Device and method for fail-safe acquisition of measured values in a control unit

专利摘要:
Aufgabe der Erfindung ist es, eine weitere Vereinfachung und Kostenreduktion für das fehlersichere Erfassen der Messwerte (25) in der Steuereinheit (18) zu ermöglichen. Dabei soll die Fehlersicherheit des Systems nicht reduziert werden. Eine Einrichtung (10) zum fehlersicheren Erfassen von Messwerten (25) in einer Steuereinheit (18) weist einen Geber (11) zum Erfassen von Messsignalen auf. Es sind unabhängig voneinander arbeitende Auswerteeinrichtungen (14, 15) zum redundanten Ermitteln von Messwerten (25) aus den Messsignalen des Gebers (11) vorgesehen. Darüber hinaus erfolgt das Übermitteln der Daten an die Steuereinheit mittels fehlersicherer Übermittlungseinrichtungen. Gemäß der Erfindung ist eine erste Auswerteeinrichtung (14) zum Ermitteln eines Messwertes (25) und eine zweite Auswerteeinrichtung (15) zum Ermitteln eines groben Vergleichswertes (27) geringerer Genauigkeit vorgesehen. Darüber hinaus ist eine Einrichtung (10) zum Feststellen der Fehlerfreiheit des Messwertes (25) durch Überprüfen mit dem Vergleichswert (27) vorgesehen.The object of the invention is to enable a further simplification and cost reduction for the fail-safe detection of the measured values (25) in the control unit (18). At the same time, the failure safety of the system should not be reduced. A device (10) for fail-safe detection of measured values (25) in a control unit (18) has an encoder (11) for detecting measurement signals. Evaluation devices (14, 15) operating independently of one another are provided for the redundant determination of measured values (25) from the measuring signals of the encoder (11). In addition, the transmission of the data to the control unit takes place by means of fail-safe transmission facilities. According to the invention, a first evaluation device (14) is provided for determining a measured value (25) and a second evaluation device (15) for determining a coarse comparison value (27) of lower accuracy. In addition, a device (10) for determining the accuracy of the measured value (25) by checking with the comparison value (27) is provided.
公开号:DE102004021635A1
申请号:DE200410021635
申请日:2004-05-03
公开日:2005-12-08
发明作者:Ulrich Hahn；Andreas Kuhn；Christoph Dr. Nolting；Bernd Quaschner；Johannes Welker
申请人:Siemens AG；
IPC主号:G05B19-39

专利说明:
[0001] Dievorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahrenzum fehlersicheren Erfassen von Messwerten in einer Steuereinheit.TheThe present invention relates to a device and a methodfor fail-safe detection of measured values in a control unit.
[0002] ZumSteuern von Antrieben in unterschiedlichsten Einsatzbereichen wirdein möglichstgenaue Bestimmung der Lage bzw. Geschwindigkeit des angetriebenenStellelements bzw. der Antriebseinrichtung des Stellelements benötigt. Insbesondereder Stillstand angetriebener Wellen ist genau von einer langsamenRotation zu unterscheiden. Auch Endlagen und andere SicherheitsrelevanteStellungen und Betriebszuständemüssenzuverlässigund ausfallsicher erfasst werden. Hierzu müssen die Signale fehlersichererfasst, übertragenund ausgewertet werden, damit die Betriebssicherheit der Einrichtunggewährleistetist. In der Regel wird dabei die Geschwindigkeit durch numerischeAbleitung von Lagewerten gebildet.To theControl of drives in a variety of applications will beone possibleaccurate determination of the position or speed of the drivenRequired actuating element or the drive device of the actuating element. EspeciallyThe standstill of driven waves is just a slow oneTo distinguish rotation. Also, end positions and other security relevantPositions and operating conditionshave toreliableand fail-safe. For this, the signals must be fail-saferecorded, transmittedand evaluated, thus ensuring the operational safety of the facilityguaranteedis. As a rule, the speed is numericalDerivation of position values formed.
[0003] DieseBetriebssicherheit wird insbesondere durch redundante Bereitstellungvon Gebern uns Auswerteeinrichtungen erreicht, wobei über entsprechendeVergleichs- und Votingeinrichtungen die Fehlerfreiheit der aus denMesssignalen der Geber erzeugten Messwerte und der übertragenenDaten geschlossen und ggf. aus dem aufgetretenen Fehlerverhaltenauf die Fehlerquelle und die Art des Fehlers geschlossen wird. ImFalle eines Auftretens eines Fehlers wird das Übergehen in einen sicherenZustand ermöglicht.TheseOperational safety is ensured in particular by redundant provisionfrom donors to us evaluation devices achieved, whereby over appropriateComparison and Votingeinrichtungen the accuracy of theMeasuring signals of the encoder generated measured values and the transmittedData closed and possibly from the error behavior that has occurredon the error source and the type of error is closed. in theIf an error occurs, the transition to a secureState allows.
[0004] Derartigeredundante Ausführungensind schon aus Gründender erforderlichen Vergleichselektronik und der doppelten Auslegungvon Einrichtungen aufwendig und teuer.suchredundant versionsare for reasonsthe required comparison electronics and the double interpretationof facilities consuming and expensive.
[0005] ZurReduktion des baulichen Aufwandes sind Lösungen bekannt, bei denen esdurch entsprechende Auslegung des die Messwerte liefernden Gebersermöglichtwird, nur aufgrund eines Gebers die Ermittlung der Messwerte fehlersicherund ohne Verlust von Genauigkeit durchzuführen. Aufgrund der niedererenAnzahl der verbauten Komponenten sinkt auch die Ausfallwahrscheinlichkeit.Damit erhöhtsich auch die Verfügbarkeitder Anlage, in welcher der Antrieb verbaut ist.toReduction of the construction effort are known solutions in which itby appropriate design of the encoder supplying the measured valuesallowsis determined only by a sensor, the determination of the measured values fail-safeand without loss of accuracy. Because of the lower onesNumber of installed components also reduces the probability of failure.With it increasedalso the availabilitythe plant in which the drive is installed.
[0006] Aufgabeder Erfindung ist demgegenüber eineweitere Vereinfachung und Kostenreduktion für das fehlersichere Erfassender Messwerte und den Übergangin einen sicheren Zustand zu ermöglichen. Dabeisoll die Fehlersicherheit des Systems nicht reduziert werden.taskthe invention is a contrastFurther simplification and cost reduction for fail-safe detectionthe readings and the transitionto allow in a safe state. thereshould the system fail-safety not be reduced.
[0007] DieseAufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Einrichtung und ein erfindungsgemäßes Verfahrengelöst.TheseThe object is achieved by a device according to the invention and a method according to the inventionsolved.
[0008] EineEinrichtung zum fehlersicheren Erfassen von Messwerten in einerSteuereinheit weist einen Geber zum Erfassen von Messsignalen auf.Es sind unabhängigvoneinander arbeitende Auswerteeinrichtungen zum redundanten Ermittelnvon Messwerten aus den Messsignalen des Gebers vorgesehen. Darüber hinauserfolgt das Übermittelnder Daten an die Steuereinheit mittels fehlersicherer Übermittlungseinrichtungen.Gemäß der Erfindungist eine erste Auswerteeinrichtung zum Ermitteln eines Messwertesund eine zweite Auswerteeinrichtung zum Ermitteln eines groben Vergleichswertesgeringerer Genauigkeit vorgesehen. Darüber hinaus ist wenigstens eineEinrichtung zum Feststellen der Fehlerfreiheit des Messwertes durch Überprüfen mit demVergleichswert vorgesehen. Gemäß weiterführenderAusgestaltung sind zwei sich vorzugsweise gegenseitig überprüfende Einrichtungenvorgesehen.ADevice for fail-safe acquisition of measured values in oneControl unit has a transmitter for detecting measurement signals.They are independentmutually operating evaluation devices for redundant determinationprovided by measured values from the measuring signals of the encoder. Furthermorethe transmission takes placethe data to the control unit by means of fail-safe transmission facilities.According to the inventionis a first evaluation device for determining a measured valueand a second evaluation device for determining a rough comparison valueprovided with lower accuracy. In addition, at least oneDevice for determining the correctness of the measured value by checking with theComparative value provided. According to continuingEmbodiment are two preferably mutually verifying facilitiesintended.
[0009] Diezweite Auswerteeinrichtung nimmt also keine vollständige Ermittlungdes exakten Messwertes vor. Es werden lediglich die Signale desGebers ausgewertet und ein grober Vergleichs wert erzeugt. Durchden Vergleichswert kann die Plausibilität des Messwertes weiterhin überprüft werden,auch Fehlerursachen könnenweiterhin aufgrund von Abweichungen von Messwert und Vergleichswertermittelt werden. Andererseits ist die erforderliche Auswertelogikviel einfacher und kostengünstigerzu realisieren als eine Auswertung mit hoher Genauigkeit. Auch isteine vollständigeUnabhängigkeitder Auswertungen gewährleistet.Thesecond evaluation does not take a complete determinationof the exact measured value. It will only be the signals ofGebers evaluated and a rough comparison value generated. Bythe comparison value, the plausibility of the measured value can still be checkedalso error causes canstill due to deviations from measured value and comparison valuebe determined. On the other hand, the required evaluation logicmuch easier and cheaperto realize as an evaluation with high accuracy. Also isa completeindependencethe evaluations guaranteed.
[0010] DieseVorgehensweise ist insbesondere dann sinnvoll, wenn aufgrund derauftretenden Datenvolumina die Auswertung der Messsignale und dasErfassen mit großerGenauigkeit erfolgen soll, währenddie zur Verfügungstehende Rechenzeit sehr gering wird. In diesen Fällen istdie Auswerteeinheit zum Ermitteln des Messwertes besonders aufwändig undkostenintensiv, andererseits besonders störungsanfällig. Hier kann durch die unabhängige zweiteAuswerteeinheit, die lediglich einen groben Vergleichswert liefert,eine Verringerung der Kosten erreicht werden.TheseApproach is particularly useful if due to theoccurring data volumes, the evaluation of the measurement signals and theCapture with greatAccuracy should be done whilethe availablestanding computing time is very low. In these cases isthe evaluation unit for determining the measured value is particularly complex andcostly, on the other hand particularly prone to failure. Here can by the independent secondEvaluation unit, which only provides a rough comparison value,a reduction in costs can be achieved.
[0011] Auchist bei einer erfindungsgemäßen Einrichtungkeine Einrichtung zum Durchführeneines Votings zwischen den ermittelten Messwerten zweier gleichwertigerEinrichtungen erforderlich, was eine weitere Kostenreduktion bedeutet.Alsois in a device according to the inventionno means to performa vote between the measured values of two equivalent onesFacilities required, which means a further cost reduction.
[0012] Invorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass dieerste und zweite Auswerteeinrichtung im Bereich des Gebers ausgebildetsind. Zum fehlersicheren Übermittelndes Vergleichswertes und des Messwertes dient eine Übertragungseinrichtung.Die wenigstens eine Einrichtung zum Feststellen der Fehlerfreiheitist in einer beabstandet zum Geber angeordneten Steuereinheit vorgesehen.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the first and second evaluation device are formed in the region of the encoder. For fail-safe transmission of the comparison tes and the measured value is a transmission device. The at least one device for determining freedom from errors is provided in a control unit arranged at a distance from the transmitter.
[0013] Hierdurchkann die Signalübermittlungder Messsignale des Gebers in einfacher Weise auf eine kurze Streckereduziert werden und dann die ermittelten Messwerte und Vergleichswertekönnenin digitaler Form und entsprechendem Protokoll fehler sicher übertragenwerden, so dass auf der Übertragungsstreckekeine Fehler induziert werden können odersicher entdeckt werden.herebycan signal transmissionthe measuring signals of the encoder in a simple manner to a short distancebe reduced and then the measured values and comparison valuescantransmitted in digital form and corresponding protocol error safelybe so on the transmission lineno errors can be induced orbe discovered safely.
[0014] Inweiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zusätzlich zuMesswert und Vergleichswert ein Kontrollwert gemessen wird, dereine periodisch wiederkehrende Referenzposition erfasst. Das Erfasseneiner Referenzposition, welche insbesondere periodisch wiederkehrt,wie beispielsweise die Nulllage einer sich drehenden Welle, istmit einfachen Gebern und ohne große Messauswertung möglich, reichtaber zumeist nicht zu hinreichend genauer Bestimmung der Drehgeschwindigkeitbzw. der Lage einer Welle aus, da die Signalfrequenz nicht hinreichendist. Sie stellt aber eine einfache Möglichkeit eines Nullabgleichesund einer weiteren Signalüberprüfung dar.InAnother embodiment of the invention is provided that in addition toMeasured value and comparison value, a control value is measured, therecorded a periodically recurring reference position. The capturea reference position, which in particular recurs periodically,such as the zero position of a rotating shaftpossible with simple encoders and without a large measurement evaluationbut mostly not to sufficiently accurate determination of the rotational speedor the position of a wave, since the signal frequency is insufficientis. But it provides a simple way of zeroingand another signal check.
[0015] Dabeiist der Geber gemäß vorteilhafterAusgestaltung der Erfindung ein Drehgeber, insbesondere der einesAntriebes. Bei Drehgebern ist es üblich einen kleinen Drehwinkeleiner Welle zu erfassen, welcher insbesondere durch eine feine Skalenteilung über eineDrehung der Welle hinweg durch optisches Abtasten erfasst wird,wobei entsprechend der Skalenteilung nach bestimmten Drehwinkelnein Messimpuls erzeugt wird, welcher auswertbar ist. Es entsprichteiner alternativen Ausgestaltung, wenn eine entsprechend angepassteAnordnung bei einem Linearsteller Verwendung findet.thereis the encoder according to more advantageousEmbodiment of the invention, a rotary encoder, in particular the oneDrive. With encoders, it is usual to have a small angle of rotationa wave, which in particular by a fine scale division over aRotation of the shaft is detected by optical scanning,according to the graduation according to certain angles of rotationa measuring pulse is generated, which is evaluable. It correspondsan alternative embodiment, if a correspondingly adaptedArrangement with a linear actuator is used.
[0016] Inweiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Geber zwei oder mehrunabhängigeSensoren auf, welche Messsignale erzeugen, die miteinander korreliertsind. Die Redundanz des Gebers wird durch zwei korrelierte Signalein einem Geber ersetzt, welche insbesondere durch einen vorgegebenenLageversatz der beiden Sensoren im Geber erzeugt wird. Dem gemäß ist dieSignalfolge der beiden Sensoren in bestimmtem Versatz gegeben, wodurch dieSignalpegel zueinander in Beziehung ge setzt werden können, umzum Einen Signalfehler zu erfassen und zum Anderen die Messgenauigkeitdes Gebers zu erhöhen.InIn another embodiment of the invention, the encoder has two or moreindependentSensors that generate measurement signals that correlate with each otherare. The redundancy of the encoder is determined by two correlated signalsreplaced in a donor, which in particular by a predeterminedPositional offset of the two sensors is generated in the encoder. Accordingly, theSignal sequence of the two sensors given in a certain offset, causing theSignal level can be related to each other in order toon the one hand to detect a signal error and on the other hand the measurement accuracyincrease the donor.
[0017] Inweiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,dass die Sensoren des Gebers Messsignale unterschiedlicher Genauigkeiterzeugen. Hierdurch wird das unabhängige Erfassen von Messsignalendurch zwei Sensoren im Geber dadurch erleichtert, dass einer derbeiden Sensoren weniger genaue Signale liefert, beispielsweise indem diezugehörigeSkalenteilung eines optischen Drehgebers geringer gehalten ist.Dadurch wird die Signalauswertung durch geringe Signalgeschwindigkeitenerleichtert, jedoch bei geringerer Genauigkeit. Durch die Korrelationzwischen den Signalen des genaueren mit dem weniger genaueren Signalkann dennoch eine hinreichend genaue und fehlersichere Auswertungder Gebersignale erfolgen. Insbesondere das Messsignal des zweitenweniger genauen Sensors kann als Grundlage zur Ermittlung des Vergleichswerteserfolgen.Infurther advantageous embodiment of the invention is providedthat the sensors of the encoder measuring signals of different accuracyproduce. This will cause the independent acquisition of measurement signalsfacilitated by two sensors in the transmitter, that one of thetwo sensors less accurate signals, for example by theassociatedScale division of an optical encoder is kept smaller.As a result, the signal evaluation by low signal speedsfacilitated, but with lower accuracy. By the correlationbetween the signals of the more accurate and the less accurate signalNevertheless, a sufficiently accurate and fail-safe evaluation can be usedthe encoder signals take place. In particular, the measurement signal of the secondless accurate sensor can be used as the basis for determining the comparison valuerespectively.
[0018] Gemäß weiterführenderAusgestaltung der Erfindung erfolgt das Auswerten der Gebersignale wenigstensauch in einem externen, vorzugsweise mittels einem Netzwerk insbesonderemit fehlersicherer Datenübertragung,angebundenen Steuergerät.Die Signalaufbereitung kann dabei in einem zwischengeschaltetenUmrichter erfolgen, der die Messsignale in digital verarbeitbareSignale umwandelt. Damit wird es ermöglicht, die Messauswertungund die zugehörigeElektronik in entfernten geschützterenBereichen durchzuführen,welche geringeren Störungenund günstigerenUmweltbedingungen unterliegen als eine gebernahe Signalverarbeitung.According to continuingEmbodiment of the invention, the evaluation of the encoder signals takes place at leastalso in an external, preferably by means of a network in particularwith fail-safe data transmission,connected control unit.The signal processing can be done in an intermediateConverters take the measuring signals in digitally processableConverts signals. This makes it possible to evaluate the measurementand the associatedElectronics in more remote protectedTo carry out areaswhich minor disturbancesand cheaperEnvironmental conditions are subject to near-signal signal processing.
[0019] EinVerfahren gemäß der Erfindungsieht ein fehlersicheres Erfassen von Messwerten in einer Steuereinheitvor. In einem Geber werden Messsignale erzeugt. In einer erstenund einer zweiten Auswerteeinheit werden Messwerte aus den Messsignalenermittelt und danach durch Vergleich der Messwerte die Fehlerfreiheitfestgestellt. Es ist dabei vorgesehen, dass ein Messwert in einerersten Auswerteeinrichtung und ein grober Vergleichswert geringererGenauigkeit in der zweiten Auswerteeinheit ermittelt wird. Der ermittelteMesswert wird durch Vergleich mit dem Vergleichswert validiert.OneMethod according to the inventionsees a fail-safe detection of measured values in a control unitin front. Measuring signals are generated in a sensor. In a firstand a second evaluation unit are measured values from the measurement signalsdetermined and then by comparing the measured values freedom from errorsdetected. It is provided that a measured value in afirst evaluation device and a rough comparison value lesserAccuracy is determined in the second evaluation unit. The determinedThe measured value is validated by comparison with the comparison value.
[0020] Eswird hierdurch die erforderliche Signalauswertung vereinfacht, ohnedass die Fehlerfreiheit des ermittelten Messwertes verloren geht.Auch ein Genauigkeitsverlust des Messwertes entsteht nicht. Jedochwird der Auswerteaufwand reduziert und durch Einsparung elektronischerBauelemente auch die Standzeit verbessert.ItThis simplifies the required signal evaluation, withoutthat the accuracy of the measured value is lost.Also a loss of accuracy of the measured value does not arise. howeverthe evaluation effort is reduced and by saving electronicComponents also improved the service life.
[0021] Gemäß vorteilhafterAusgestaltung der Erfindung erfolgt zusätzlich zum Erfassen der Messwerte einMessen eines Kontrollwertes, welcher eine periodisch wiederkehrendeReferenzposition erfasst, wobei eine Korrelation zwischen Messwertund Vergleichswert mittels des Kontrollwerts erfolgt. Durch denKontrollwert kann ein Signalabgleich an bekannter Position in einfacherWeise durchgeführtwerden und darüberhinaus ein Teil von Fehlern erkannt werden. Die Referenzpositionkann dabei wesentlich einfacher erfasst werden und bedarf geringerenAufwandes als eine feinere Erfassung von Messwerten. Insbesonderekann sie aus einem einfachen Tastschalter bestehen, der in bestimmterLage betätigt wird.According to an advantageous embodiment of the invention, in addition to the detection of the measured values, a measurement of a control value which detects a periodically recurring reference position takes place, with a correlation between the measured value and the comparison value taking place by means of the control value. By the control value, a signal matching can be performed in a known position in a simple manner and also a part of errors are detected. The reference position can be essential and requires less effort than a finer recording of measured values. In particular, it may consist of a simple push-button switch, which is operated in a certain position.
[0022] Gemäß vorteilhafterAusgestaltung der Erfindung weist der Geber zwei oder mehr Sensorenauf, welche zueinander korrelierte Messsignale erfassen. Das Ermittelndes Messwertes erfolgt dabei unter Berücksichtigung der Korrelationder beiden Messsignale zueinander, so dass insbesondere auch eine bessereSignalauflösungbzw. erhöhteGenauigkeit erzielbar ist. Das Ermitteln des Vergleichswertes erfolgtvorzugsweise ohne Berücksichtigungder Korrelation, wodurch die Auswertung vereinfacht wird.According to advantageousEmbodiment of the invention, the encoder has two or more sensorson, which detect correlated measuring signals. Determiningthe measured value takes into account the correlationthe two measurement signals to each other, so that in particular a bettersignal Resolutionor increasedAccuracy is achievable. The comparison value is determinedpreferably without considerationthe correlation, which simplifies the evaluation.
[0023] Gemäß bevorzugterAusgestaltung der Erfindung repräsentierendie Messwerte die Winkellage einer Welle, insbesondere der Welleeines Antriebes. Hierzu erzeugen die Sensoren des Gebers vorzugsweisein Abhängigkeitder Rotation der Welle Impulse, welche jeweils einen bestimmtenDrehwinkel repräsentieren.Diese Art der Messerfassung kann in einfacher Weise auch optischdurchgeführtwerden und zur Messung sowohl des Drehwinkels als auch der Drehgeschwindigkeitherangezogen werden.According to preferredRepresent embodiment of the inventionthe measured values the angular position of a shaft, in particular of the shafta drive. For this purpose, the sensors of the transmitter preferably generatedependent onthe rotation of the wave pulses, each one specificRepresent angle of rotation.This type of knife holder can also visually in a simple mannercarried outand for measuring both the rotation angle and the rotation speedbe used.
[0024] Gemäß weiterführenderAusgestaltung der Erfindung erzeugen die Sensoren des Gebers Messsignaleunterschiedlicher Genauigkeit. Dies reduziert den erforderlichenAufwand fürden zweiten Sensor, währendein Verlust an Messgenauigkeit nicht auftritt. Das Validieren desSignals des ersten Gebers kann dennoch durchgeführt werden und auch der Vergleichswertkann aus dem zweiten Messsignal geringerer Auflösung in einfacher Weise abgeleitet werden.According to continuingEmbodiment of the invention generate the sensors of the encoder measurement signalsdifferent accuracy. This reduces the requiredEffort forthe second sensor whilea loss of measurement accuracy does not occur. Validating theNevertheless, the signal of the first encoder can be carried out and also the comparison valuecan be derived from the second measurement signal of lower resolution in a simple manner.
[0025] Gemäß vorteilhafterAusgestaltung der Erfindung erfolgt beim Ermitteln des Messwertesin der ersten Auswerteeinrichtung ein erster Vergleich von Messwertund Grobwert. Somit ist eine qualitativ zuverlässige erste Auswertung gegeben,und der Vergleichswert geringerer Genauigkeit wird in zwei voneinanderunabhängigenEinrichtungen durchgeführt. Hierdurchwird die Zuverlässigkeitund die Fehleranalyse verbessert.According to advantageousEmbodiment of the invention takes place when determining the measured valuein the first evaluation device, a first comparison of measured valueand rough value. Thus, a qualitatively reliable first evaluation is givenand the comparative value of lesser accuracy will be in two from each otherindependentFacilities performed. herebybecomes the reliabilityand improved the error analysis.
[0026] Im Übrigen istdie Erfindung nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestelltenAusführungsbeispielsnäher erläutert, dabeizeigen:Incidentally, isthe invention hereinafter with reference to an illustrated in the drawingembodimentexplained in more detail, therebydemonstrate:
[0027] 1 inschematischer Darstellung eine erfindungsgemäßen Einrichtung; und 1 a schematic representation of a device according to the invention; and
[0028] 2 inBlockdarstellung die Ermittlung von Messwert und Vergleichswert. 2 in block representation the determination of measured value and comparison value.
[0029] Die 1 zeigtin schematischer Darstellung eine erfindungsgemäß ausgestaltete Einrichtung 10. Esist ein Geber 11 mit zwei Sensoren 12 und 13 vorgesehen.Dabei liegen die Messsig nale der beiden Sensoren 12, 13 ineiner durch Anordnung der Sensoren zueinander festgelegten Beziehung,welche in einer Plausibilitätsüberwachung überprüft werden. DieSignale der Sensoren 12 und 13 werden nahe demGeber 11 ausgewertet.The 1 shows a schematic representation of an inventively designed device 10 , It is a giver 11 with two sensors 12 and 13 intended. The measuring signals of the two sensors are located here 12 . 13 in a relationship established by arrangement of the sensors, which are checked in a plausibility check. The signals of the sensors 12 and 13 be near the giver 11 evaluated.
[0030] Dazuwerden die Signale der Sensoren 12 und 13 einerersten Auswerteeinrichtung 14 und einer zweiten Auswerteeinrichtung 15 zugeführt. Inder ersten Auswerteeinrichtung 14 wird ein Messwert ermittelt,währendin der zweiten Auswerteeinheit 15 mit entsprechend geringeremAufwand der Vergleichswert ermittelt wird.These are the signals of the sensors 12 and 13 a first evaluation device 14 and a second evaluation device 15 fed. In the first evaluation device 14 a measured value is determined while in the second evaluation unit 15 the comparative value is determined with a correspondingly lower expenditure.
[0031] Darüber hinausfindet parallel zur Signalauswertung in den Auswerteeinheiten eine Überprüfung desSignalpegels statt. Hierzu dient der Plausibilitätsprüfer, in dem überprüft wird,ob die Signalpegel der zwei Sensoren 12 und 13 inrichtigem Verhältniszueinander stehen. Insbesondere wird überprüft, ob sich der definierteVersatz der Signale ergibt, welcher aus der Lagebeziehung der beidenSensoren resultiert. Bei Drehgebern ist es beispielsweise möglich, dieSensoren in bestimmtem Versatz zueinander anzuordnen, so dass beispielsweisedie Signalpegel der beiden Sensoren 12, 13 infestem Verhältnisstehen, insbesondere könnendie Quadrate der Signalpegel einen konstanten Wert ergeben, wenndie Sensoren in einer Winkellage von 90° zueinander versetzt sind. Wirdbei der Plausibilitätsprüfung aufeinen Fehler geschlossen, so wird in einen sicheren Zustand übergegangen.In addition, a check of the signal level takes place parallel to the signal evaluation in the evaluation units. This is done by the plausibility checker, which checks whether the signal levels of the two sensors 12 and 13 in correct relationship to each other. In particular, it is checked whether the defined offset of the signals results, which results from the positional relationship of the two sensors. With encoders, it is possible, for example, to arrange the sensors in a specific offset relative to one another, so that, for example, the signal levels of the two sensors 12 . 13 In particular, the squares of the signal levels can give a constant value when the sensors are offset in an angular position of 90 ° to each other. If an error is concluded during the plausibility check, the system enters a safe state.
[0032] Messwert,Vergleichswert und Plausibilitätswertwerden insbesondere mittels einer fehlersicheren Datenübertragungseinrichtung 17,insbesondere einem lokalen Datenübertragungsbus,an den Frequenzumrichter übertragen.Das Protokoll fehlersicherer Datenübertragungseinrichtungen istinsbesondere so gewählt,dass im Falle von Übertragungsstörungen dieWerte wieder hergestellt werden können, also eine Redundanz imDatensatz gegeben ist oder Fehler mit Sicherheit festgestellt werden.Measured value, comparison value and plausibility value are in particular by means of a fail-safe data transmission device 17 , in particular a local data transfer bus, transmitted to the frequency converter. The protocol failsafe data transmission devices is chosen in particular so that in the case of transmission disturbances, the values can be restored, ie a redundancy is given in the record or errors are detected with certainty.
[0033] Ineinem Frequenzumrichter 17, der insbesondere für die lokaleDurchführungvon einer Regelung aufgrund von durch eine Steuereinheit 18 vorgegebenenSollwerten dient, wird der übermittelte Messwertfür dieRegelung von mit den Sensoren 12 und 13 verbundenen, überwachtenEinrichtungen, beispielsweise dem Drehantrieb einer rotierenden Welle,verwendet. Darüberhinaus wird mit einem Datenbus 19 Messwert, Vergleichswertund Plausibilitätswertan eine entfernt angeordnete Steuereinheit 19 übertragen,wozu wiederum eine fehlersichere Datenübertragung verwendet wird.In a frequency converter 17 in particular for the local implementation of a regulation on the basis of by a control unit 18 predetermined reference values is used, the transmitted measured value for the control of with the sensors 12 and 13 connected, monitored devices, such as the rotary drive of a rotating shaft used. In addition, using a data bus 19 Measured value, comparison value and plausibility value to a remote control unit 19 which, in turn, a fail-safe data transmission is used.
[0034] Inder Steuereinheit 18 wird aus dem Messwert und der Groblageein Vergleich durchgeführt undfestgestellt, ob Fehler vorliegen. Ist dies der Fall, so kann mitder Warneinrichtung 20 ein Alarm geschlagen werden.In the control unit 18 a comparison is made from the measured value and the coarse layer and it is determined whether there are errors. If this is the case, so can with the warning device 20 to be sounded an alarm.
[0035] Sowohlin den Frequenzumrichter 17 als auch in der Steuereinheit 19 werdenaus dem Messwert Istwerte füreine Bewegungsüberwachung,beispielsweise eine Stillstandskontrolle ermittelt. Hierzu dienendie Bewegungsüberwacher 21.Die unabhängigvoneinander ermittelten Istwerte werden über den Datenbus 19 gegenseitig übermitteltund jeweils in einer Kreuzvergleichseinrichtung 22 miteinanderverglichen, so dass eine doppelte Redundanz in der Bewegungsüberwachunggegeben ist.Both in the frequency converter 17 as well as in the control unit 19 From the measured value, actual values for motion monitoring, for example a standstill control, are determined. The motion monitors serve this purpose 21 , The independently determined actual values are transmitted via the data bus 19 transmitted to each other and each in a cross comparison device 22 compared with each other, so that a double redundancy in the motion monitoring is given.
[0036] Die 2 zeigtdie Auswertung der Signale des Gebers 11. Der Geber weist 2 Sensoren 12, 13 auf,die in bestimmter Lage zueinander angeordnet sind. Deren Signalewerden sowohl an die erste Auswerteeinrichtung 14 als auchan die zweite Auswerteeinrichtung 15 übermittelt.The 2 shows the evaluation of the signals of the encoder 11 , The giver points 2 sensors 12 . 13 on, which are arranged in a certain position to each other. Their signals are both to the first evaluation 14 as well as to the second evaluation device 15 transmitted.
[0037] Inder ersten Auswerteeinrichtung wird zur Ermittlung des Messwerteseine Analog-Digital-Umwandlung 23 der Signale der beidenSensoren 12 und 13 durchgeführt. Aus einer Verknüpfung derSignale unter Berücksichtigungder räumlichenLage der Sensoren 12, 13 zueinander wird eineSignalverarbeitung 24 durchgeführt, deren Ergebnis der Messwert 25 ist.Diesem Messwert 25 wird noch ein erster Vergleichswert 27 zugeordnet,welcher dadurch ermittelt wird, dass das Überschreiten gewisser Signalpegel 28 überwachtwird, und in einer Signalzusammenführung 26 zu einemersten Vergleichswert 27 zusammengeführt wird.In the first evaluation device to determine the measured value is an analog-to-digital conversion 23 the signals of the two sensors 12 and 13 carried out. From a combination of the signals taking into account the spatial position of the sensors 12 . 13 each other is a signal processing 24 whose result is the measured value 25 is. This reading 25 is still a first comparison value 27 which is determined by the fact that the exceeding of certain signal levels 28 is monitored and in a signal merge 26 to a first comparison value 27 is merged.
[0038] Unabhängig vomErmitteln des ersten Vergleichswertes wird ein zweiter Vergleichswert 27 in derzweiten Auswerteeinheit 15 ermittelt, wobei hier wiederumeine Signalpegelüberwachung 28 undeine Signalzusammenführung 26 stattfindet.Als Ergebnis der Auswertung steht ein Messwert 25 und derVergleichswert 27 zur Verfügung.Regardless of determining the first comparison value, a second comparative value is determined 27 in the second evaluation unit 15 determined, in which case again a signal level monitoring 28 and a signal merge 26 takes place. The result of the evaluation is a measured value 25 and the comparative value 27 to disposal.

权利要求:
Claims (13)
[1]
Einrichtung (10) zum fehlersicherenErfassen von Messwerten in einer Steuereinheit (17, 18),mit einem Geber (11) zum Erfassen von Messsignalen, unabhängig voneinanderarbeitenden Auswerteeinrichtungen (14, 15) zumredundanten Ermitteln von Messwerten (25) aus den Messsignalendes Gebers (11) und Übermittlungseinrichtungenzum fehlersicheren Übermittelnder Daten an die Steuereinheit (17, 18), dadurchgekennzeichnet, dass eine erste Auswerteeinrichtung (14)zum Ermitteln eines Messwertes (25), eine zweite Auswerteeinrichtung(15) zum Ermitteln eines groben Vergleichswertes geringererGenauigkeit vorgesehen sind, und eine Einrichtung(10) zumFeststellen der Fehlerfreiheit des Messwertes (25) durch Überprüfen mitdem Vergleichswert (27) vorgesehen ist.Facility ( 10 ) for fail-safe acquisition of measured values in a control unit ( 17 . 18 ), with a donor ( 11 ) for acquiring measuring signals, independently operating evaluation devices ( 14 . 15 ) for the redundant determination of measured values ( 25 ) from the measuring signals of the encoder ( 11 ) and transmission devices for fail-safe transmission of the data to the control unit ( 17 . 18 ) characterized in that a first evaluation device ( 14 ) for determining a measured value ( 25 ), a second evaluation device ( 15 ) are provided for determining a rough comparative value of lesser accuracy, and a device ( 10 ) for determining the correctness of the measured value ( 25 ) by checking with the comparison value ( 27 ) is provided.
[2]
Einrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass die erste und zweite Auswerteeinrichtung (14, 15)im Bereich des Gebers (11) vorgesehen sind, zum fehlersicheren Übermittelndes Messwertes (25) und des Vergleichswertes (27)eine Übertragungseinrichtungendient, wobei die Einrichtung (10) zum Feststellen der Fehlerfreiheitin einer beabstandet zum Geber (11) angeordneten Steuereinheitvorgesehen ist.Facility ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the first and second evaluation device ( 14 . 15 ) in the area of the encoder ( 11 ) are provided for fail-safe transmission of the measured value ( 25 ) and the comparative value ( 27 ) a transmission device, the device ( 10 ) for determining freedom from errors in a distance to the encoder ( 11 ) is arranged arranged control unit.
[3]
Einrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlichzu Messwert (25) und Vergleichswert (27) ein Kontrollwertgemessen wird, der eine periodisch wiederkehrende Referenzpositionerfasst.Facility ( 10 ) according to claim 1 or 2, characterized in that in addition to the measured value ( 25 ) and comparative value ( 27 ) a control value is measured which detects a periodically recurring reference position.
[4]
Einrichtung (10) nach einem der vorangegangenenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass der Geber (11) ein Drehgeberinsbesondere eines Antriebes ist.Facility ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the encoder ( 11 ) is a rotary encoder, in particular a drive.
[5]
Einrichtung (10) nach einem der vorangegangenenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass der Ge ber (11) wenigstenszwei unabhängigeSensoren (12, 13) zum Erzeugen von Messsignalenaufweist, wobei die Messsignale der Sensoren zueinander korreliertsind.Facility ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the encoder ( 11 ) at least two independent sensors ( 12 . 13 ) for generating measurement signals, wherein the measurement signals of the sensors are correlated to each other.
[6]
Einrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurchgekennzeichnet, dass die Sensoren (12, 13) desGebers (11) Messsignale unterschiedlicher Genauigkeit erzeugen.Facility ( 10 ) according to claim 5, characterized in that the sensors ( 12 . 13 ) of the encoder ( 11 ) Generate measuring signals of different accuracy.
[7]
Einrichtung (10) nach einem der vorangegangenenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung der Messwerte in einemexternen, vorzugsweise mittels einem Netzwerk insbesondere mit fehlersichererDatenübertragungangebundenen Steuergerät(17, 18) erfolgt.Facility ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation of the measured values in an external, preferably by means of a network in particular with fail-safe data transmission connected control unit ( 17 . 18 ) he follows.
[8]
Verfahren zum fehlersicheren Erfassen von Messwerten(25) in einer Steuereinheit, mit einem Geber (11)zum Erzeugen von Messsignalen, einer ersten und einer zweiten Auswerteeinheit(14, 15) zum Ermitteln von Messwerten (25)aus den Messsignalen und dem Feststellen der Fehlerfreiheit der Messwerte(25) durch Vergleich miteinander, dadurch gekennzeichnet,dass ein Messwert (25) in einer ersten Auswerteeinrichtung(14) und ein grober Vergleichswert (27) geringererGenauigkeit ermittelt wird und der Messwert (25) durch Überprüfen mit demVergleichswert (27) erfolgt.Method for fail-safe acquisition of measured values ( 25 ) in a control unit, with a transmitter ( 11 ) for generating measurement signals, a first and a second evaluation unit ( 14 . 15 ) for determining measured values ( 25 ) from the measuring signals and the determination of the correctness of the measured values ( 25 ) by comparison with each other, characterized in that a measured value ( 25 ) in a first evaluation device ( 14 ) and a rough comparative value ( 27 ) and the measured value ( 25 ) by checking with the comparison value ( 27 ) he follows.
[9]
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,dass zusätzlichzu den Messwerten (25) ein Kontrollwert gemessen wird,welcher eine periodisch wiederkehrende Referenzposition erfasst,wobei eine Korrelation zwischen Messwert (25) und Vergleichswert(27) mittels des Kontrollwerts erfolgt.Method according to claim 8, characterized in that in addition to the measured values ( 25 ) one Control value which detects a periodically recurring reference position, whereby a correlation between measured value ( 25 ) and comparative value ( 27 ) using the control value.
[10]
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,dass der Geber (11) zwei Sensoren (12, 13)aufweist, welche zueinander korrelierte Messsignale erfasst, wobeidas Erzeugen des Messwertes (25) unter Berücksichtigungder Korrelation der beiden Messsignale zueinander erfolgt, während derVergleichswert (27) ohne Berücksichtigung der Korrelationerfolgt.Method according to one of claims 8 or 9, characterized in that the encoder ( 11 ) two sensors ( 12 . 13 ), which detects correlated measuring signals, the generation of the measured value ( 25 ) taking into account the correlation of the two measurement signals to each other, while the comparison value ( 27 ) without taking into account the correlation.
[11]
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet,dass die Messwerte (25) die Winkellage einer Welle, insbesondereder Welle eines Antriebes erfassen, und die Sensoren (12, 13)des Gebers (11) vorzugsweise in Abhängigkeit der Rotation der WelleImpulse erzeugt, welche jeweils einen bestimmten Drehwinkel repräsentieren.Method according to one of claims 8 to 10, characterized in that the measured values ( 25 ) detect the angular position of a shaft, in particular the shaft of a drive, and the sensors ( 12 . 13 ) of the encoder ( 11 ) preferably generates pulses in response to the rotation of the shaft, which each represent a certain angle of rotation.
[12]
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet,dass die Sensoren (12, 13) des Gebers (11)Messsignale unterschiedlicher Genauigkeit erzeugen.Method according to one of claims 10 or 11, characterized in that the sensors ( 12 . 13 ) of the encoder ( 11 ) Generate measuring signals of different accuracy.
[13]
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet,dass beim Ermitteln des Messwertes (25) in der ersten Auswerteeinrichtung(14) ein erster Vergleich von Messwert (25) und Grobwerterfolgt.Method according to one of claims 8 to 12, characterized in that when determining the measured value ( 25 ) in the first evaluation device ( 14 ) a first comparison of measured value ( 25 ) and coarse value.

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公开号 | 公开日

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WO2005109132A1|2005-11-17|

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2005-12-08| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|

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2011-10-10| R018| Grant decision by examination section/examining division|

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2012-08-30| R020| Patent grant now final|Effective date: 20120524 |

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2018-12-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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