BRPI1100822A2 - servomecanismo, dispositivo de acionamento para o servomotor, unidade de seguranÇa e mÉtodo para controlar o servomecanismo - Google Patents

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Abstract

SERVOMECANISMO, DISPOSITIVO DE ACIONAMENTO PARA O SERVOMOTOR, UNIDADE DE SEGURANÇA E MÉTODO PARA CONTROLAR O SERVOMECANISMO. A segurança de um servomecanismo é garantida sem ter que substituir o codificador usado nele por um codificador com função de segurança. Um servoacionador define um valor de instrução para certa operação do servomotor com base em um sinal de instrução advindo de um controlador. O servoacionador envia o valor de instrução e um valor de realimentação, obtido com base em um sinal de realimentação, a uma unidade de segurança. Quando ao menos um dentre os valores de instrução e realimentação enviados pelo servoacionador tiver um valor anormal, gera-se um sinal STO, que é enviado ao servoacionador. Quando o servoacionador recebe o sinal STO, ele deixa de alimentar eletricidade ao servomotor. Dessa forma, toma-se possível configurar um servomecanismo que cumpra com os padrões de segurança usando um codificador de uso convencional.

Description

Patente de Invenção para "SERVOMECANISMO, DISPOSITIVO DE ACIONAMENTO PARA O SERVOMOTOR, UNIDADE DE SEGURANÇA E MÉTODO PARA CONTROLAR O SERVOMECANISMO"
CAMPO TÉCNICO
A presente invenção refere-se a um servomecanismo, a um dispositivo de acionamento para o servomotor, a uma unidade de segurança e a um método para controlar o servomecanismo.
TÉCNICA RELACIONADA
Os servomecanismos são usados para controlar o posicionamento das peças móveis de várias máquinas, por exemplo. Um exemplo de servomecanismo inclui um servomotor para operar vários tipos de equipamentos mecânicos, um codificador ligado ao servomotor, um servoacionador para acionar o servomotor e um dispositivo de controle para enviar instruções de posicionamento, ou seus semelhantes, ao servoacionador.
Há pouco, junto com menores gastos e maior produtividade, a tomada de medidas para garantir a segurança dos trabalhadores se tornou uma questão importante no campo da fabricação. Por esse motivo, há uma demanda crescente por servomecanismos conforme descrito acima que cumpram esses padrões de segurança. O IEC61800 se estabeleceu como um padrão de segurança para sistemas elétricos de transmissão automática de velocidade ajustável, tal como sistemas munidos de servomotor.
A parte 5-2 do IEC61800 (doravante chamada de "IEC61800-5-2"), publicada em julho de 2007, dita requisitos de segurança em termos de funções, a saber, requisitos referentes a uma função de movimento segura.
Além disso, o IEC61508 também se estabeleceu como padrão de segurança. Ele inclui padrões internacionais referentes à segurança funcional de sistemas programáveis elétricos/eletrônicos seguros. Nele, a probabilidade de falha do sistema é estipulada em uma escala chamada de NIL (Nível de Integridade de Segurança). Requisitos a serem satisfeitos são definidos para cada NIL, clarificando assim pontos a serem cumprimos pelo sistema de controle de segurança que será construído. A NIL possui quatro níveis, de NILl a NIL4, sendo NIL4 o mais alto. A IEC61800-5-2 também adota a NIL para avaliar o nível de segurança da estrutura do sistema.
A fim de garantir a segurança em um sistema que inclua um servomotor, é necessário que o codificador detecte com precisão a velocidade de rotação e a posição da rotação do servomotor, ou seus semelhantes. Para tanto, há uma demanda para garantir transmissões confiáveis por parte do codificador. Também há uma demanda de contramedidas, tal como para interromper a alimentação de eletricidade ao servomotor quando o resultado da detecção do codificador for anormal. O método mais fácil de se garantir a transmissão confiável do codificador é o munindo de um sistema de circuitos interno redundante (por exemplo, duplicado) e, assim, verificar se seus dados de saída estão corretos. Ademais, no caso de um codificador do tipo SEN/COS, em que são gerados sinais de seno (SEN) e cosseno (COS), também há conhecimento de um método em que se comprova que dois sistemas de SEN e COS independentes um do outro se encontram constantemente em uma relação predeterminada com base na relação SEN2 + COS2 = 1.
Por exemplo, o documento de patente 1 revela um sistema de medição incluindo dois codificadores do tipo SEN/COS independentes um do outro.
Além disso, por exemplo, o documento sem ser de patente 1 revela um método para gerar dois conjuntos de dados de posicionamento independentes um do outro pela varredura simultânea dentro dos codificadores. Com este método, dois conjuntos de dados de posicionamento são enviados a um dispositivo de monitoramento disposto do lado do controle de segurança. O dispositivo de monitoramento compara os dois conjuntos de dados de posicionamento um ao outro e envia ambos e um fragmento de erro independente deles para o lado do controle de segurança. Do lado do controle de segurança, monitora-se em intervalos de tempo regulares se o sistema de medição do posicionamento que atende aos requisitos de segurança está funcionando corretamente. DOCUMENTOS RELACIONADOS DA TÉCNICA
Documentos de patente
[Documento de patente 1] JP Hl 1-51409IA
Documentos sem ser de patente
[Documento sem ser de patente 1] "Position Measurement System Complying with Safety Requirements", março de 2008 (on-line) (buscado no dia 18 de fevereiro de 2010), Internet (URL: http://www.heidenhain.jp/file admin/pdb/media/img/596632-J1.pdf)
Se dois codificadores independentes forem instalados, há necessidade de uma área de instalação duas vezes maior do que o necessário para um único codificador. Ademais, o custo do sistema aumenta com o número de codificadores. Não obstante, a fim de realizar a detecção com alta precisão, as configurações iniciais dos dois codificadores devem ser realizadas estritamente para que seus valores de detecção não divirjam um do outro. No entanto, é preciso de mais tempo e gastos para as configurações iniciais dos codificadores. Além disso, quando os dois codificadores têm o mesmo sistema de circuitos, podem ocorrer falhas comuns a ambos.
No mais, se usarmos um codificador em que forem gerados dois conjuntos de dados de posicionamento independentes um do outro, tal como o codificador do tipo SEN/COS, ou se usarmos dois codificadores independentes um do outro conforme descrito acima, o controle de realimentação com o uso de dois conjuntos de dados pode se tornar complicado. Ademais, quando o sistema de circuitos é configurado para gerar dois conjuntos de dados com um único codificador, o custo do codificador aumenta.
Além disso, um codificador do tipo SEN/COS geralmente transmite sinais analógicos. Quando a distância de transmissão de um sinal analógico é longa, o sinal tende a diminuir ou se tornar ruidoso, e, portanto, a confiabilidade do valor detectado diminui. Com o intuito de evitar esses problemas, deseja-se que o codificador tenha a função de enviar valores digitais.
Contudo, a fim de comprovar que uma lógica para comunicações digitais atende aos requisitos de segurança, ela precisa ser produzida conforme o procedimento de desenvolvimento estipulado no IEC61508. Em especial, se faz necessário um componente que transmita vários sinais para diagnosticar falhas no codificador. Por convenção, construímos sistemas de controle de segurança usando um codificador desenvolvido especialmente para esse fim. Portanto, substituir um sistema existente por um que atenda aos padrões de segurança requer modificações intensas do sistema.
SUMÁRIO
O objetivo da presente invenção é o de garantir a segurança de um servomecanismo sem substituir o codificador usado nele por um codificador com função de segurança. De acordo com um aspecto da invenção, propomos um servomecanismo que inclua um servomotor, um dispositivo de controle que transmite sinais de instrução para controlar o acionamento do servomotor, um codificador que detecta a operação do servomotor e transmite sinais de realimentação que representam a operação detectada, um servoacionador e uma unidade de segurança. O servoacionador gera um valor de instrução para a operação do servomotor com base no sinal de instrução advindo do dispositivo de controle e no sinal de realimentação advindo do codificador e aciona o servomotor de modo que sua operação siga o valor de instrução. A unidade de segurança monitora se o servomotor está sendo controlado em condições normais comparando um parâmetro predeterminado dentro dela (limite de velocidade, limite de posicionamento ou algo do gênero) ao sinal de realimentação advindo do codificador. Enquanto o servoacionador realizar o controle em condições normais, a operação normal continua. Quando a unidade de segurança determinar que o servoacionador não está realizando o controle em condições normais, a produção de torque do servomotor é interrompida como resultado de um sinal de interrupção enviado pela unidade de segurança ao servoacionador que é recebido diretamente por um circuito de interrupção de produção do servoacionador. Neste ponto, é importante que o sinal de realimentação advindo do codificador, que a unidade de segurança usa como critério de determinação, seja normal. Por essa razão, a unidade de segurança recebe do servoacionador o valor de instrução e um valor de realimentação, obtido com base no sinal de realimentação como resultado de o servomotor ter sido acionado seguindo o valor de instrução, e gera um sinal de interrupção quando um ou ambos os valores de instrução e realimentação tiverem um valor anormal.
De preferência, a unidade de segurança gera o sinal de interrupção quando uma condição predeterminada para determinar se um ou ambos os valores de instrução e realimentação têm um valor anormal for satisfeita. A condição predeterminada é pelo menos uma dentre uma primeira condição em que a diferença entre o valor de instrução e o valor de realimentação encontra-se fora de um limite aceitável predeterminado, uma segunda condição em que o valor de instrução ultrapassa um primeiro valor-limite superior predeterminado e uma terceira condição em que o valor de realimentação ultrapassa um segundo valor-limite superior predeterminado.
De preferência, o valor de instrução é um valor para instruir a velocidade de rotação do servomotor.
De preferência, o servoacionador interrompe a alimentação de eletricidade ao servomotor em resposta ao sinal de interrupção.
De acordo com outro aspecto da invenção, propomos um dispositivo de acionamento de servomotores para acionar um servomotor. O dispositivo de acionamento de servomotores inclui um servoacionador e uma unidade de segurança. O servoacionador gera um valor de instrução para uma operação do servomotor com base em um sinal de instrução para controlar o acionamento do servomotor enviado por um dispositivo de controle e um sinal de realimentação para detectar a operação do servomotor enviado por um codificador e aciona o servomotor de modo que sua operação siga o valor de instrução. A unidade de segurança interrompe a produção de torque do servomotor ou o servoacionador controla o servomotor ao receber um sinal de interrupção da unidade de segurança a fim de interromper sua produção de torque. A unidade de segurança recebe do servoacionador o valor de instrução e um valor de realimentação, obtido com base no sinal de realimentação como resultado de o servomotor ter sido acionado seguindo o valor de instrução, e gera o sinal de interrupção quando pelo menos um dentre os valores de instrução e realimentação tiver um valor anormal.
De preferência, a unidade de segurança gera o sinal de interrupção quando uma condição predeterminada para determinar que pelo menos um dos valores de instrução e realimentação tem um valor anormal for satisfeita. A condição predeterminada é pelo menos uma dentre uma primeira condição em que a diferença entre o valor de instrução e o valor de realimentação encontra-se fora de um limite aceitável predeterminado, uma segunda condição em que o valor de instrução ultrapassa um primeiro valor-limite superior predeterminado e uma terceira condição em que o valor de realimentação ultrapassa um segundo valor-limite superior predeterminado.
De preferência, o valor de instrução é um valor para instruir a velocidade de rotação do servomotor.
De preferência, o servoacionador interrompe a alimentação de eletricidade ao servomotor em resposta ao sinal de interrupção.
De acordo com outro aspecto da invenção, propomos uma unidade de segurança usada em um servomecanismo. O servomecanismo inclui um servomotor, um dispositivo de controle que emite sinais de instrução para controlar o acionamento do servomotor, um codificador que detecta a operação do servomotor e gera sinais de realimentação que representam a operação detectada e um servoacionador que gera valores de instrução para a operação do servomotor com base no sinal de instrução advindo do dispositivo de controle e no sinal de realimentação advindo do codificador e aciona o servomotor de modo que sua operação siga o valor de instrução. Ao receber um sinal de interrupção da unidade de segurança, o servoacionador controla o servomotor para que ele pare de produzir torque. A unidade de segurança inclui uma unidade determinadora para determinar se ao menos um dentre o valor de instrução e o valor realimentação, obtido com base no sinal de realimentação, satisfaz uma condição predeterminada e uma unidade de geração de sinais para gerar o sinal de interrupção quando a unidade determinadora determinar que ao menos um dos valores de instrução e realimentação satisfaz a condição predeterminada.
De preferência, a condição predeterminada é pelo menos uma dentre uma primeira condição em que a diferença entre o valor de instrução e o valor de realimentação encontra-se fora de um limite aceitável predeterminado, uma segunda condição em que o valor de instrução ultrapassa um primeiro valor-limite superior predeterminado e uma terceira condição em que o valor de realimentação ultrapassa um segundo valor-limite superior predeterminado.
De preferência, o valor de instrução é um valor para instruir a velocidade de rotação do servomotor.
De preferência, o servoacionador interrompe a alimentação de eletricidade ao servomotor em resposta ao sinal de interrupção.
De acordo com outro aspecto da invenção, propomos um método para controlar um servomecanismo que inclua um servomotor, um dispositivo de controle que emite sinais de instrução para controlar o acionamento do servomotor, um codificador que detecta a operação do servomotor e gera sinais de realimentação que representam a operação detectada, um servoacionador e uma unidade de segurança. O servoacionador gera um valor de instrução para a operação do servomotor com base no sinal de instrução advindo do dispositivo de controle e no sinal de realimentação advindo do codificador e aciona o servomotor de modo que sua operação siga o valor de instrução. A unidade de segurança conecta-se a um circuito que interrompe a produção de torque do servomotor. O servoacionador é configurado de modo que a produção de torque do servomotor seja impossibilitada ao recebimento um sinal de interrupção da unidade de segurança. O método para controlar um servomecanismo inclui as etapas de determinar se ao menos um dentre o valor de instrução e o valor de realimentação, obtido com base no sinal de realimentação, satisfaz uma condição predeterminada e gerar o sinal de interrupção quando se determinar, na etapa de determinação, que ao menos um dos valores de instrução e realimentação satisfaz a condição predeterminada.
De preferência, a condição predeterminada é pelo menos uma dentre uma primeira condição em que a diferença entre o valor de instrução e o valor de realimentação encontra-se fora de um limite aceitável predeterminado, uma segunda condição em que o valor de instrução ultrapassa um primeiro valor-limite superior e uma terceira condição em que o valor de realimentação ultrapassa um segundo valor-limite superior.
De preferência, o valor de instrução é um valor para instruir a velocidade de rotação do servomotor.
De preferência, o servoacionador interrompe a alimentação de eletricidade ao servomotor em resposta ao sinal de interrupção. Com a presente invenção, podemos garantir a segurança do servomecanismo sem ter que substituir o codificador usado nele por um codificador com função de segurança.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A Fig. 1 é um diagrama de configuração esquemático ilustrando um servomecanismo de acordo com uma concretização da invenção;
a Fig. 2 é um diagrama ilustrando uma concretização do servoacionador e da unidade de segurança ilustrados na Fig. 1;
a Fig. 3 é um diagrama funcional em blocos ilustrando uma configuração do servoacionador e da unidade de segurança ilustrados na Fig. 1;
a Fig. 4 é um fluxograma ilustrando como a unidade de segurança ilustrada na Fig. 1 gera o sinal de interrupção;
a Fig. 5 é um diagrama ilustrando a configuração de um exemplo comparativo de uma concretização da invenção;
a Fig. 6 é um diagrama ilustrando uma mudança típica de um valor de instrução de velocidade e de um valor de realimentação no controle de realimentação do servomecanismo;
e a Fig. 7 apresenta diagramas conceituais ilustrando casos em que a conduta do valor de realimentação e do valor de instrução, respectivamente, é anormal.
DESCRIÇÃO DETALHADA
Daqui em diante, descreveremos concretizações preferidas da presente invenção em detalhes e com referência aos desenhos. Neles, componentes idênticos ou equivalentes são indicados por números idênticos e sua descrição posterior é omitida.
A Fig. 1 é um diagrama de configuração esquemático ilustrando um servomecanismo de acordo com uma concretização da invenção. Com referência a ela, um servomecanismo 100 é usado como um sistema para acionar vários tipos de equipamentos mecânicos não-ilustrados nos desenhos (por exemplo, braços de robôs industriais). O servomecanismo 100 inclui uma rede 1, um servomotor 2, um codificador 3, um servoacionador 4, um controlador 5 e uma unidade de segurança 10.
O servomotor 2 é um servomotor de CA, por exemplo. O codificador 3 liga-se ao servomotor 2 a fim de detectar sua operação. Ele gera um sinal de realimentação que representa a operação detectada do servomotor 2 e o envia ao servoacionador 4. O sinal de realimentação contém, por exemplo, informações quanto à posição de rotação (ângulo) do eixo de rotação do servomotor 2 ou informações quanto à velocidade de rotação do eixo de rotação. O codificador 3 pode ser um codificador incrementai típico ou um codificador absoluto.
0 servoacionador 4 recebe um sinal de instrução do controlador 5 pela rede 1, além de receber o sinal de realimentação transmitido pelo codificador 3. O servoacionador 4 aciona o servomotor 2 com base no sinal de instrução do controlador 5 ou no sinal de realimentação do codificador 3. Ademais, o servoacionador 4 envia ao controlador 5 informações indicando anomalias internas por meio da rede 1.
O servoacionador 4 recebe energia de corrente alternada (CA) de uma fonte de alimentação de CA 11 pelos contatores 12 e 13. Nesta concretização, o servoacionador 4 é de um tipo que recebe corrente alternada trifásica, mas pode ser de um tipo que receba corrente alternada monofásica. Os contatores 12 e 13 são ligados/desligados por um sinal enviado por um dispositivo de entrada 14 como um botão de alarme na porta do veículo ou cortina de luz de segurança.
O servoacionador 4 define um valor de instrução para a operação do servomotor 2 com base no sinal de instrução do controlador 5. Além disso, o servoacionador 4 aciona o servomotor 2 de modo que ele opere seguindo o valor de instrução. Mais especificamente, o servoacionador 4 controla a corrente de acionamento do servomotor 2 de acordo com o valor de instrução.
Ademais, o servoacionador 4 envia o valor de instrução e o valor de realimentação, obtido a partir do sinal de realimentação, à unidade de segurança 10. O valor de instrução é um valor de instrução de velocidade, por exemplo, e o valor de realimentação corresponde à velocidade de rotação do servomotor 2.
Quando o servoacionador 4 recebe adicionalmente um sinal STO, que serve como sinal de interrupção, ele interrompe a produção de torque por parte do servomotor 2. Mais especificamente, quando o servoacionador 4 recebe o sinal STO, ele deixa de alimentar a corrente de acionamento ao servomotor 2.
O controlador 5 consiste, por exemplo, em um controlador programável (CLP), uma unidade de controle do posicionamento ou algo do gênero, e envia sinais de instrução para controlar o acionamento (por exemplo, controlar o posicionamento) do servomotor 2.
Se pelo menos um dentre o valor de instrução e o valor de realimentação enviados pelo servoacionador 4 for um valor anormal, a unidade de segurança 10 gera o sinal STO e o envia ao servoacionador 4.
A Fig. 2 é um diagrama ilustrando uma concretização do servoacionador e da unidade de segurança ilustrados na Fig. 1. O servoacionador e a unidade de segurança constituem um dispositivo de acionamento do servomotor.
Com referência à Fig. 2, nesta concretização, o servoacionador 4 e a unidade de segurança 10 são concretizados como dispositivos distintos. Embora não seja ilustrado nos desenhos, a unidade de segurança 10 não só recebe o valor de instrução e o valor de realimentação do servoacionador 4 como também envia o sinal STO ao servoacionador 4 em função de se conectar a ele por um meio de conexão, como conector ou cabo.
A unidade de segurança e o servoacionador podem ser concretizados como uma peça inteiriça. Por exemplo, o servoacionador 4 e a unidade de segurança 10 podem ser acomodados dentro de uma mesma carcaça.
A Fig. 3 é um diagrama funcional em blocos ilustrando uma configuração do servoacionador e da unidade de segurança da Fig. 1. Com referência à Fig. 3, o servoacionador 4 inclui uma unidade de processamento de realimentação 21, uma unidade de controle 22, uma unidade de acionamento da modulação por largura de pulso (PWM) 24, uma unidade de circuito inversor 25 e uma unidade de interrupção 23.
A unidade de processamento de realimentação 21 gera um valor de realimentação com base no sinal de realimentação advindo do codificador 3. Por exemplo, quando o codificador 3 envia pulsos, e a unidade de processamento de realimentação 21 calcula a velocidade de rotação do servomotor 2 contando os pulsos e gera o valor de realimentação contendo um valor que representa a velocidade de rotação. Além da velocidade de rotação do servomotor 2, o valor de realimentação pode conter um valor referente à posição de rotação (ângulo) do eixo de rotação do servomotor 2. A unidade de processamento de realimentação 21 transmite o valor de realimentação à unidade de controle 22, além de transmiti-lo para fora do servoacionador 4. O valor de realimentação transmitido pelo servoacionador 4 é enviado à unidade de segurança 10.
A unidade de controle 22 recebe um sinal de instrução do controlador 5 e um valor de realimentação da unidade de processamento de realimentação 21. Em seguida, ela gera um valor de instrução para executar o controle do posicionamento, da velocidade e do torque pelo controle de realimentação com base no sinal de instrução e no valor de realimentação. Vale observar que descreveremos o controle da velocidade mais adiante. A unidade de controle 22 gera um valor de instrução de velocidade pelo controle de realimentação com base no sinal de instrução e no valor de realimentação (velocidade de rotação). O valor de instrução de velocidade é transmitido à unidade de interrupção 23 e também para fora do servoacionador 4. O valor de instrução de velocidade transmitido pelo servoacionador 4 é enviado à unidade de segurança 10 como um sinal de monitoramento.
Quando a unidade de interrupção 23 recebe um sinal STO da unidade de segurança 10, ela interrompe a unidade de circuito inversor 25 impedindo que os sinais PWM passem eletricamente por ela. Por conseguinte, a produção de torque do servomotor 2 para. Em contrapartida, quando a unidade de interrupção 23 não recebe nenhum sinal STO, ela permite que o valor de instrução de velocidade emitido pela unidade de controle 22 passe por ela.
A unidade de circuito inversor 25 recebe sinais da unidade de acionamento PWM 24 por intermédio da unidade de interrupção 23. Embora não ilustrado nos desenhos, a unidade de circuito inversor 25 é configurada com um elemento de comutação semicondutor tal como um IGBT (Transistor Bipolar de Porta Isolada). A unidade de acionamento PWM 24 gera sinais para ligar/desligar o elemento de chaveamento de acordo com a PWM com base no valor de instrução de velocidade. A unidade de circuito inversor 25 liga/desliga o elemento de chaveamento de acordo com os sinais. Sendo assim, o servomotor 2 recebe eletricidade e é acionado de acordo com o valor de instrução de velocidade. Em contrapartida, quando a unidade de interrupção 23 opera, o sinal da unidade de acionamento PWM 24 é configurado para desligar. Sendo assim, a alimentação de eletricidade ao servomotor 2 cessa e ele para de funcionar. Em decorrência da interrupção do servomotor 2, a produção de torque por parte dele cessa.
A unidade de segurança 10 inclui uma unidade de armazenamento de valores fixos 31, uma unidade de comparação 32, uma unidade de geração de sinais 33 e uma unidade de ativação do monitoramento 34. Valores-Iimite superior e inferior de um limite aceitável para a diferença entre o valor de instrução de velocidade e o valor de realimentação são armazenados com antecedência na unidade de armazenamento de valores fixos 31.
A unidade de comparação 32 recebe o valor de instrução de velocidade e o valor de realimentação do servoacionador 4. Ela compara a diferença entre o valor de instrução de velocidade e o valor de realimentação ao valor-limite superior do limite aceitável e emite o resultado da comparação. Ela também compara a diferença entre o valor de instrução de velocidade e o valor de realimentação ao valor-limite inferior do limite aceitável e emite o resultado da comparação. Os valores- limite superior e inferior do limite aceitável são armazenados na unidade de armazenamento de valores fixos 31 com antecedência, e a unidade de comparação 32 usa os valores-limite superior e inferior nela armazenados. É possível determinar se a diferença entre o valor de instrução de velocidade e o valor de realimentação encontra-se dentro do limite aceitável com base no resultado da unidade de comparação 32.
O valor-limite superior do valor de instrução de velocidade e o valor-limite superior do valor de realimentação são armazenados na unidade de armazenamento de valores fixos 31 com antecedência. Vale observar que, para fins de diferenciação, doravante, chamaremos o valor-limite superior do valor de instrução de velocidade de "primeiro valor-limite superior" e, o valor-limite superior do valor de realimentação, de "segundo valor-limite superior". A unidade de comparação 32 compara o valor de instrução de velocidade recebido do servoacionador 4 ao primeiro valor-limite superior armazenado na unidade de armazenamento de valores fixos 31. Da mesma forma, ela compara o valor de realimentação recebido do servoacionador 4 ao segundo valor-limite superior armazenado na unidade de armazenamento de valores fixos 31. Assim, é possível determinar se o valor de instrução de velocidade ultrapassa o primeiro valor- limite superior com base no resultado da unidade de comparação 32. Da mesma forma, é possível determinar se o valor de realimentação ultrapassa o segundo valor-limite superior com base no resultado da unidade de comparação 32.
Com base no resultado da unidade de comparação 32, a unidade de geração de sinais 33 determina se uma situação em que qualquer um dos valores-limite é ultrapassado corresponde a uma situação anormal. Se a unidade de ativação do monitoramento 34 tiver seu estado de monitoramento ativado pelo recebimento de um sinal pela unidade de entrada de sinais 35, a unidade de geração de sinais 33 determina que a condição em que o valor de instrução de velocidade ou o valor de realimentação ultrapassa o valor-limite correspondente enquadra-se em uma condição anormal, gera um sinal STO e o envia ao servoacionador 4.
Mais especificamente, a unidade de geração de sinais 33 determina se a diferença entre o valor de instrução de velocidade e o valor de realimentação encontra-se dentro do limite aceitável. Quando se determina que a diferença está fora do limite aceitável, a unidade de geração de sinais 33 gera o sinal STO.
Ademais, a unidade de geração de sinais 33 determina se o valor de instrução de velocidade ultrapassa o primeiro valor-limite superior. Em caso positivo, a unidade de geração de sinais 33 gera o sinal STO.
Além disso, se uma solicitação para ativar a função de monitoramento da unidade de ativação do monitoramento 34 for recebida, a qual é feita mediante a entrada de um sinal de fora na unidade de entrada de sinais 35, a unidade de geração de sinais 33 determina se o valor de realimentação ultrapassa o segundo valor-limite superior. Em caso positivo, a unidade de geração de sinais 33 gera o sinal STO.
Se a função de monitoramento da unidade de ativação do monitoramento 34 não for ativada, mesmo quando da ocorrência de uma condição em que qualquer um dos valores de instrução de velocidade e realimentação ultrapassa o valor-limite superior correspondente, a unidade de geração de sinais 33 não determina essa condição com anormal. A unidade de ativação do monitoramento 34 emite um sinalizador indicando se a função de monitoramento está ativada ou não para a unidade de geração de sinais 33. Quando a unidade de ativação do monitoramento 34 encontra-se em estado de monitoramento ativado (ou seja, quando a função de monitoramento está ativa), o sinalizador é definido como 0 e, quando ela não está ativa (não se encontra em estado de monitoramento ativado), o sinalizador é definido como 1. Um controlador de segurança 50 recebe sinais de uma cortina de luz 41, de um botão de parada de emergência 42, de um sensor de porta 43 (que pode incluir uma chave 44 conectada ao seu corpo) ou algo do gênero e os envia à unidade de entrada de sinais 35. Os sinais enviados pelo controlador de segurança 50 à unidade de entrada de sinais 35 incluem parada de emergência (E-STOP), parada de segurança 1 (SS1), parada de segurança 2 (SS2), parada de segurança 3 (SOS) ou limitação da velocidade (SLS), por exemplo,
A unidade de comparação 32 compara o segundo valor-limite superior ao valor de realimentação para cada função de monitoramento. Por exemplo, o segundo valor-limite superior serve como um valor de limite de velocidade quando a função de limite de velocidade estiver ativa e como a quantidade de movimento permissível (posição) de uma posição de parada mediante o sinal de parada de segurança 2. Os sinais emitidos pela unidade de comparação 32 podem incluir um sinal indicando uma anomalia no posicionamento, na velocidade, na aceleração, na instrução ou na realimentação.
A unidade de segurança 10 trasmite sinais ao controlador 5 e ao controlador de segurança 50. Os sinais transmitidos pela unidade de segurança 10 podem ser uma instrução de desaceleração, um sinal indicando que a STO está sendo realizada, um sinal indicando que a SSl está sendo realizada, um sinal indicando que a SS2 está sendo realizada, um sinal indicando que a SOS está sendo realizada ou um sinal indicando que a SLS está sendo realizada, por exemplo. E possível escolher se esses sinais serão enviados ao controlador 5 ou ao controlador de segurança 50 dependendo da aplicação.
A Fig. 4 é um fluxograma ilustrando como a unidade de segurança ilustrada na Fig. 1 gera o sinal de interrupção. Este processo pode ser executado repetidas vezes nos ciclos do período de controle em que o valor de instrução é gerado (por exemplo, 2 ms, embora não haja um limite específico para tanto).
Com referência às Figs. 4 e 1, na etapa SI, a unidade de segurança 10 determina se a diferença entre o valores de instrução de velocidade (na Fig. 4, indicado apenas como "valor de instrução") e de realimentação enviados pelo servoacionador 4 está fora do limite aceitável. Se o resultado da unidade de comparação 32 indicar que a diferença entre o valor de instrução de velocidade e o valor de realimentação ultrapassa o valor-limite superior ou que ela é menor que o valor-limite inferior do limite aceitável, então a unidade de geração de sinais 33 determina que a diferença entre o valor de instrução e o valor de realimentação está fora do limite aceitável. Neste caso (SIM na etapa SI), há uma anomalia na realimentação e, portanto, o processo passa à etapa S4. Por outro lado, se a unidade de geração de sinais 33 determinar que a diferença entre o valor de instrução e o valor de realimentação está dentro do limite aceitável (NÃO na etapa S1), então o processo passa à etapa S2. Na etapa S2, a unidade de segurança 10 determina se o valor de instrução de velocidade ultrapassa o primeiro valor-limite superior. Se o resultado da unidade de comparação 32 indicar que o valor de instrução de velocidade ultrapassa o primeiro valor-limite superior, a unidade de geração de sinais 33 determina que o valor de instrução de velocidade ultrapassa o primeiro valor-limite superior. Neste caso (SIM na etapa S2), há uma anomalia na instrução e, portanto, o processo passa à etapa S4. Em contrapartida, se a unidade de geração de sinais 33 determinar que o valor de instrução de velocidade não é maior que o primeiro valor-limite superior (NÃO na etapa S2), então o processo passa à etapa S3.
Na etapa S3, a unidade de segurança 10 determina se o valor de realimentação ultrapassa o segundo valor- limite superior. Se o resultado da unidade de comparação 32 indicar que o valor de realimentação ultrapassa o segundo valor- limite superior, a unidade de geração de sinais 33 determina que o valor de realimentação ultrapassa o segundo valor-limite superior. Neste caso (SIM na etapa S3), há uma anomalia no posicionamento, na velocidade ou na aceleração e, portanto, o processo passa à etapa S4. Em contrapartida, se a unidade de geração de sinais 33 determinar que o valor de realimentação não é maior que o segundo valor-limite superior (NÃO na etapa S3), o processo todo volta à rotina principal.
Na etapa S4, a unidade de geração de sinais 33 gera um sinal STO. Já na etapa S5, ela envia o sinal STO. Quando o processo da etapa S5 termina, o processo todo volta à rotina principal.
Vale frisar que a execução do processo das etapas de Sl a S3 não se limita à ordem ilustrada na Fig. 4, podendo ser executado em diferentes ordens. Ademais, o processo das etapas de Sl a S3 pode ser feito em paralelo.
Dessa forma, com a presente concretização da invenção, gera-se um sinal de interrupção para interromper a produção de torque por parte do servomotor em qualquer um dos casos a seguir: (1) quando a diferença entre o valor de instrução de velocidade e o valor de realimentação estiver fora de um limite aceitável predeterminado (limite pré-configurado); (2) quando o valor de instrução de velocidade ultrapassar um primeiro valor- limite superior predeterminado; (3) quando o valor de realimentação ultrapassar um segundo valor-limite superior predeterminado. Com a presente concretização da invenção, é possível detectar prontamente vários tipos de anomalias que podem ocorrer enquanto se controla o servomotor. Como conseqüência, é possível interromper prontamente o servomotor quando ocorrer uma anomalia enquanto ele é controlado. Vale salientar que, na presente concretização da invenção, a condição para se gerar o sinal de interrupção é a satisfação de qualquer uma das condições acima de (1) a (3), sendo que elas podem ser combinadas em qualquer número.
A Fig. 5 é um diagrama ilustrando a configuração de um exemplo comparativo de uma concretização da invenção. Conforme ela ilustra, o servomecanismo inclui um codificador 3 A no lugar do codificador 3. O codificador 3 A inclui um sistema de circuitos redundante (duplicado), por exemplo, e envia sinais de realimentação redundantes.
A unidade de processamento de realimentação 21 recebe os sinais de realimentação redundantes do codificador 3A e, ao mesmo tempo, gera valores de realimentação com base neles. Por conseguinte, a unidade de processamento de realimentação 21 gera valores de realimentação redundantes. Os valores de realimentação redundantes passam a uma unidade de controle 22A e à unidade de comparação 32 de uma unidade de segurança 10A. A unidade de comparação 32 compara os dois valores de realimentação um ao outro e, ao mesmo tempo, compara cada valor de realimentação ao seu valor-limite superior (que corresponde ao segundo valor-limite superior supramencionado). Se a diferença entre os dois valores de realimentação estiver fora do limite aceitável, ou se qualquer um dos dois valores de realimentação ultrapassar o valor-limite superior, a unidade de geração de sinais 33 gera o sinal STO.
Dessa forma, na configuração ilustrada na Fig. 5, a unidade de segurança 10A determina se deve ou não gerar o sinal STO com base apenas na conduta dos valores de realimentação. Todavia, considerando-se a resposta do valor de realimentação a mudanças no valor de instrução, pode haver um atraso na detecção de uma anomalia na emissão do codificador 3A. A Fig. 6 é um diagrama ilustrando uma mudança típica do valor de instrução de velocidade e do valor de realimentação no controle de realimentação do servomecanismo. Com referência a ela, o acionamento de aceleração constante (acionamento trapezoide) é usado como padrão de acionamento do servomotor. O valor de instrução de velocidade varia dependendo do padrão de aceleração/desaceleração trapezoide. Visto que o valor de realimentação muda a fim de coincidir com o valor de instrução de velocidade correspondente, ele muda com certo atraso em relação a ele.
Quando o controle de realimentação opera de acordo com o normal, espera-se que o valor de instrução de velocidade e o valor de realimentação, respectivamente, variem conforme ilustra a Fig. 6. Entretanto, quando a emissão do codificador é anormal, o valor de realimentação varia fora deste padrão normal. No mais, também quando o valor de instrução é anormal, o valor de instrução varia fora deste padrão normal.
A Fig. 7 apresenta diagramas conceituais ilustrando casos em que a conduta do valor de realimentação e do valor de instrução é anormal. A Fig. 7A ilustra um caso em que a conduta do valor de realimentação é anormal. Por exemplo, quando ocorre uma anomalia no codificador, o valor de realimentação muda sem seguir o valor de instrução. Conforme ilustra a Fig. 7A, o valor de realimentação aumenta rapidamente por causa de uma anomalia no codificador, por exemplo. Pode-se esperar que, enquanto nenhuma força externa for aplicada ao servomotor, a velocidade de rotação dele nunca será maior do que o valor de instrução. Como resultado, neste caso, pressupõe-se que ocorreu uma anomalia no codificador.
Por causa deste aumento no valor de realimentação, a diferença Aa entre o valor de realimentação e o valor de instrução passa do limite aceitável. Além disso, quando um rápido aumento no valor de realimentação continua, o valor de realimentação ultrapassa um valor-limite superior b.
Na configuração do servomecanismo ilustrada na Fig. 5, o valor de realimentação é redundante. Portanto, também é possível detectar anomalias no valor de realimentação quando a diferença entre dois valores de realimentação passar do limite pré-definido. Também é possível detectar anomalias no valor de realimentação quando qualquer um dos dois valores de realimentação passar do valor-limite superior b. No entanto, o valor de realimentação varia com atraso em relação ao valor de instrução. Por esse motivo, é possível que a anomalia seja detectada com algum atraso.
Por outro lado, na configuração da presente concretização da invenção, é possível detectar anomalias no valor de realimentação em qualquer caso em que a diferença Aa entre o valor de instrução e o valor de realimentação esteja fora do limite aceitável ou em casos em que o valor de realimentação ultrapasse o valor-limite superior b. Comparando-se um valor de instrução ao valor de realimentação correspondente a ele, é possível detectar prontamente uma anomalia no valor de realimentação. A Fig. 7Β ilustra um caso em que a conduta do valor de instrução é anormal. Por exemplo, quando ocorre uma anomalia no controlador, na rede, no servoacionador ou algo do gênero, o valor de instrução pode variar fora do seu padrão normal. Conforme ilustra a Fig. 7B, por exemplo, quando o valor de instrução aumenta com rapidez, uma diferença Ac entre o valor de instrução e o valor de realimentação passa do limite aceitável. Além disso, quando um rápido aumento no valor de instrução continua, o valor de instrução ultrapassa um valor-limite superior d.
Na configuração do servomecanismo da Fig. 5, apenas o valor de realimentação é monitorado e, portanto, é difícil de detectar anomalias no valor de instrução. Por outro lado, na configuração da presente concretização da invenção, é possível detectar anomalias no valor de instrução em qualquer caso em que a diferença Ac entre o valor de instrução e o valor de realimentação esteja fora do limite aceitável ou em casos em que o valor de instrução ultrapasse o valor-limite superior d.
Dessa forma, na presente concretização da invenção, é possível detectar prontamente anomalias no valor de realimentação e no valor de instrução. Ou seja, várias anomalias no servomecanismo podem ser detectadas prontamente. Por outro lado, na configuração do servomecanismo ilustrada na Fig. 5, apenas o valor de realimentação é monitorado e, portanto, embora seja possível detectar anomalias no codificador, é difícil de detectar outras anomalias no servomecanismo. Ademais, na presente concretização da invenção, várias anomalias no servomecanismo podem ser detectadas prontamente e, portanto, o servomotor pode ser interrompido prontamente. Por conseguinte, uma função de segurança é implementada. Por exemplo, quando a diferença entre um valor de instrução de velocidade gerado em certo momento e um valor de realimentação correspondente a ele encontra-se fora do limite aceitável, o valor de instrução de velocidade pode ser definido como 0 por uma unidade de interrupção antes da geração do próximo valor de instrução de velocidade. Dessa forma, é possível interromper o servomotor assim que ocorrer uma anomalia.
De acordo com a presente concretização da invenção, ainda que um circuito lógico incorporado em um codificador não tenha uma configuração dedicada a detectar anomalias de acordo com o IEC61508 ou seus semelhantes, é possível detectar anomalias no valor de detecção (valor de realimentação) do codificador. Portanto, é possível construir um servomecanismo que atenda aos padrões de segurança (por exemplo, IEC61800-5-2) usando um codificador convencional. Como resultado, é possível garantir a segurança do servomecanismo sem substituir o codificador usado nele por um codificador com função de segurança.
As concretizações reveladas são ilustradas a título meramente exemplificativo, e, portanto, a invenção não se limita a elas. O âmbito da invenção é expresso não pela descrição acima, mas sim por suas reivindicações. Tenciona-se que a invenção inclua significados equivalentes às reivindicações da invenção e todas as mudanças dentro de seu âmbito.

Claims (14)

1. Servomecanismo caracterizado por compreender: um servomotor; um dispositivo de controle que emite um sinal de instrução para controlar o acionamento do servomotor; um codificador que detecta a operação do servomotor e emite um sinal de realimentação que representa a operação detectada; um servoacionador que gera um valor de instrução para a operação do servomotor com base no sinal de instrução advindo do dispositivo de controle e no sinal de realimentação advindo do codificador e aciona o servomotor de modo que sua operação siga o valor de instrução; e uma unidade de segurança que monitora se o servomotor está sendo controlado em condições normais comparando um parâmetro predeterminado com o sinal de realimentação advindo do codificador, em que a unidade de segurança recebe do servoacionador o valor de instrução e um valor de realimentação, obtido com base no sinal de realimentação como resultado de o servomotor ter sido acionado seguindo o valor de instrução, e gera um sinal de interrupção quando um ou ambos os valores de instrução e realimentação tiverem um valor anormal, e o servoacionador interrompe a produção de torque por parte do servomotor ao receber o sinal de interrupção da unidade de segurança.
2. Servomecanismo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a unidade de segurança gera o sinal de interrupção quando uma condição predeterminada para determinar se um ou ambos os valores de instrução e realimentação têm um valor anormal for satisfeita, e a condição predeterminada é pelo menos uma dentre: uma primeira condição em que a diferença entre o valor de instrução de velocidade e o valor de realimentação encontra-se fora de um limite aceitável predeterminado; uma segunda condição em que o valor de instrução ultrapassa um primeiro valor-limite superior predeterminado; e uma terceira condição em que o valor de realimentação ultrapassa um segundo valor-limite superior predeterminado.
3. Servomecanismo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o valor de instrução é um valor para instruir a velocidade de rotação do servomotor.
4. Servomecanismo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o servoacionador interrompe a alimentação de eletricidade ao servomotor em resposta ao sinal de interrupção.
5. Dispositivo de acionamento para servomotores para acionar um servomotor, o dispositivo de acionamento de servomotores sendo caracterizado por compreender: um servoacionador que gera um valor de instrução para a operação do servomotor com base em um sinal de instrução para controlar o acionamento do servomotor, enviado por um dispositivo de controle, e em um sinal de realimentação para detectar a operação do servomotor, enviado por um codificador, e aciona o servomotor de modo que sua operação siga o valor de instrução; e uma unidade de segurança que gera um sinal de interrupção enviado ao servoacionador a fim de interromper a produção de torque por parte do servomotor; em que o servoacionador controla o servomotor ao receber o sinal de interrupção da unidade de controle a fim de interromper sua produção de torque, e a unidade de segurança recebe do servoacionador o valor de instrução e um valor de realimentação, obtido com base no sinal de realimentação como resultado de o servomotor ter sido acionado seguindo o valor de instrução, e gera o sinal de interrupção quando pelo menos um dentre os valores de instrução e realimentação tiver um valor anormal.
6. Dispositivo de acionamento para servomotores, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a unidade de segurança gera o sinal de interrupção quando uma condição predeterminada para determinar pelo menos um dentre os valores de instrução e realimentação tem um valor anormal for satisfeita, e a condição predeterminada é pelo menos uma dentre: uma primeira condição em que a diferença entre o valor de instrução de velocidade e o valor de realimentação encontra-se fora de um limite aceitável predeterminado; uma segunda condição em que o valor de instrução ultrapassa um primeiro valor-limite superior predeterminado; e uma terceira condição em que o valor de realimentação ultrapassa um segundo valor-limite superior predeterminado.
7. Dispositivo de acionamento para servomotores, de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que o valor de instrução é um valor para instruir a velocidade de rotação do servomotor.
8. Dispositivo de acionamento para servomotores, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 5 a 7, caracterizado pelo fato de que o servoacionador interrompe a alimentação de eletricidade ao servomotor em resposta ao sinal de interrupção.
9. Unidade de segurança usada em um servomecanismo em que o servomecanismo compreende: um servomotor; um dispositivo de controle que emite um sinal de instrução para controlar o acionamento do servomotor; um codificador que detecta a operação do servomotor e gera um sinal de realimentação que representa a operação detectada; e um servoacionador que gera um valor de instrução para a operação do servomotor com base no sinal de instrução advindo do dispositivo de controle e no sinal de realimentação advindo do codificador e aciona o servomotor de modo que sua operação siga o valor de instrução; o servoacionador controlando o servomotor, ao receber um sinal de interrupção advindo da unidade de controle, a fim de interromper sua produção de torque, e a unidade de segurança sendo caracterizada por compreender: uma unidade determinadora para determinar se ao menos um dentre o valor de instrução e o valor de realimentação, obtido com base no sinal de realimentação, satisfaz uma condição predeterminada; e uma unidade de geração de sinais para gerar o sinal de interrupção quando a unidade determinadora determinar que ao menos um dentre o valor de instrução e o valor de realimentação satisfaz a condição predeterminada.
10. Unidade de segurança, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que a condição predeterminada é pelo menos uma dentre: uma primeira condição em que a diferença entre o valor de instrução de velocidade e o valor de realimentação encontra-se fora de um limite aceitável predeterminado; uma segunda condição em que o valor de instrução ultrapassa um primeiro valor-limite superior predeterminado; e uma terceira condição em que o valor de realimentação ultrapassa um segundo valor-limite superior predeterminado.
11. Unidade de segurança, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizada pelo fato de que o valor de instrução é um valor para instruir a velocidade de rotação do servomotor.
12. Método para controlar um servomecanismo em que o servomecanismo compreende: um servomotor; um dispositivo de controle que emite um sinal de instrução para controlar o acionamento do servomotor; um codificador que detecta a operação do servomotor e gera um sinal de realimentação que representa a operação detectada; um servoacionador que gera um valor de instrução para a operação do servomotor com base no sinal de instrução advindo do dispositivo de controle e no sinal de realimentação advindo do codificador e aciona o servomotor de modo que sua operação siga o valor de instrução; e uma unidade de segurança que controla o servoacionador para que o servomotor interrompa sua produção de torque, o servoacionador sendo configurado de modo que a produção de torque do servomotor seja impossibilitada ao receber um sinal de interrupção da unidade de segurança, o método de controle sendo caracterizado por compreender as etapas de: determinar se ao menos um dentre o valor de instrução e o valor de realimentação, obtido com base no sinal de realimentação, satisfaz uma condição predeterminada; e gerar o sinal de interrupção quando se determinar, na etapa de determinação, que ao menos um dentre o valor de instrução e o valor de realimentação satisfaz a condição predeterminada.
13. Método para controlar um servomecanismo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a condição predeterminada é pelo menos uma dentre: uma primeira condição em que a diferença entre o valor de instrução de velocidade e o valor de realimentação encontra-se fora de um limite aceitável predeterminado; uma segunda condição em que o valor de instrução ultrapassa um primeiro valor-limite superior; e uma terceira condição em que o valor de realimentação ultrapassa um segundo valor-limite superior.
14. Método para controlar um servomecanismo, de acordo com a reivindicação 12 ou 13, caracterizado pelo fato de que o valor de instrução é um valor para instruir a velocidade de rotação do servomotor.
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