Verschiedene mehrachsige Steuerungssysteme dieser Art sind bekannt, mit denen Seilwinden und andere Maschinerien in Bühnen, Studios und Theatern angesteuert und überwacht werden können. In der Regel erfordern diese Systeme einen hohen Verkabelungsaufwand und sind dementsprechend aufwendig und störungsanfällig. Ungeachtet des Verkabelungsaufwands besitzen die bekannten Systeme oft aber eine geringe Flexibilität und vielfach werden im Hinblick auf die zu erfüllenden Sicherheitsanforderungen Kompromisse bei der Verfügbarkeit des Steuerungssystems gemacht.

Aus DE 32 33 788 ist eine Steuerungsanlage für eine Bühnenmaschinerie bekannt, durch die die Trennung zwischen Obermaschineriesteuerung und Untermaschineriesteuerung überwunden werden soll. Dazu ist für die Obermaschinerie und für die Untermaschinerie jeweils eine Rechneranlage vorgesehen für die Steuerung von einzelnen und gemeinsamen Bewegungen der Züge bzw. der Bodenteile. Die beiden Rechenanlagen sind miteinander verbunden, um Bewegungen der Antriebe von Teilen der Obermaschine einerseits und der Untermaschinerie andererseits zu synchronisieren.

Vor diesem Hintergrund besteht das Ziel der Erfindung darin, ein einerseits in höchstem Maße sicheres und andererseits hochverfügbares Steuerungssystem für Seilwinden und andere Maschinen in Bühnen, Studios und Theatern anzugeben, das mit einem geringen Verkabelungsaufwand realisierbar ist und ein hohes Maß an Flexibilität und Sicherheit gewährleistet.

Dieses Ziel wird erreicht durch ein Steuerungssystem mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Mit einem erfindungsgemäßen Steuerungssystem können bis zu 200 Seilwinden und andere Maschinen (200 Achsen) synchron verfahren werden, wobei hinsichtlich der Sicherheit die Anforderungsklasse 5 nach DIN 19250 V VDE 0801 für sicherheitsgerichtete Rechner-Steuerungen erreicht wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren genauer erläutert, in denen zeigt : Fig. 1 ein schematisches Diagramm des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Steuerungssystems ; und Fig. 2 ein schematisches Diagramm des steuerungsrelevanten Aufbaus einer Seilwinde/Maschine innerhalb des erfindungsgemäßen Steuerungssystems. _ Wie aus Fig. 1 entnehmbar, ist das erfindungsgemäße Steuerungssystem in fünf Bereiche unterteilt, nämlich die Achs-Ebene I, die zentrale Prozess-Rechner-Ebene II, die Bedien-und Beobachter-Ebene III, die Diagnose-und Service- Ebene IV und die Fernwartungs-Ebene V. Die Ebenen I, II, III und IV sind über Industrie-Bus-Systeme miteinander verbunden, die Ebene V ist mit der Ebene IV über eine Telekommunikationsleitung (beispielsweise eine Modem-Modem- Verbindung) verbunden.

Wie sich aus Fig. 2 ergibt, befinden sich in der Ebene I die zu steuernden bzw. zu überwachenden Seilwinden/Maschinen M1, M2.. Mn, von denen eine große Anzahl mit dem erfindungsgemäßen Steuerungssystem angesteuert und überwacht werden können. Im folgenden wird anhand der Seilwinde/Maschine M1 in Fig. 2 der erfindungsgemäße Aufbau im Detail beschrieben, der sich typischerweise bei den Maschinen M2 bis Mn entsprechend oder in geringfügig abgewandelter Form wiederholt.

Wie bei der Seilwinde/Maschine M1 gezeigt, besitzt die zu steuernde und zu überwachende Seilwinde/Maschine einen Motor M, der über einen ersten Achsrechner AR1 und einen Frequenz- Umsetzer FU (Treiberschaltung) angesteuert wird. Der erste Achs-Rechner AR1 ist dazu mit dem Frequenz-Umsetzer FU verbunden. Vorzugsweise arbeitet der Achsrechner AR1 in Echtzeit und ist mit einem Echtzeit-Industrie-Betriebssystem ausgestattet. An einer Antriebswelle der Seilwinde/Maschine ist ein Absolutwertgeber AIWG1 vorhanden, der sein Signal dem ersten Achsrechner AR1 zuführt. Ferner ist der Seilwinde/Maschine ein zweiter Achsrechner AR2 zugeordnet, der mit dem ersten Achsrechner AR1 über eine Schnittstelle, beispielsweise eine serielle Schnittstelle gemäß RS-485 verbunden ist und der vorzugsweise mit einem Vor-Ort-Bedien- Paneel ausgestattet ist. Auch der zweite Achsrechner AR2 ist mit dem Frequenz-Umsetzer FU verbunden und arbeitet vorzugsweise in Echtzeit, wozu er ebenfalls mit einem Echtzeit-Industrie-Betriebsystem ausgestattet ist. An den zweiten Achsrechner AR2 ist ein zweiter Absolutwertgeber AIWG2 angeschlossen, der an einer Abtriebswelle der Seilwinde/Maschine sitzt. Durch Vergleich der Ist-Werte der beiden Absolutwertgeber AIWG1 und AIWG2 ist zum einen die Funktion der Absolutwertgeber prüfbar als auch ein Überwachung auf Getriebebruch, Wellenbruch, Kupplungsbruch, etc. möglich, da der eine Absolutwertgeber auf der, Antriebswelle und der andere auf der Abtriebswelle der Seilwinde/Maschine angeordnet ist.

Der erste und der zweite Achsrechner AR1 und AR2 haben unmittelbaren Zugriff auf den Frequenzumsetzer FU bzw. ein vorgeschaltetes Schütz und auf eine Bremseinrichtung zur Abschaltung und sicheren Stillsetzung der Seilwinde/Maschine.

Ferner sind ein oder mehrere Sicherheitssensoren S zur Feststellung von Überlast, Unterlast, Überdrehzahl, Wickelfehler, Erreichen von Endpositionen etc. vorhanden, deren Ausgangssignale sowohl dem ersten als auch dem zweiten Achsrechner AR1 bzw. AR2 zugeführt werden.

In der Ebene II sind zwei Gruppenrechner GR1 und GR2 vorgesehen, die synchrone Gruppenfahrten von mehreren Seilwinden/Maschinen ansteuern und überwachen. Beide Gruppenrechner arbeiten vorzugsweise in Echtzeit und sind dazu mit einem Echtzeit-Industrie-Betriebsystem ausgestattet.

Der erste Gruppenrechner GR1 ist über einen Bus Bl, vorzugsweise einen Lichtwellen-Leiter-Bus mit den ersten Achsrechnern AR1 der Ebene I verbunden. Vorzugsweise ist der Bus B1 als Simolink-Bus oder äquidistanter Profi-Bus ausgelegt.

Der Lichtwellenleiter-Bus Bl erlaubt eine einfache platzsparende ringförmige statt sternförmige Verkabelung und sichert eine geringe Anfälligkeit gegen eingestrahlte Störung. Außerdem ist der Simolink-Bus, ebenso wie der äquidistante Profi-Bus ein deterministischer Bus, bei dem die Zykluszeit der Rechenprogramme immer konstant ist und nicht von gelegentlich auftretenden rechenintensiven Prozeduren kurzzeitig oder unregelmäßig beeinflusst wird. Verbunden mit der hohen Übertragungsrate von 11 Mbit/s unabhängig von der Leitungslänge führt diese Gestaltung dazu, dass die Steuerung, Regelung und Überwachung der Antriebe deutlich besser ist als bei Steuerungen, die keine deterministischen Busse verwenden und deren Übertragungsrate kleiner als 11 Mbit/s ist und bei denen die Leitungsgänge die Signalübertragung beeinflusst.

Durch die oben genannte sichere und schnelle Signalübertragung des Simolink-Lichtwellenleiter-Busses B1 können die Antriebe in Ebene I überaus schnell und in höchstem Maße synchron geregelt werden, was zum einen deutliche Verbesserungen hinsichtlich des in Theatern wichtigen Geräuschverhaltens bringt und im Fehlerfall bzw. bei einer Störung eine sehr schneller und synchrone Stillsetzung der Seilwinden/Maschinen ermöglicht. Das "Auseinanderfahren"von synchronen und gekoppelten Antrieben kann dadurch wesentlich reduziert werden. Im Theater ist dies besonders wichtig, da hier große und schwere Dekorationsteile häufig von mehreren Seilwinden/Maschinen gehoben und bewegt werden müssen. Unter diesen Dekorationsteilen arbeiten Schauspieler, Künstler und Bühnenarbeiter und das zu große "Auseinanderfahren"der Antriebe kann dazu führen, dass eine Dekoration auseinanderreißt oder kippt oder ein Antrieb überlastet wird und Seile reißen etc.

Der erste Gruppenrechner GR1 sendet über den Bus B1 dem verwendeten Protokoll entsprechende Kommandos an die ersten Achsrechnern AR1 und empfängt von den Achsrechnern Signale.

Die gesendeten Kommandos vom ersten Gruppenrechner GR1 setzen die jeweiligen ersten Achsrechner AR1 um in die Ansteuerungssignale an den Frequenz-Umsetzer FU, d. h. an die Motoren der Seitenwinden/Maschinen Die empfangenen Signale von den Absolutwertgebern AIWG1 und AIWG2 und den Sicherheitssensoren S (Überlast, Unterlast, Schlaffseil, Not-End, Überdrehzahl, Wickelfehler, Schleppfehler (Positionsabweichung), Busfehler etc. ) werden zur Überwachung und Steuerung der Synchronfahrten der Antriebe verwendet und dazu zumindest teilweise von den Achs- Rechnern auch an den Gruppenrechner übertragen.

Im Fehlerfall setzt der Gruppenrechner GR1 die synchronfahrenden Antriebe still, wobei auch die Stillsetzung synchron erfolgt.

Der jeweilige erste Achsrechner AR1 jeder Seilwinde/Maschine überwacht zusätzlich die Funktion der einzelnen Seilwinde/Maschine direkt am Antrieb und schaltet zeitverzögert zum Gruppenrechner GR1 im Fehlerfall ebenfalls selbst ab. Bei Ausfall des Gruppenrechners GR1 wird der fehlerhafte Antrieb also zusätzlich durch den ersten Achsrechner AR1 abgeschaltet. Da jedoch im Falle von synchronen Verfahrbewegungen mehrere Achsen bei Auftreten eines Fehlers an einer Achse in aller Regel ein synchrones Stillsetzen aller Antriebe, also nicht nur des fehlerhaften erforderlich ist, erfolgt die Stillsetzung durch den ersten Achsrechner AR1 gegenüber der Stillsetzung durch den Gruppenrechner GR1 zeitverzögert.

Bei Störungen reagiert also sowohl der erste Achsrechner AR1 als auch der erste Gruppenrechner GR1. Der Gruppenrechner GR1 stellt bei einem Fehler eines Antriebes fest, ob zu der gestörten Seilwinde/Maschine eine weitere Seilwinde/Maschine in Synchronlauf bewegt wird. Ist dies der Fall, bestimmt der Gruppenrechner GR1, auf welchem Weg die synchronlaufenden Seilwinden/Maschinen abgebremst und/oder stillgesetzt werden müssen. Im günstigen Fall werden alle in einer Gruppe synchronfahrenden Seilwinden/Maschinen synchron (aber schnell) gebremst.

Ist es durch Versagen des ersten Gruppenrechners GR1 nicht möglich, dass der erste Gruppenrechner GR1 die Seilwinden/Maschinen stillsetzt, so werden synchron laufende Seilwinden/Maschinen dennoch stillgesetzt. Hierzu ist zur Absicherung des Synchron-Steuer-Systems in der Ebene II ein zweiter Gruppenrechner GR2 vorhanden, der zusätzlich die synchronen Gruppenbewegungen überwacht.

Der zweite Gruppenrechner GR2 steht über einen zweiten Bus B2, vorzugsweise einen Lichtwellenleiter-Bus mit den zweiten Achsrechnern AR2 der Seilwinden/Maschinen in Verbindung. Auch hier ist eine hohe Übertragungsrate von 12 Mbit/s vorhanden.

Für den zweiten Bus B2 gilt im übrigen das zum ersten Bus B1 oben Gesagte.

Der zweite Achsrechner AR2 jeder Winde erhält über den zweiten Absolutwertgeber AIWG2 und die Sicherheits-Sensoren S ebenso alle o. g. Informationen über den Zustand der Seilwinde/Maschine. Diese Information gibt der zweite Achsrechner AR2 jeweils über den Bus B2 an den weiteren Gruppenrechner GR2 weiter. Damit liegt die Information über den Zustand der Seilwinde/Maschine in der Ebene II doppelt vor : einmal im Gruppenrechner GR1 und einmal im Gruppenrechner GR2 Um sich zusätzlich gegenseitig zu überwachen synchronisieren und vergleichen die beiden Gruppenrechner GR1 und GR2 ihre Informationen entweder über eine Gruppenrechner GRV Verbindung oder über einen gemeinsam genutzten Speicherbereich.

Sofern Störungen auftreten, kann jedes System für sich reagieren, indem sowohl über die primäre Verbindung (Gruppenrechner GR1 0 erster Achsrechner AR1) oder über den zweite redundante Verbindung (Gruppenrechner GR2 0 zweiter Achsrechner AR2) auf die Seilwinde/Maschine und deren Abschalt-/Stillsetzenmechanismen FU/A eingewirkt wird.

Zusätzlich wird der fehlerhafte Antrieb auch über den jeweiligen Achsrechner AR2 direkt an der Seilwinde/Maschine abgeschaltet. Diese Abschaltung erfolgt ebenso wie die durch den ersten Achsrechner AR1 zeitverzögert zur Abschaltung durch die Gruppenrechner GR1 und GR2, um die synchrone Stillsetzung zu gewährleisten und ein"Auseinanderfahren"der Antriebe beispielsweise durch verfrühtes Einfallen der Bremse eines einzelnen Antriebes zu verhindern.

Da zwei von einander unabhängige und sich überwachende Gruppenrechner GR1 und GR2 mit Echtzeit-Betriebssystemen zur Steuerung und Überwachung von Synchronfahrten, zwei schnelle, sichere jedoch getrennte und somit diversitäre Bussysteme B1 und B2, zwei unabhängige separate und dezentrale Achsrechner AR1 und AR2 an der Seilwinde/Maschine mehrere unterschiedliche und unabhängige Abschaltmechanismen (Doppelbremsen, Lasttrennschalter, Sperren der Reglerfreigabe) doppelte und in unabhängige Systeme eingelesene Sicherheits-Sensoren S (Endschalter, Lastmessung, etc. ) und doppelte, getrennte und in unabhängige Systeme eingelesene Absolutwertgeber AIWG1 und AIWG2 vorhanden sind, ist das System insgesamt redundant, diversitär und gegenseitig überwacht und dementsprechend sicher ausgelegt.

Falls eines der Leitsysteme anders reagiert als das andre, so wird auch dies erkannt und gemeldet.

Für den Fall, dass entweder der erste Gruppenrechner GR1 oder der zweite Gruppenrechner GR2 nicht einsatzbereit sind, besteht die Möglichkeit, die Seilwinde/Maschine im Störfall entweder mit dem ersten Gruppenrechner GR1 oder mit dem zweiten Gruppenrechner GR2 allein zu fahren. Damit ist für die Anlage ein Höchstmaß an Verfügbarkeit auch bei Ausfall eines Rechners gewährleistet. Bei Ausfall beider Gruppenrechner ist zusätzlich über den zweiten Achsrechner AR2 noch eine Vor-Ort-Bedienung jedes Antriebes möglich, da er zweite Achsrechner mit einem Bedienpaneel ausgestattet ist.

Das erfindungsgemäße Steuerungssystem für Seilwinden/Maschinen mit dem ersten Gruppenrechner GR1 und dem zweiten Gruppenrechner GR2 erreicht die Sicherheitsstufe AK5 nach DIN 19250/V VDE 0801. Bei Ausfall von einem der beiden Gruppenrechner erreicht die Steuerung der Seilwinden/Maschinen über den verbleibenden Gruppenrechner allein jeweils die Sicherheitsstufe AK4.

Es ist also möglich mit den vorhandenen Komponenten eine Havarie-Steuerung bzw. eine Backup-Lösung zu realisieren, die es auch bei Ausfall eines Rechnersystems erlaubt, die Anlage weiter zu betreiben. Es sind keine zusätzlichen Komponenten erforderlich. Dies reduziert Kosten für den Betreiber sowie durch Reduzierung von Teilen auch die Ausfallwahrscheinlichkeit des Systems.

Die Verbindung zu einem oder mehreren Bedienpulten BP in Ebene III erfolgt über einen (Ethernet-) Bus B3, ebenfalls vorzugsweise in Lichtwellenleiter-Technik, so dass die Verbindung zwischen der Ebene II und III störunanfällig und mit hoher Übertragungsrate realisierbar ist.

In der Ebene IV ist ein Service-und Diagnose-Rechner SDR vorgesehen, der über den (Ethernet-) Bus B3 auch mit den Rechnern der Ebene II und den Bedienpulten BP der Ebene III verbunden ist.

In der Ebene V ist ein Fernwartungsrechner FWR vorgesehen, der über eine Telekommunikationsverbindung B4, beispielsweise eine Verbindung über Modem MD1 und MD2 mit dem Rechner SDR verbunden ist. Damit kann über die zusätzlich vorhandene Fernwartungsverbindung B4 zu Ebene V zwischen den Ebenen IV und V direkt auf die Gruppenrechner der Ebene II zugegriffen werden. Es stehen somit die Informationen, Parameter und Einstellungen der Ebene II für die Fernwartung in Ebene V zur Verfügung.

Vorzugsweise ist der Service-und Diagnoserechner SDR über einen weiteren Bus 5 oder alternativ über die vorhandenen Busleitungen Bl, B2 und B3 mit den Seilwinden/Maschinen, vorzugsweise direkt mit den Achsrechnern AR1 und AR2 und den Frequenz-Umsetzern der Seilwinden/Maschinen verbunden und ebenso auch mit zusätzlichen Peripherieantrieben. Dadurch ist ein direkter Zugriff auf alle diese Komponenten und die dort vorhandenen Informationen und Parametereinstellungen, insbesondere auch die Einstellungen der Absolutwertgeber über Fernwartung möglich.

Eine weitere Erhöhung der Sicherheit ist dadurch zu erreichen, dass im Zusammenwirken mit einem erfindungsgemäßen Steuerungssystem die Doppelbremsen der Seilwinden/Maschinen auf der Abtriebswelle angebracht werden und nicht mehr auf der Antriebswelle.

Durch die Anordnung eines Absolutwertgebers AIWG1 auf der Antriebswelle und eines Absolutwertgebers AIWG2 auf der Abtriebswelle ist es möglich einen dazwischenliegenden Bruch oder Ausfall eines Getriebes, einer Kupplung, einer Schweißverbindung, einer Welle/Nabe-Verbindung, einer Schraubenverbindung, jeder sonstigen reib-oder formschlüssigen Verbindung etc. zu erfassen und dann durch Ansteuern und Einfallen der Bremsen am Antrieb die Seilwinden/Maschinen sicher stillzusetzen.

Darüber hinaus erlaubt diese Anordnung der Bremse, dass der für alle mechanischen Antriebskomponenten laut DIN für Bühnentechnik vorgeschriebene Sicherheitsfaktor 2 z. B. für Getriebe, Wellen, Kupplungen etc. gegen Dauerbruch entfallen kann, da diese nunmehr hinter der Bremse liegen. Die Seilwinden/Maschinen werden um mindestens 30% kleiner und kostengünstiger und durch Verwendung kleinerer Baugrößen der Komponenten auch geräuscharmer.

In einer Gesamtbetrachtung des erfindungsgemäßen Steuerungssystems ergeben sich folgende Vorteile und Eigenschaften : zwei voneinander unabhängige und sich gegenseitig überwachende Gruppenrechner mit Echtzeit-Betriebssystemen (z. B. Siemens RMOS) zur Steuerung und Überwachung von Synchronfahrten, zwei diversitäre über 11 Mbit/s schnelle Lichtwellenleiter-Bussysteme, Verwendung des deterministischen Simolink- Lichtwellenleiterbusses zwei unabhängige unterschiedliche und dezentrale Achsrechner an der Winde/Maschine, mehrere unterschiedliche unabhängige und von voneinander unabhängige Systemen angesteuerte Abschaltmechanismen (Doppelbremsen, Lasttrennschalter, Sperren der Regelerfreigabe) doppelte und in unabhängige Systeme eingelesene Sicherheits-Sensorik (Endschalter, Lastmessung, Schlaffseil, Wickelfehler etc.) doppelte unterschiedliche in unabhängige Systeme eingelesene und sowohl an der Antriebswelle als auch an der Abtriebswelle angebrachte Absolutwertgeber -Zugriffsmöglichkeit und Service-und Wartungsmöglichkeit über ISDN, Modem oder Internet auf alle Komponenten des Steuerungssystems inklusive der Absolutwertgeber und Frequenzumsetzer Hochverfügbarkeit der Anlage auch bei Ausfall eines Gruppenrechners durch die Möglichkeit, alle Antriebe auch über den jeweiligen redundanten zweiten Gruppenrechner noch mit Synchron-Bewegungen fahren zu können (Dies ohne das Erfordernis von zusätzlichen Komponenten.) Möglichkeit bei Ausfall beider Gruppenrechner die Antriebe über die jeweilige Vor-Ort-Bedienungen an den Winden/Maschinen noch fahren zu können