EP1819622B1 - Geschwindigkeitsüberwachungsverfahren in einem automatisierungssystem für eine förderanlage - Google Patents

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EP1819622B1
EP1819622B1 EP05817038.2A EP05817038A EP1819622B1 EP 1819622 B1 EP1819622 B1 EP 1819622B1 EP 05817038 A EP05817038 A EP 05817038A EP 1819622 B1 EP1819622 B1 EP 1819622B1
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EP
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speed
limiting value
value
automation system
values
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Bernhard TÜSHAUS
Gerhard GLÖSS
Markus Haala
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Siemens AG
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66B—ELEVATORS; ESCALATORS OR MOVING WALKWAYS
    • B66B1/00—Control systems of elevators in general
    • B66B1/02—Control systems without regulation, i.e. without retroactive action
    • B66B1/06—Control systems without regulation, i.e. without retroactive action electric
    • B66B1/14—Control systems without regulation, i.e. without retroactive action electric with devices, e.g. push-buttons, for indirect control of movements
    • B66B1/16—Control systems without regulation, i.e. without retroactive action electric with devices, e.g. push-buttons, for indirect control of movements with means for storing pulses controlling the movements of a single car or cage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66B—ELEVATORS; ESCALATORS OR MOVING WALKWAYS
    • B66B5/00—Applications of checking, fault-correcting, or safety devices in elevators
    • B66B5/02—Applications of checking, fault-correcting, or safety devices in elevators responsive to abnormal operating conditions
    • B66B5/04—Applications of checking, fault-correcting, or safety devices in elevators responsive to abnormal operating conditions for detecting excessive speed
    • B66B5/06—Applications of checking, fault-correcting, or safety devices in elevators responsive to abnormal operating conditions for detecting excessive speed electrical

Definitions

  • the invention relates to a speed monitoring method in an automation system for a conveyor system, in particular for a shaft system.
  • Speed monitoring must be done in two independent ways.
  • a comparison of a current speed value which is e.g. was determined by a pulse counter mounted on a drive shaft of an engine, realizes a first type of monitoring with a speed value calculated in the automation system.
  • detection elements e.g. Magnetic or limit switches or light barriers along the conveying path used.
  • a pulse transmitted by a detection element notifies the automation system of the current location of the conveyor.
  • a maximum permissible speed value associated with this location is compared with the current speed value.
  • a second type of monitoring is implemented in the automation system.
  • the object of the invention is to provide a speed monitoring method which, compared with the prior art, has an independent speed monitoring method, which is arranged longitudinally of the conveying path work and still meet very high safety requirements.
  • the object is achieved by a speed monitoring method for an automation system for a conveyor system, in particular for a shaft system in which by means of at least one pulse counter, a current path value and a current speed value are determined using the current path value calculated a first speed limit by means of a stored in the automation system calculation instruction is, the current speed value is compared with the first speed value, using the current road value, a second speed limit from a stored in the automation system, representing a level limit curve data table is read and the current speed value is compared with the second speed limit.
  • the pulse counter is advantageously arranged outside the conveying path, in particular outside a shaft. As already mentioned, all elements which are arranged along the conveying path are exposed to particularly harsh conditions. A Arrangement of the pulse counter outside the conveying path increases the safety of the system in addition to ease of maintenance.
  • the speed limit values of the stepwise limit value curve are calculated and determined as a function of the delivery path before the start of operation and / or before initial startup.
  • the speed limit values of the level limit curve are determined by specifying certain conveyor path parameters, such as the speed limit. an end position, an advanced end position, a creep speed, a Einschleichweg, a correction value, a start of the travel curve, a reference step, a first end position, a second end position, a maximum conveying distance, a maximum conveying speed, a maximum jerk, a maximum delay, an overdrive , preferably with a tabular file, calculated.
  • the travel and speed values of the stepwise limit value curve in the automation system are given unchangeable during operation.
  • the system can be operated so safely, especially without accidentally overwriting the level limit curve, a faulty behavior is triggered.
  • FIG. 1 shows a conveyor system 2 with an automation system 4.
  • the conveyor 2 is a shaft conveyor system of a mine shaft, which is driven by a motor 6.
  • the motor 6 is speed controlled via a frequency converter 8.
  • the specifications for the speed control of the frequency converter 8 are given by the automation system 4, which is in communication with the frequency converter 8.
  • the shaft conveyor 2 has two cars, Trumme or conveying means 32 and 34, which are moved by a hoisting rope 16 in the shaft 30.
  • the hoisting cable 16 is driven via a traction sheave 10 with the motor 6 and deflected via a first sheave 12 and a second sheave 14.
  • a first pulse counter 18, a second pulse counter 20 and a third pulse counter 22 are connected via data lines to the programmable controller 4.
  • the first pulse counter 18 detects the pulses for the travel and speed values on the sheave 12.
  • the second pulse counter 20 detects the pulses for the travel and speed values via a friction roller 26 on the traction sheave 10.
  • the third pulse counter detects the pulses for the travel. and speed values on the shaft 24 of the engine 6.
  • the automation device 4 By detecting the pulses for the travel and speed values at different locations, the automation device 4 is provided with the pulses for the travel and speed values redundantly.
  • the values supplied by the three pulse counters 18, 20 and 22 are mutually checked for consistency. If the values are mutually consistent, one of them or a combination of them will be used as a measure of the path or speed of the conveyor means 32 and 34.
  • the position of the conveying means 32 and 34 is the value determined in this way for the way.
  • the speed of the conveyor means 32 and 34 of this system can be monitored with a speed monitoring method, which largely dispenses with the need for detection elements.
  • the shaft conveyor 2 can only be operated with considerable rope slip, a position indication for the end area of the shaft by means of a single detection element 50 and 52 per conveyor is necessary.
  • the detection elements 50 and 52 are used for the funding means 32 and 34 with their associated magnets 51 and 53 exclusively the synchronization of the measured Transport path to the reference point. The detection element is thus not part of the speed monitoring method.
  • FIG. 2 shows a distance-speed diagram 40 in which the measured values V a , ie the speed values V a , which were determined by the pulse counter 18, 20 and 22, are plotted on the path x.
  • a current travel value X a is determined with the pulse counters 18, 20 and 22.
  • the curve indicated by reference numeral 42 is a travel curve 42 consisting of the current speed values V a .
  • Reference number 44 denotes a first limit value curve.
  • the limit curve 44 is formed from the first speed values V 1 plotted over the path x. Using the current travel value X a , the respective speed limit value V 1 is calculated by means of a calculation instruction stored in the automation system 4.
  • the limit curve 44 with approximately 8 to 10% greater speed values V 1, forms an envelope for the current travel curve 42 with the speed values V a .
  • a stepped limit curve 46 is a delivery-path-dependent second limit value curve calculated before the start of operation.
  • the stepped limit curve 46 is calculated, for example, in an Excel file before the start of operation and stored permanently in a data block of the automation system 4.
  • the base points of the stepped limit curve 46 correspond to the calculated limit curve 44.
  • the stepped limit curve 46 is stepped considerably finer with a maximum of 127 steps than the step curve determined in the conventional procedure via detection elements arranged along the conveying path.
  • a second speed limit value V 2 is read from the data block of the automation system 4, which contains the stepped limit curve 46.
  • a current speed value V a and two speed limit values V 1 and V 2 are now available.
  • the current speed value V a exceeds the speed limit values V 1 and / or V 2 .
  • one for the Safety required braking routine initiated and or issued an audible or visual warning signal. Since at least one of the speed limit values V 1 or V 2 has been exceeded, the system must be braked immediately and shut down to a standstill.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Conveyors (AREA)
  • Forklifts And Lifting Vehicles (AREA)
  • Control And Safety Of Cranes (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Geschwindigkeitsüberwachungsverfahren in einem Automatisierungssystem für eine Förderanlage, insbesondere für eine Schachtanlage.
  • Ein solches Verfahren ist aus EP 0 289 813 B1 bekannt. Das dort beschriebene Verfahren arbeitet bereits sehr sicher.
  • Für Bereiche wie einen oberen oder einen unteren Endbereich eines Schachtes oder ein anfahrbares Zwischenziel gelten aber hinsichtlich der Sicherheit besonders strenge Vorschriften bzgl. der Geschwindigkeitsüberwachung. Die Geschwindigkeitsüberwachung muss hier auf zwei voneinander unabhängige Arten erfolgen. So wird in Förderanlagen zum einen durch einen Vergleich eines aktuellen Geschwindigkeitswertes, welcher z.B. durch einen auf einer Antriebswelle eines Motors montierten Impulszählers ermittelt wurde, mit einem im Automatisierungssystem berechneten Geschwindigkeitswert eine erste Überwachungsart realisiert. Zum anderen werden zur zusätzlichen Weg- und Geschwindigkeitsüberwachung von Fördermitteln Detektionselemente, wie z.B. Magnet- oder Endlagenschalter oder Lichtschranken längs des Förderweges, verwendet. Ein durch ein Detektionselement abgesetzter Impuls teilt dem Automatisierungssystem den momentanen Ort des Fördermittels mit. Ein zu diesem Ort gehöriger maximal zulässiger Geschwindigkeitswert wird mit dem aktuellen Geschwindigkeitswert verglichen. So wird im Automatisierungssystem eine zweite Überwachungsart realisiert.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Geschwindigkeitsüberwachungsverfahren anzugeben, das gegenüber dem Stand der Technik mit einem, von längs zum Förderweg angeordneten Detektionselementen, unabhängigen Geschwindigkeitsüberwachungsverfahren arbeiten kann und dennoch besonders hohe Sicherheitsanforderungen erfüllt.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Geschwindigkeitsüberwachungsverfahren für ein Automatisierungssystem für eine Förderanlage, insbesondere für eine Schachtanlage, bei dem mittels mindestens eines Impulszählers ein aktueller Wegwert und ein aktueller Geschwindigkeitswert ermittelt werden, unter Verwendung des aktuellen Wegwertes ein erster Geschwindigkeitsgrenzwert mittels einer im Automatisierungssystem hinterlegten Rechenanweisung berechnet wird, der aktuelle Geschwindigkeitswert mit dem ersten Geschwindigkeitswert verglichen wird, unter Verwendung des aktuellen Wegwertes ein zweiter Geschwindigkeitsgrenzwert aus einer im Automatisierungssystem hinterlegten, eine stufige Grenzwertkurve repräsentierenden Datentabelle ausgelesen wird und der aktuelle Geschwindigkeitswert mit dem zweiten Geschwindigkeitsgrenzwert verglichen wird.
  • Durch den erfindungsgemäßen Vergleich des aktuellen Geschwindigkeitswertes mit dem im Automatisierungssystem hinterlegten Geschwindigkeitswert, kann mit Vorteil auf eine aufwendige Montage vieler Detektionselemente längs des Förderweges verzichtet werden. Durch die rauen Umweltbedingungen längs eines Förderweges, beispielsweise Steinschlag durch das Fördergut, ist es sehr vorteilhaft, die Anzahl von Detektionselementen längs eines Förderweges zu minimieren. Die Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten und Kosten können somit gesenkt werden. Durch den funktionsredundanten Vergleich des aktuellen Geschwindigkeitswertes mit zwei auf unterschiedlichen Arten bereitgestellten Geschwindigkeitsgrenzwerten wird ein besonders hohes Sicherheitsniveau erreicht.
  • Mit Vorteil ist der Impulszähler außerhalb des Förderweges, insbesondere außerhalb eines Schachtes, angeordnet. Wie bereits erwähnt sind alle Elemente, die längs des Förderweges angeordnet sind, besonders rauen Bedingungen ausgesetzt. Eine Anordnung der Impulszähler außerhalb des Förderweges erhöht zusätzlich zur Wartungsfreundlichkeit die Sicherheit der Anlage.
  • Zweckmäßig ist, dass zwei oder drei Impulszähler vorhanden sind. Beispielsweise können so getrennt Geschwindigkeitswerte und Wegwerte ermittelt werden bzw. zusätzlich auf gegenseitige Plausibilität verglichen werden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Geschwindigkeitsgrenzwerte der stufigen Grenzwertkurve förderwegabhängig vor Betriebsbeginn und/oder vor erstmaliger Inbetriebnahme errechnet und festgelegt. Vorzugsweise werden die Geschwindigkeitsgrenzwerte der stufigen Grenzwertkurve durch Vorgabe bestimmter Förderwegparameter, wie z.B. eine Endlage, eine vorgezogene Endlage, eine Einschleichgeschwindigkeit, ein Einschleichweg, ein Korrekturwert, einen Beginn der Fahrkurve, eine Bezugsteufe, eine erste Endlage, eine zweite Endlage, eine maximale Förderstrecke, eine maximale Fördergeschwindigkeit, ein maximaler Ruck, eine maximale Verzögerung, einen Übertreibweg, vorzugsweise mit einer tabellarischen Datei, errechnet.
  • Zweckmäßig ist, dass die Weg- und Geschwindigkeitswerte der stufigen Grenzwertkurve im Automatisierungssystem während des Betriebes unveränderbar vorgegeben sind. Die Anlage kann so besonders sicher betrieben werden, ohne dass durch zufälliges Überschreiben der stufigen Grenzwertkurve ein Fehlverhalten ausgelöst wird.
  • Weitere Vorteile und erfindungsgemäße Einzelheiten ergeben sich in Zusammenhang mit den Unteransprüchen, der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels. Dabei zeigen:
    • FIG 1
    eine Schachtförderungsanlage mit einem Automatisierungssystem,
    FIG 2
    ein Weg- Geschwindigkeitsdiagramm.
  • Figur 1 zeigt eine Förderanlage 2 mit einem Automatisierungssystem 4. Die Förderanlage 2 ist eine Schachtförderanlage eines Bergwerkschachtes, die über einen Motor 6 angetrieben wird. Der Motor 6 wird über einen Frequenzumrichter 8 drehzahlgesteuert. Die Vorgaben für die Drehzahlsteuerung des Frequenzumrichters 8 werden durch das Automatisierungssystem 4, welches mit dem Frequenzumrichter 8 in Verbindung steht, gegeben. Die Schachtförderanlage 2 weist zwei Fahrkörbe, Trumme oder Fördermittel 32 und 34 auf, die mit einem Förderseil 16 im Schacht 30 bewegt werden. Das Förderseil 16 wird über eine Treibscheibe 10 mit dem Motor 6 angetrieben und über eine erste Seilscheibe 12 und eine zweite Seilscheibe 14 abgelenkt. Ein erster Impulszähler 18, ein zweiter Impulszähler 20 und ein dritter Impulszähler 22 sind über Datenleitungen mit dem Automatisierungsgerät 4 verbunden.
  • Der erste Impulszähler 18 erfasst die Impulse für die Weg- und Geschwindigkeitswerte an der Seilscheibe 12. Der zweite Impulszähler 20 erfasst die Impulse für die Weg- und Geschwindigkeitswerte über eine Reibrolle 26 an der Treibscheibe 10. Der dritte Impulszähler erfasst die Impulse für die Weg- und Geschwindigkeitswerte an der Welle 24 des Motors 6.
  • Durch die Erfassung der Impulse für die Weg- und Geschwindigkeitswerte an verschiedenen Stellen werden dem Automatisierungsgerät 4 die Impulse für die Weg- und Geschwindigkeitswerte redundant bereitgestellt. Aus Sicherheitsgründen und aufgrund möglichen Seilschlupfes an der Treibscheibe 10 werden die von den drei Impulszählern 18, 20 und 22 gelieferten Werte gegenseitig auf Konsistenz überprüft. Sind die Werte gegenseitig konsistent, so wird einer von ihnen oder eine Kombination aus ihnen als Messwert für den Weg bzw. die Geschwindigkeit der Fördermittel 32 und 34 verwendet. Als Position der Fördermittel 32 und 34 gilt der auf diese Weise ermittelte Wert für den Weg.
  • Bei Schachtförderanlagen werden mit den Fördermitteln 32 und 34 nicht nur Material, sondern auch Personen mit hohen Geschwindigkeiten, z.B. von 12 m/s, befördert. Es wird dann auch von einer Seilfahrt gesprochen. Die sicherheitstechnischen Anforderungen für die Geschwindigkeitsüberwachung solcher Anlagen, insbesondere bei einer Seilfahrt, sind dementsprechend hoch. Daher wird ein funktionsredundantes Geschwindigkeitsüberwachungsverfahren eingesetzt. Ein Bremsweg von Schachtförderanlagen am Schachtende ist üblicherweise sehr knapp bemessen, demzufolge muss die ordnungsgemäße Verzögerung der Anlage über den gesamten Verzögerungsweg überwacht werden.
  • Im Gegensatz zu Schachtförderanlagen, bei denen die Geschwindigkeit mit zahlreichen längs des Förderweges angeordneten Detektionselementen überwacht wird, kann die Geschwindigkeit der Fördermittel 32 und 34 dieser Anlage mit einem Geschwindigkeitsüberwachungsverfahren überwacht werden, welches auf die Notwendigkeit von Detektionselementen weitestgehend verzichtet.
  • Kann allerdings die Schachtförderanlage 2 nur mit erheblichem Seilschlupf betrieben werden, so ist eine Positionsangabe für den Endbereich des Schachtes mittels eines einzigen Detektionselementes 50 und 52 pro Fördermittel notwendig. Infolge von auftretendem Seilschlupf oder auf Grund von unterschiedlichen Längenausdehnungen des Förderseils 16 durch stark schwankende Umgebungstemperaturen, beispielsweise durch die Jahreszeiten Sommer und Winter, dienen die Detektionselemente 50 und 52 für die Fördermittel 32 und 34 mit ihren zugehörigen Magneten 51 und 53 ausschließlich der Synchronisierung des gemessenen Förderweges zum Bezugspunkt. Das Detektionselement ist somit nicht Bestandteil des Geschwindigkeitsüberwachungsverfahrens.
  • Figur 2 zeigt ein Weg- Geschwindigkeitsdiagramm 40, in dem die Messwerte Va, also die Geschwindigkeitswerte Va, welche mittels der Impulszähler 18, 20 und 22 ermittelt wurden, über dem Weg x aufgetragen sind. Zeitgleich wird mit den Impulszähler 18, 20 und 22 ein aktueller Wegwert Xa ermittelt. Die mit Bezugszeichen 42 gekennzeichnete Kurve ist eine aus den aktuellen Geschwindigkeitswerten Va bestehende Fahrkurve 42.
  • Mit Bezugszeichen 44 ist eine erste Grenzwertkurve gekennzeichnet. Die Grenzwertkurve 44 bildet sich aus den über dem Weg x aufgetragenen ersten Geschwindigkeitswerten V1. Unter Verwendung des aktuellen Wegwertes Xa wird der jeweilige Geschwindigkeitsgrenzwert V1 mittels einer im Automatisierungssystem 4 hinterlegten Rechenanweisung berechnet. Die Grenzwertkurve 44 bildet mit etwa 8 bis 10 % größeren Geschwindigkeitswerten V1 eine Hüllkurve zur aktuellen Fahrkurve 42 mit den Geschwindigkeitswerten Va.
  • Eine stufige Grenzwertkurve 46 ist eine förderwegabhängige, vor Betriebsbeginn errechnete zweite Grenzwertkurve. Die stufige Grenzwertkurve 46 wird z.B. in einer Exceldatei vor Betriebsbeginn errechnet und fest in einem Datenbaustein des Automatisierungssystems 4 abgelegt. Die Fußpunkte der stufigen Grenzwertkurve 46 entsprechen der berechneten Grenzwertkurve 44. Die stufige Grenzwertkurve 46 ist mit maximal 127 Stufen erheblich feiner gestuft als die bei der herkömmlichen Vorgehensweise über mit längs des Förderweges angeordneten Detektionselementen ermittelte Stufenkurve. Unter erneuter Verwendung des aktuellen Wegwertes Xa wird ein zweiter Geschwindigkeitsgrenzwert V2 aus dem Datenbaustein des Automatisierungssystems 4, welcher die stufige Grenzwertkurve 46 enthält, ausgelesen.
  • Für eine Geschwindigkeitsüberwachung bzw. einen Wertevergleich der Geschwindigkeitswerte stehen jetzt ein aktueller Geschwindigkeitswert Va und zwei Geschwindigkeitsgrenzwerte V1 und V2 zur Verfügung. Sobald der aktuelle Geschwindigkeitswert Va die Geschwindigkeitsgrenzwerte V1 und/oder V2 überschreitet, wird im Automatisierungssystem 4 eine für die Sicherheit notwendige Bremsroutine eingeleitet und oder ein akustisches oder optisches Warnsignal ausgegeben. Da mindestens einer der Geschwindigkeitsgrenzwerte V1 oder V2 überschritten wurde, muss die Anlage sofort gebremst und bis zum Stillstand heruntergefahren werden.

Claims (8)

  1. Geschwindigkeitsüberwachungsverfahren für ein Automatisierungssystem (4) für eine Förderanlage (2), insbesondere für eine Schachtanlage, bei dem
    - mittels mindestens eines Impulszählers (18, 20, 22) ein aktueller Wegwert (Xa) und ein aktueller Geschwindigkeitswert (Va) ermittelt werden,
    - unter Verwendung des aktuellen Wegwertes (Xa) ein erster Geschwindigkeitsgrenzwert (V1) und ein zweiter Geschwindigkeitsgrenzwert (V2) ermittelt und jeweils mit dem aktuellen Geschwindigkeitswert (Va) verglichen werden,
    - wobei der zweite Geschwindigkeitsgrenzwert (V2) aus einer im Automatisierungssystem (4) hinterlegten, eine stufige Grenzwertkurve (46) repräsentierenden Datentabelle ausgelesen wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der erste Geschwindigkeitsgrenzwert (V1) mittels einer im Automatisierungssystem (4) hinterlegten Rechenanweisung berechnet wird, wobei der erste (V1) und der zweite Geschwindigkeitsgrenzwert (V2) jeweils ein oberer Geschwindigkeitsgrenzwert ist und bei einem Überschreiten des ersten Geschwindigkeitsgrenzwertes (V1) und/oder des zweiten Geschwindigkeitsgrenzwertes (V2) durch den aktuellen Geschwindigkeitswert (Va) eine die Sicherheit beeinflussende Aktion im Automatisierungssystem (4) ausgelöst wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Impulszähler (18, 20, 22) außerhalb des Förderweges, insbesondere außerhalb eines Schachtes (30), angeordnet ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder drei Impulszähler (18, 20, 22) vorhanden sind.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeitsgrenzwerte (V2) der stufigen Grenzwertkurve (46) förderwegabhängig vor Betriebsbeginn und/oder vor erstmaliger Inbetriebnahme errechnet und festgelegt werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Weg- und Geschwindigkeitswerte der stufigen Grenzwertkurve (46) im Automatisierungssystem (4) während des Betriebes unveränderbar vorgegebenen sind.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Weg- und Geschwindigkeitswerte der stufigen Grenzwertkurve (46) in einem nicht überschreibbaren und/oder löschbaren Speicherbereich des Automatisierungssystems (4) abgelegt sind.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass Stufen der stufigen Grenzwertkurve (46) vorzugsweise für eine Anzahl in einem Bereich von 8 bis 128 Stufen bestimmt werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass für eine Güter- und eine Seilfahrt unterschiedliche stufige Grenzwertkurven definiert werden.
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