专利名称：用于安全运行设备的配置结构、模块及方法
技术领域：
本发明涉及用于安全运行设备的配置结构、模块及方法。
背景技术：
在起升机构/提升装置提升负载时通常存在这样的风险被提升的负载 可能由于技术故障或者机械故障而不受控制地下降。因而对位于其下方的 人员或物品造成危险。
DE 31 37 523公开了 一种起升机构，其中 一旦超过最大速度便停止负 载的下降。为此在盘绳筒上设置了止动棘爪， 一旦达到预先选择的最大速 度，所述止动棘爪便由于其惯性而使滚筒停止。
所述纯机械作用的安全装置非常突然地对下降的负载进行制动并且仅 能通过成本较高的措施对所发生的状况进行处理。
DE 38 38 058公开了一种电机驱动的盘绳筒的安全控制措施。在此， 在驱动侧借助脉冲发生器确定驱动电机的转速，而在从动侧也通过脉冲发 生器确定盘绳筒的转速。由逻辑电路比较所述两个脉冲发生器信号。如果 两个脉冲发生器的信号之间出现不一致性，则控制电路触发一阻止负载不 受控制地下降的制动器。
此外，所述起升机构用于电网驱动所使用的电机。未设置用于使负载 平稳地到达限定位置的平緩启动或緩慢制动。
DE卯13 918 Ul公开了 一种起升机构，根据(该文献的)附图1其中 仅设有一单个电机35，在所述电机35失效时便不能再继续运行。根据(该 文献的)附图2设有一个能量源53，其向两个并联的电机供电，检测这两 个电机的相应电机电流并且由监视装置49a比较所述两个电机电流，其中，在确定差异之后激活所有电机的安全制动器。在此不检测转速。
发明内容
本发明的目的在于提高设备的安全性。
根据本发明，所述目的由具有权利要求l中所述特征的配置结构、具
有权利要求10中所述特征的模块以及具有权利要求12中所述特征的方法 来实现。
在用于安全运行起升机构一一尤其是速度可控的起升机构一一的配置 结构方面，本发明的重要特征在于，由一包括调节单元的、单个的变换器
向至少两个驱动装置供电；其中，每个驱动装置具有一电机、 一制动器以 及相应的至少一个用于检测所述驱动装置的物理状态量的传感器一一尤其 是角度传感器；其中，所述驱动装置的传感器的传感器信号被输入所述调 节单元；其中，所述驱动装置的电机是并联的，用于检测所述变换器的输
出电流的单元与所述变换器的调节单元相连接；其中，所述各驱动装置彼 此机械连接成，使得在一个驱动装置失效时其它并联的驱动装置负责产生 转矩；其中，第一驱动装置的传感器信号和其它驱动装置的传感器信号还 被传输到一模块，该模块包含用于分析所述传感器信号以产生一输出信号 的单元；其中，所述变换器包括一用于产生制动器驱控信号的单元；其中， 所述输出信号和所述制动器驱控信号被输入一 能^皮驱控的开关元件一 一特 别是接触器一一的网络，所述网络设计成，使得能接通或能切断电机的电 流供给、能激活或去激活所述制动器，尤其是能使制动器被馈电或无电流 地接合。
其优点是，可实现具有冗余的驱动系统的起升机构。由此对于起升机 构而言在防止不受控制地下降方面实现了高安全性。由于冗余以及规律地 测试，即使在故障情况下也能实现受控制地下降。因此可以满足高要求的 安全规定。
另外的优点是，可以相互比较各驱动装置的转速、输 转矩或者其它 物理状态量，由此例如实现对某些特定的故障情况的监视。在一个示例性实施的转速监视中对被共同驱动的轴的破坏/断裂进行监视。
另外的优点是，所述网络可由简单、稳健/鲁棒的开关元件一一如接触 器一一实现。因此可在设备中设置可靠的构件。
在网络中，运行状态、如故障情况等可以借助一固定布线的逻辑门电 路进行运算、进而也设计成稳健的。
尤其是通过实现对制动器和电机的独立驱控而惊人地实现了以下述方 式执行制动测试的可能性。此外在本发明中较有利的是，在一个电机失效 时设备仍可非常良好地继续运行，而不必执行整个设备的紧急停机。主要 是在轴破坏或角度传感器失效的情况下，所述模块识别出转速差、进而执 行紧急停机。在仅一个驱动装置失效时不必使设备停机。
在另 一较有利的实施方式中，为进行所述的机械连接使一轴被所有的 驱动装置共同驱动。其优点是，通过冗余的驱动装置改善起升机构的安全 性。单个驱动装置在其功率和结构大小方面如此设计，使得在一个单个驱 动装置失效时起升机构的安全性不受损害。
在另 一较有利的实施方式中，对所述网络输入一上级控制器的电机驱 控信号和制动器驱控信号。其优点是，可在网络中对这种独立的层次/级别
(Instanz)的缺省值进行运算。
在另一较有利的实施方式中，所述网络设计成，使得仅当所述模块的 输出信号以及可能的一上级控制器的相应分配的电机驱控信号允许释放时 才向相应的电机馈电。尤其是网络设计成，使得仅当所述模块的输出信号、 所述变换器的制动器驱控信号以及可能的一上级控制器的相应分配的制动 器驱控信号允许释放时才激活相应的制动器。其优点是，可实现以下的制 动观'J试。
在另一较有利的实施方式中，所述传感器是角度传感器，该角度传感 器与一轴一一尤其是一电机的转子轴一一相连接。其优点是，可确定每个 驱动装置的角位移，因此可监测在每个单独的驱动装置的运行中的异常。 所述异常尤其是轴-皮坏或者传动机构破坏。
在另一较有利的实施方式中，在所述设备中设有模块的用于影响起升机构运动的单元和/或可驱控变换器的开关元件，尤其是继电器、接触器等 等。所述开关元件适用于中断功率供给以及向驱动装置的制动器供电。其 优点是，可实现对各个元件的单独驱控。由此，可以独立地开关制动器和 电机，由此可实现对各个元件的单独测试。
在另 一较有利的实施方式中，在设备中设有用于^^升机构在设备内 运动到不同的起升机构位置的单元。其优点是，整个起升机构可行进到不 同的区域中。由此可以在第一地点提升负载而在第二地点放下负载。
在另一较有利的实施方式中，在设备中，起升机构位置或者包含在工 作区域内、或者包含在安全区域内，各起升机构位置具有不同的安全性要 求。在用于安全地放下负载的安全区域中禁止人员停留。其优点是，可在 安全区域中对起升机构执行测试，由此可以避免对人员造成伤害。
在另 一较有利的实施方式中，在设备中为人员停留而通过一安全单元 来监视安全区域，该安全单元与一上级控制器和/或所迷变换器相连接。其 优点是，实现了对人员的保护。所述安全单元由机械的隔离物构成或者以 电子的方式借助光栅、声传感器或者类似的扫描方法实现。
在另 一较有利的实施方式中，在设备中设有用于显示设备安全性的单 元。其优点是，涉及设备安全性的当前状态可祐人直接感知。
在另 一较有利的实施方式中，提供一种用于安全运行起升机构的模块， 其中设有用于接收和采集电机传感器信号的单元、用于存储设定的预期值/
设定的理论值(Solhvertvorgabe)的单元、用于分析电机传感器信号的单 元以及用于输出响应信号一_尤其是电输出_—的单元。
其优点是，所述^=莫块负责对起升机构功能的完全监视。对于监视所需 的输入和输出可集成在所述模块中。模块包括一用于存储对于监视所需的 边界条件的存储器以及用于处理输入数据的处理器。由于包含这些单元， 所述模块独立于其佘的设备元件，由此减低了设备中出现的干扰对模块的 影响。
在另一较有利的实施方式中，模块具有用于分析的单元、尤其是用于 比较至少两个传感器信号的单元。其优点是，在模块中可相互比较传感器的信号。
在另 一较有利的实施方式中，在模块中设有用于接收和采集其它传感 器信号一一尤其是来自终端开关的信号一一的单元。其优点是，除了来自 于驱动装置的传感器的传感器信号外，还可采集到对安全性极重要的其它 输入数据。
在另一较有利的实施方式中，在模块中设有用于与设备部件一一尤其 是与一上级控制器一一进行通信的单元。其优点是，模块将涉及设备安全 性的异常直接传输给上级控制器。
在用于安全地运行具有安全装置的设备的方法中，重要的特征在于对 驱动装置执行制动测试，其中所述设备包括多个(相互)机械连接的驱动 装置，所述驱动装置分别包括制动器和角度传感器，所述制动测试包括以
下步骤:
在第一步骤中，除至少一个待检测的制动器外，使所述连接的驱动装
置的所有制动器形成气隙，
在第二步骤中，启动所述连接的驱动装置，
在第三步骤中，比较驱动装置的轴的角位移，尤其是比较所述角位移 与预期值的一致性。
其优点是，可对起升机构的制动器进行检测，从而提高安全性。 在另 一较有利的实施方式中，可通过一显示单元来显示所述设备的当
前状态。其优点是，可显示在设备的附近空间中涉及设备安全性的状态。 在另 一较有利的实施方式中，将所述设备的当前状态传输到一上级控
制器。其优点是，设备控制器可对测试结果做出响应。由此可减少的后续问题。
在另一较有利的实施方式中，在传感器信号不一致的情况下，将起升 机构引至一在安全区域中一一尤其是在将受威胁的人员隔离的区域中一一 的位置。其优点是，可在所述安全区域中放下起升机构上的负载，而不对 人员构成威胁。在所述区域中随后对起升机构的不再安全的元件进行维修。
在另一较有利的实施方式中，对相连接的各驱动装置的制动器依次地执行所述制动测试。其优点是，可对所有的制动器进行检测。同样可对制 动器的组合进行检测，这些组合形成起升机构的不同安全等级。
在另 一较有利的实施方式中，所述上级控制器发送一行驶命令以使所
述连接的驱动装置运动到一安全位置；所述上级控制器触发所述制动测试; 由所述变换器执^f于所述制动测试。其优点是，上级控制器预先给定制动测 试的时刻。通过变换器的在实际上进行(制动测试)与上级控制器无关。 制动测试的分析既与上级控制器无关也与变换器无关，因为所述分析仅在 模块中进行。因此可实现对制动器的独立检测。 其它的优点由从属权利要求得出。
附图标记列表
1马区动电机
2制动器
3电机传感器
4变频器/变4灸器
5制动电阻(Bremswiderstand )
6监视模块
8制动驱控器 9制动驱控器 10继电器
11卩艮位开关(Begrenzungsschalter)
12控制器
13安全线路
14供电线路
15低压电源
16控制线路
17通信线路18电机传感器线路 20起升机构位置 21工作区域 22安全区域 23起升才几构 24负载 31接触器 32接触器
现在根据附图详细说明本发明图1示出根据本发明的用于安全运行起升机构的装置。图2示出起升机构运动的不同区域。图3示出根据本发明的装置的另一实施方式。
具体实施方式
图1示出对于起升机构的安全运行必需的部件。两个驱动电机1均驱 动一个轴，在所述轴上设有例如一盘绳筒。为此两个电机被安装在轴的两 端部上，其中，构造形式和传动类型取决于相应的空间要求。为清楚起见， 两个驱动电机的连接结构未在附图中示出。在其它根据本发明的实施例中，为橫爽升机构以根据本发明的方式运 行也可能(利用)这样的构造变型在所述构造变型中两个驱动电机l被 直接地依次安装在包含盘绳筒的轴的 一侧上。两个驱动电才几1分别配设有一制动器2。所述制动器在正常运行中用 作停机制动器。尤其是当驱动电机1处于或应当处于静止状态时激活所述 停机制动器。驱动电机l以及与其相连接的制动器2设计成形成一冗余的系统。每 个驱动电机-制动器单元都设计成，使其能够在制动器接合/起作用12(einfallen )时与其它驱动电机-制动器单元无关地将起升机构连同当前负 载一起保持在(当前)高度位置上。分别安装在驱动电机1上的电机传感器3例如是绝对值传感器，所述 绝对值传感器可以以高分辨率确定转数以及转子位置。驱动电机l并行地由一个公共的变频器4馈电。在另一个根据本发明 的实施例中，变频器4配设有制动电阻5。在正常运行中，在负载下降时 产生的制动功率可被输入制动电阻5。借助至少一个驱动电机的电机传感器3的信号进行对驱动电机1的调 节，所述信号通过电机传感器线路18传输到变频器4。在变频器4和驱动电机1之间还分别连接有接触器7，所述接触器7 能够单独地切断各驱动电机1。供电线路14用于变频器4和制动器2的电网馈电。设有低压电源15 用以向控制电子装置和开关电子装置供电。通过控制器12对起升机构进行控制，所述控制器12通过通信线路17 与变频器14连接。两个驱动电机1连同制动器2和相应的变频器4在功率和构造大小方 面设计成，使得仅驱动电机1与其相应的制动器2便足以运行起升机构。 冗余性是安全运行起升机构的重要特征。变频器4设计成使得通过所述变 频器4可至少向两个驱动电才几馈电。为了提高安全性，以规则的间隔对驱动电机1的制动器2的功能进行 检测。所使用的制动器2是一种弹簧压力制动器，其在无电流状态下接合。 在接通驱动电机1时，制动器2中电磁体被通电，使制动器2形成气隙。 为了对制动器2进行功能测试，在驱动电机1 ^皮通电的情况下交替地使制 动器2接合，为此通过继电器10接通制动驱控器9。控制器12负责功能 测试的协调，所述控制器12通过控制线路16与所述继电器10连接。仅当 确保所有制动器2的功能时才佳爽升机构开始运行。监视模块6用于监视连续运行中的起升机构。所述监视模块在输入侧/ 感知侧(sensorseitig)通过安全线路13与反映起升机构的终端位置的限位开关11连接，与确定驱动电机1的绝对位置和转速的电机传感器3连接， 与通过信号线路16传达边界条件的控制器12连接。在执行器一侧，监视 模块通过安全线路13与接触器7和中央制动驱控器8连接。利用两个电机传感器3 、即角位移传感器检测两个驱动电机1各自的 角位移，由此求得相应的转速。两个电4几传感器3中的一个通过电机传感 器线路18与变频器14连接，以便提供调节驱动装置所需的反馈信号。电 机传感器信号由变频器4传输到监视^莫块6以进行其它分析。另一个电机 传感器3通过电机传感器线路18直接与监视模块6连接。在监视模块6中将两个电机传感器3的模拟信号相互比较，从而能够 在偏离设定的预期值时对系统进行干预。在正常运行中，起升机构可以在一上终端位置与一下终端位置之间运 动，该上终端位置通过限位开关ll给出，该下终端位置由上级控制器12 预给定并由电机传感器3的信号求出。在另一个实施例中，两个终端位置、即上终端位置和下终端位置都通 过限位开关11规定。在另一个实施例中，两个终端位置都通过控制器12中的相应调节决 定。在此，起升机构的位置由电动机传感器信号导出。在正常运行中，以能提供可控驱动的完整功能性进行负载的提升。因 此能够出现不同的速度斜率以及主要是加速度斜率或减速度斜率。在制动 时释方文的能量通过制动电阻导出或者替代地反馈回电网中。为了正常运行，以确定的时间间隔检测两个制动器2的功能。为此， 在连续运行中由控制器12相继地接通两个继电器10,从而使得制动器2 在无电流的情况下接合。在制动器2接合时，将电机传感器3的信号与设 定的预期值进行比较。在制动器2接合时电机传感器3应得到一恒定的转子位置。如果所述 转子位置对于所有被读取的电机传感器3而言都是相同的，则认为测试通 过。起升机构可以在正常运行中继续工作。在制动测试的范围内也存在这样的可能性，即判定电机传感器信号与14相应的预期值之间存在偏差。所述偏差例如可能由于所测试的制动器2的 制动作用的不足而引起。如果从电机传感器信号与预期值的比较中得到的 偏差量大于一确定的阈值，则认为起升机构不安全并且认为测试未被通过。 在这种情况下，显示装置显示警告或者报警，所述报警可通过通信装置传 输给上级控制器。
图2示出可能的起升机构位置20，这些起升机构位置可对应于工作区 域21或者可对应于安全区域22。
工作区域21是当制动测试成功时起升机构23连同负载24 —起运动的 区域。这个区域适合于人员的停留，因为确保负载不会不受控制地下降。
安全区域22通过安全装置将人员隔离。这里禁止人员停留。
如果在起升机构23中实施制动测试，则使起升机构行驶到所述安全区 域22中并且实施制动测试。如果测试成功地进行，则起升机构可以继续它 的工作，尤其是进入工作区域21中进行运动。对于制动测试失败的情况， 则负载24祐Jt下到安全区域中。可在这个位置上以简单、安全的方式对发 生故障的制动器进行维^%随后，在一重新的制动测试之后起升机构23 可再次运4亍。
图3示出根据本发明的装置的另一个实施例。驱动装置的布置和配置 与图1的描勤目同。
图3示出电机1和制动器2的连接线路，它们不直接与变频器4或者 供电线路14电连接。在图中所示的接触器7、 8、 9、 10、 31、 32形成一网 络，该网络形成起升机构的安全电路的三个层面。
制动器2 "^殳计成在无电流状态下接合。因此必须向制动器2馈电以允 许驱动装置运动。制动器2的供电由供电线路14实现，其中在此串接有接 触器8、 9和10。
接触器8将向制动器2馈电所需的接触器的网络与供电线路14分开。 所述接触器8由监视模块6开关。如果在监视模块6中没有记录关于起升 机构的错误，则接触器8转换至通路，从而能够以供电电压驱动制动器。 在接触器8接通的情况下，供电电压施加在接触器9上。为接通接触器9需要一由监视模块6提供的信号。为了将该信号传输 到接触器9，必须由变频器4接通接触器32。如果接触器32接通，则监视 模块6的信号被施加在接触器10上。如果接触器10被控制器12接通，则 其起作用以接通接触器9，由此使制动器2打开/不接合。
以上述方式确保了仅在以下情况下才能打开制动器
國施力口供电电压，
-在监视模块6中不存在故障报告，
-变频器4可运行，
-以及控制器12指定制动器的打开。
因此该网络适合于所述运行状态的逻辑运算。
通过这种串联结构，相比现有系统显著地改进了系统的安全性。
同样根据多级方法来启动电机l。首先，必须以变频器4启动电机1， 这在附图中未示出。在电机的供电线路中插入接触器7,所述接触器7通 过接触器31开关。为此，必须由监视模块6对接触器31施加一以不存在 任何安全问题为前提的信号，仅在这样的情况下才能由控制器12接通接触 器31,从而接通接触器7而能使电机运行。
电机仅在以下情况下才能运行
-由变频器提供供电电压，
-在监视模块6中不存在故障报告，
-控制器12为电机输出一接通信号。
因此该网络适合于所述运行状态的逻辑运算。
在本实施例中，通过独立控制各个部件的可能性还实现了可简单、快 速实施的制动测试。 一旦起升机构行驶到安全区域22中，便在驱动装置中 接合制动器2并通过变频器4向电机1馈电。如果在电机传感器3上出现 极限转矩/临界转矩时判定无角度变化，则认为制动器在所述极限转矩以下 安全。
在所有包括相应制动器的驱动装置中串行地实施所述测试，其中未经 测试的制动器分别是打开的。
权利要求
1.一种用于安全运行起升机构、尤其是速度可控的起升机构的配置结构，其中，一包括调节单元的、单个的变换器向至少两个驱动装置供电，其中，每个驱动装置具有一电机、一制动器以及相应的至少一个用于检测所述驱动装置的物理状态量的传感器--尤其是角度传感器，其中，所述驱动装置的传感器的传感器信号被输入所述调节单元，其中，所述驱动装置的电机是并联的，用于检测所述变换器的输出电流的单元与所述变换器的调节单元相连接，其中，所述驱动装置彼此机械连接成，使得在一个驱动装置失效时其它并联的驱动装置负责产生转矩，其中，第一驱动装置的传感器信号和其它驱动装置的传感器信号还被传输到一模块，该模块包含用于分析所述传感器信号以产生一输出信号的单元，其中，所述变换器包括用于产生制动器驱控信号的单元，其中，所述输出信号和所述制动器驱控信号被输入一能被驱控的开关元件--特别是接触器--的网络，所述网络设计成使得对所述电机的电流供给能被接通或能被切断，使得所述制动器能被激活或能被去激活、尤其是能被馈电或能无电流地接合。
2. 根据权利要求l所述的配置结构，其特征在于，为进行所述的机 械连接使一轴被所有的驱动装置共同驱动。
3. 根据以上权利要求中任一项所述的配置结构，其特征在于，对所 述网络输入一上级控制器的电机驱控信号和制动器驱控信号。
4. 根据以上权利要求中任一项所述的配置结构，其特征在于，所述 网络设计成，使得仅当所述模块的输出信号以及可能的一上级控制器的相 应分配的电机驱控信号允i午释放时才向相应的电机馈电。
5. 根据以上权利要求中任一项所述的配置结构，其特征在于，所述网络设计成，使得仅当所述模块的输出信号、所述变换器的制动器驱控信 号以及可能的一上级控制器的相应分配的制动器驱控信号允许释放时才激 活相应的制动器。
6. 根据以上权利要求中任一项所述的配置结构，其特征在于，所述 角度传感器与一轴一一尤其是一电机的转子轴或所述的被共同驱动的 轴——相连接。
7. 根据以上权利要求中任一项所述的配置结构，其特征在于，所述 网络设计成对运行状态进行逻辑运算。
8. 根据以上权利要求中任一项所述的配置结构，其特征在于，所述 变换器、上级控制器和/或所述模块彼此连接以进行数据传输。
9. 才艮据以上权利要求中任一项所述的配置结构，其特征在于，设有 用于使起升机构在设备内运动到不同的起升机构位置的单元，和/或各起升机构位置都或者包含在工作区域内、或者包含在安全区域内， 各起升机构位置具有不同的安全性要求，尤其是在用于安全地放下负载的 安全区域中，禁止人员停留和/或针对人员停留而通过一安全单元来监视该 安全区域，该安全单元与一上级控制器和/或所述变换器相连接和/或设有用于显示设备安全性的单元。
10. —种用于安全运行起升机构的模块，其中， 设有用于接收和采集传感器信号的单元， 设有用于存储设定的预期值的单元，设有用于分析所述传感器信号的单元，设有用于输出响应信号一一尤其是电输出一一的单元。
11. 根据权利要求10所述的模块，其中，所述的用于分析的单元是用于比较至少两个传感器信号的单元 或包括用于比较至少两个传感器信号的单元， 和/或设有用于接收和采集其它传感器信号一一尤其是来自终端开关的信 号一一的单元， 和/或设有用于与设备部件一一尤其是与一上级控制器一一进行通信的单元。
12. —种用于安全运行具有安全装置的设备的方法，其中，所述设备包括机械连接的驱动装置，所述驱动装置分别包括制 动器和角度传感器，其中，在所述驱动装置中实施制动测试，所述制动测试包括以下步骤-在第一步骤中，除至少一个待检测的制动器外，使所述连接的驱动 装置的所有制动器形成气隙，-在笫二步骤中，启动所迷连接的驱动装置，-在第三步骤中，比较驱动装置的轴的角位移，尤其是比较所述角位 移与预期值的一致性。
13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，通过一显示单元来 显示所述设备的当前状态，和/或在一安全区域中执行所述制动测试，尤其是不在工作区域中执行所述 制动测试， 和/或将所述设备的当前状态传输到 一上级控制器， 和/或在所述传感器信号不一致的情况下，将所述起升机构引至一在安全区 域内的位置、尤其是引至一将受威胁的人员隔离的区域中。
14. 根据以上权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，对所迷 连接的驱动装置的制动器依次地执行所述制动测试。
15. 根据以上权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，所述上 级控制器发送一行驶命令以使所述连接的驱动装置运动到一安全位置，所述上级控制器触发所述制动测试， 由所述变换器执行所述制动测试。
全文摘要
本发明涉及一种用于安全运行起升机构的配置结构，所述配置结构包括一变换器(4)，所述变换器向至少两个驱动装置(1)供电，这些驱动装置分别由电机(1)、制动器(2)和相应的至少一个传感器组成，这些驱动装置彼此机械连接，第一驱动装置借助其传感器而被所述变换器(4)控制，来自第一驱动装置的传感器信号被输入一模块，来自其它驱动装置的传感器信号也被传入该模块，所述模块包含用于分析传感器信号的单元，所述模块包含用于影响起升机构运动的单元。
文档编号B66D1/54GK101679008SQ200880019956
公开日2010年3月24日 申请日期2008年6月3日 优先权日2007年6月11日
发明者H·凯勒, O·耶格 申请人:索尤若驱动有限及两合公司