion (AS1-AS3) die Sperrung von Ansteuersignalen der Umrichter (U) erfolgt.

5. Produktionsmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch ein Hauptschütz (H) die Energieversorgung des Antriebsverbands (AV) ab- und zuschaltbar ist.

6. Produktionsmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Fehlerfall in der wirksamen Unterbindung von Ansteuersignalen (I) das Hauptschütz (H) die Energieversorgung des Antriebsverbands (AV) trennt.

7. Produktionsmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung durch das Hauptschütz (H) nach einer vordefinierbaren Zeitspanne (Z) erfolgt.

6. Produktionsmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Produktionsmaschine eine Kunststoffspritzgießmaschine einsetzbar ist.