Sie gehört zum technischen Bereich der Messtechnik, insbeson- dere zu den Vorrichtungen, die zur Kontrolle der Messergeb- nisse dienen, und ist zur Überwachung der Drehzahl beispiels- weise einer Turbinewelle bestimmt.

In vielen Bereichen der Technik sind Maschinen anzutreffen, welche zur Erfüllung ihrer jeweiligen Aufgaben mindestens ein rotierendes Maschinenteil aufweisen.

Beispielsweise weisen Turbinen zur Erzeugung von elektrischer Energie, beispielsweise Gas-und Dampfturbinen, Laufräder auf, welche die im jeweiligen Betriebsmedium der Turbine ent- haltene Energie umsetzen in Rotationsenergie, so dass durch einen mit der Turbine verbundenen Generator elektrische Ener- gie erzeugt werden kann.

Die Frequenz der von einem derartigen Generator erzeugten e- lektrischen Wechselspannung hängt direkt ab von der Drehzahl der angeschalteten Turbine.

Zur Gewährleistung der Versorgungssicherheit eines elektri- schen Energieversorgungsnetzes ist es notwendig, die Netzfre- quenz auf einem gewünschten Wert (in Europa beispielsweise auf 50 Hz) konstant zu halten.

Etwaige Netzprobleme spiegeln sich u. a. wieder in einer von der gewünschten Netzfrequenz abweichenden tatsächlichen mo- mentanen Netzfrequenz.

Beispielsweise sinkt die momentan vorherrschende Netzfre- quenz, wenn die vom Energieversorgungsnetz bereitgestellte Leistung nicht ausreicht, um eine momentane Leistungsnachfra- ge von Verbrauchern zu befriedigen, die an das Energieversor- gungsnetz angeschaltet sind. In einem derartigen Fall sinkt infolge der Überlastung die Drehzahl einer oder mehrerer Tur- binen des Energieversorgungsnetzes mehr oder weniger stark.

Um derartige Drehzahlschwankungen der Turbine erkennen zu können und/oder während des Betriebs der Turbine eine Dreh- zahlregelung zu realisieren, ist die Überwachung der Drehzahl notwendig.

Bekannt ist eine Vorrichtung zur Ermittlung der Drehzahl ei- nes Körpers (DE 3425472, Klasse G01P 3/481,1986), die einen Drehzahlgeber enthält, in dem die Impulse innerhalb eines be- stimmten Zeitabschnittes gezählt werden und kontrolliert wird, ob der erzielte Wert gleich oder größer ist als der Wert, der für die Berechnung der Drehzahl vorgegeben ist. Bei positivem Prüfergebnis wird der Zahlenwert zur nachfolgenden Verarbeitung weitergeleitet.

Die bekannte Vorrichtung kann die Zuverlässigkeit der Prüfung nicht gewährleisten, da schon beim Ausfall nur einer der Prüfeinrichtungseinheiten die Ergebnisse am Ausgang dieser nicht mehr zuverlässig sind.

Der vorgeschlagenen Vorrichtung am nächsten kommt eine Vor- richtung (Erfinderschein UdSSR Nr. 1325485, Klasse G06F 11/18, 1986), die zwei identische Kanäle beinhaltet, wobei jeder davon aus einem Majoritätselement besteht, deren Ein- gänge als Eingänge des entsprechenden Kanals dienen ; dabei sind die Eingänge eines Kanals an die Ausgänge von drei ty- pengleichen zueinander redundant aufgebauten Einheiten ange- schlossen und die Eingänge des zweiten Kanals-an die zur Überwachung der Funktionsfähigkeit dienenden Leitung ; die

Ausgänge der Kanäle sind über Logikelemente an die Stellen- heiten angeschlossen.

Sind die Ausgänge von zwei funktionsfähigen Einheiten gleich, so erzeugt die Vorrichtung ein Signal, das gleich den Aus- gangssignalen der funktionsfähigen Einheiten ist.

Beim Ausfall einer der Einheiten des Hauptkanals, erzeugt die Vorrichtung ein Ausgangssignal, das gleich dem Nennwert des Ausgangssignals ist.

Diese Vorrichtung wird als nächstliegender Stand der Technik betrachtet.

Der Nachteil der bekannten Vorrichtung besteht darin, dass beim Austausch des Ausgangssignals eines ausgefallenen Kanals gegen den Kanal mit dem Nennwert des Ausgangssignals die Er- gebniszuverlässigkeit verloren geht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich- tung zur Ermittlung der Drehzahl eines rotierenden Maschinen- teils anzugeben, welche zuverlässig und ausfallsicher arbei- tet und kostengünstig realisierbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrich- tung zur Überwachung der Drehzahl eines rotierenden Maschi- nenteils, wobei die Vorrichtung zwei parallel angeordnete Teilvorrichtungen umfasst, wobei jede Teilvorrichtung folgen- de Komponenten umfasst : - mindestens drei Signaleingänge, welchen jeweils das Aus- gangssignal eines Drehzahlsensors zuführbar ist, - eine Recheneinheit, mittels welcher aus mindestens einem Ausgangssignal eines der Drehzahlsensoren mindestens die Drehzahl des rotierenden Maschinenteils berechenbar ist, und

- mindestens einen Signalausgang zur Ausgabe der von der Re- cheneinheit berechneten Drehzahl.

Dabei sind einander entsprechende Signaleingänge der Teilvor- richtungen jeweils parallel mit dem Ausgangssignal eines der Drehzahlsensoren beschaltet.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sollen Einrichtungen und Aggregate, insbesondere Turbinen, u. a. zuverlässig und sicher vor unzulässigen und gefährlichen Zuständen geschützt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dabei insbeson- dere für alle Einrichtungen geeignet, bei welchen hohe Anfor- derungen an die Sicherheit verbunden mit hohen Forderungen an die Verfügbarkeit der jeweiligen Einrichtungen gestellt wer- den. Dies trifft vor allem bei großen Aggregaten, beispiels- weise Turbinen zur Erzeugung von elektrischer Energie, zu, deren Ausfall unter Umständen große wirtschaftliche, aber auch personelle Schäden, beispielsweise als Folge von Unfäl- len, verursachen kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist mittels zweier Teilvor- richtungen aufgebaut, welche als jeweils separate Kanäle rea- lisiert sind, wobei zur Erfüllung der Aufgabe bezüglich der Überwachung der Drehzahl des rotierenden Maschinenteils eine Teilvorrichtung ausreicht. Der redundante Aufbau der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung mit zwei separaten Kanälen (Teilvor- richtungen) erhöht die Verfügbarkeit, da die Funktion eines möglicherweise fehlerhaft arbeitenden Kanals der erfindungs- gemäßen Vorrichtung vom anderen Kanal übernommen werden kann, ohne dass dabei eine Einbuße an Funktionalität hingenommen werden muss.

Dadurch sind insbesondere unnötige Abschaltungen eines Aggre- gats vermieden, da bei einem Ausfall der Drehzahlüberwa- chungsfunktion eines der Kanäle diese Aufgabe vom anderen Ka- nal übernommen werden kann. Bei nicht redundant ausgelegten Drehzahlüberwachungsvorrichtungen wäre dagegen bei fehlerhaf- ter Drehzahlüberwachung ein Abschalten des überwachten Aggre-

gats notwendig, obwohl das Aggregat an sich keinen Fehler aufweist.

Von daher ist mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine hohe Verfügbarkeit des überwachten Aggregats sichergestellt.

Insbesondere sind beide Teilvorrichtungen, also beide Kanäle, der erfindungsgemäßen Vorrichtung identisch aufgebaut.

Ein zweiter wesentlicher Aspekt hinsichtlich der erreichten hohen Verfügbarkeit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung be- steht in der jeweils dreifachen Drehzahlsignalerfassung jeder der Teileinrichtungen.

Dabei sind mindestens drei Drehzahlsensoren vorgesehen, wel- che am oder nahe beim zu überwachenden rotierenden Maschinen- teil angeordnet sind und deren Ausgangssignale die Eingangs- signale für die Signaleingänge jeder Teilvorrichtung der er- findungsgemäßen Vorrichtung liefern.

Das Ausgangssignal jedes der Drehzahlsensoren wird dabei pa- rallel auf die beiden, sich jeweils entsprechenden, Signal- eingänge jeder Teilvorrichtung geschaltet. Somit stehen für jede Teilvorrichtung zur Überwachung und/oder Ermittlung der Drehzahl der rotierenden Maschinenteils mindestens drei Mess- signale zur Verfügung, so dass zum einen beim Ausfall einer Teilvorrichtung deren Funktion von der anderen Teilvorrich- tung übernommen werden und zum anderen ein Ausfall mindestens eines Drehzahlsensors toleriert werden kann, da beispielswei- se mittels eines Vergleichs der Ausgangssignale der mindes- tens drei Drehzahlsensoren untereinander sicher festgestellt werden kann, welches der drei Ausgangssignale der Drehzahl- sensoren als fehlerhaft anzusehen ist ; im Fehlerfall weicht nämlich der Wert eines der Ausgangssignale von den beiden an- deren Ausgangssignalen (welche im Wesentlichen identisch sind) erheblich ab und kann von der Ermittlung der Drehzahl ausgeschlossen werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet bezüglich ihrer Teilvorrichtungen bevorzugt im so genannten"Eins von zwei"- Modus, was besagt, dass von den vorhandenen zwei Teilvorrich- tungen eine genügt, um die gewünschte Überwachungsfunktion zur Verfügung zu stellen und dass im Falle eines Fehlers eine der Teilvorrichtungen deren Funktion von der jeweils anderen Teilvorrichtung übernommen werden kann.

Bei jeder der Teilvorrichtungen ist bezüglich der Drehzahl- signale eine so genannte"Zwei von drei"-Redundanz vorgese- hen, was besagt, dass von den mindestens drei an den Signal- eingängen jeder Teilvorrichtung anliegenden Drehzahlsignale eines fehlerhaft sein kann, ohne dass die Überwachungsfunkti- on jeder Teilvorrichtung dadurch gefährdet ist.

Als eine alternative Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe kann vorgesehen werden, jede der Teilvorrichtungen mit Aus- gangssignalen von jeweils zugeordneten Drehzahlsensoren zu versorgen, wobei für jede Teilvorrichtung jeweils drei Dreh- zahlsensoren, also insgesamt sechs Drehzahlsensoren, vorgese- hen sind. Auf diese Weise ist die Verfügbarkeit weiter er- höht, da nun auch mindestens zwei fehlerhafte Drehzahlsignale toleriert werden können, um die Drehzahl des rotierenden Ma- schinenteils dennoch fehlerfrei ermitteln zu können.

Im ungestörten Betrieb des rotierenden Maschinenteils und der Drehzahlsensoren eines Aggregats sind die mindestens drei Messgrößen als Ausgangssignale der Drehzahlsensoren gleich und weisen untereinander keine intolerablen Abweichungen auf.

Wenn nun einer dieser Messwerte von den beiden anderen Mess- werten um mehr als einen festgelegten, zulässigen Betrag ab- weicht, wird dieser als fehlerhaft identifiziert und von der weiteren Auswertung ausgeschlossen.

Falls alle Messwerte voneinander mehr als zulässig abweichen, so muss unter Umständen mittels eines Schutzsignals das Ag-

gregat, dessen rotierendes Maschinenteil drehzahlüberwacht wird, aus Sicherheitsgründen abgeschaltet werden, da eine Drehzahlüberwachung und/oder Drehzahlregelung dann nicht mehr möglich ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst jede Teilvorrichtung jeweils mindestens zwei Signalausgänge zur Ausgabe der von der Recheneinheit berechneten Drehzahl, wobei mittels eines ersten der mindestens zwei Signalausgänge jede aktuelle Drehzahl ausgebbar ist und wobei mittels eines zweiten der mindestens zwei Signalausgänge nur solche aktuel- len Drehzahlen ausgebbar sind, deren Werte in einem vorgege- benen Drehzahlbereich, welcher eine echte Teilmenge eines tatsächlichen Drehzahlbetriebsbereichs des rotierenden Ma- schinenteils ist, enthalten sind.

Der erste der mindestens zwei Signalausgänge führt dabei zu jedem Zeitpunkt des Betriebs des rotierenden Maschinenteils dessen aktuelle Drehzahl, gleichgültig, ob das rotierende Ma- schinenteil gerade erst anläuft und eine niedrige Drehzahl- ggf. eine Drehzahl gleich Null-aufweist oder sich im Norm- drehzahlbetrieb oder sogar im Überdrehzahlbetrieb befindet.

Mittels des ersten der mindestens zwei Signalausgänge wird folglich in jedem Betriebsfall die aktuelle Drehzahl des ro- tierenden Maschinenteils zur Verfügung gestellt, beispiels- weise für eine Drehzahlanzeige und/oder eine Weiterverarbei- tung, beispielsweise mittels eines Turbinenreglers.

Da ein Signalausgang allgemein seine jeweils als Ausgangssig- nal anliegenden Signalausgangswerte nur mit begrenzter Genau- igkeit darstellen kann, insbesondere, wenn es sich um digita- lisierte Signalausgangswerte handelt, sind die aktuell anlie- genden Signalausgangswerte um so ungenauer, je größer der Signalausgangsbereich ist, welchen mittels des Signalausgangs darzustellen ist.

Um in einem gewünschten Drehzahlbetriebsbereich, welcher nur einen Teilbereich des tatsächlichen Drehzahlbetriebsbereichs umfasst, einen möglichst genauen Wert für eine aktuell vor- liegende Drehzahl des rotierenden Maschinenteils zu erhalten, ist bei einer erfindungsgem##en Vorrichtung der zweite der mindestens zwei Signalausg#nge vorgesehen.

Der gewünschte Drehzahlbetriebsbereich umfasst bevorzugt. die Nenndrehzahl des rotierenden Maschinenteils, für welche das rotierende Maschinenteil ausgelegt ist und mit welcher das rotierende Maschinenteil im Normalbetrieb rotiert.

Da mittels des zweiten der mindestens zwei Signalausgänge nur ein Teilbereich des tatsächlich möglichen Drehzahlbereichs des rotierenden Maschinenteils darstellbar sein muss, ist die Genauigkeit, mit welcher ein Drehzahlwert aus dem genannten Teilbereich darstellbar ist, größer im Vergleich zur Genauig- keit, mit welcher mittels des ersten der beiden Signalausgän- ge die jeweiligen Drehzahlwerte aus dem gesamten Drehzahlbe- reich darstellbar sind.

Die genannte erhöhte Darstellungs-und Ausgabegenauigkeit kann. beispielsweise ausgenutzt werden, um im Bereich der Nenndrehzahl (wenn diese vom genannten Teilbereich umfasst ist) eine sehr genaue Drehzahlregelung des rotierenden Ma- schinenteils mittels eines Drehzahlreglers zu realisieren.

Im Falle einer Turbine kann deren Betrieb im Bereich der Nenndrehzahl besonders gut überwacht und/oder mittels eines Turbinenreglers aufrecht erhalten werden, da der vom Turbi- nenregler mindestens benötigte Messwert der aktuellen Dreh- zahl mittels des zweiten der mindestens zwei Signalausgänge sehr genau zur Verfügung gestellt werden kann, so dass insbe- sondere Abweichungen von der gewünschten Nenndrehzahl schnell und genau ausgeregelt werden können.

Der tatsächliche Drehzahlbetriebsbereich des rotierenden Ma- schinenteils umfasst beispielsweise den Bereich zwischen 0 U/min und etwa 4000 U/min. Ein derartiger tatsächlicher Dreh- zahlbetriebsbereich ist besonders typisch für den Drehzahlbe- triebsbereich von Turbinen zur Erzeugung von elektrischer Energie ; der vorgegebene Drehzahlbereich (als Teilbereich des tatsächlichen Drehzahlbetriebsbereiches) umfasst dabei bevor- zugt den Bereich zwischen 2900 U/min und etwa 3100 U/min.

Ein derartiger vorgegebener Drehzahlbereich umfasst die Nenn- drehzahl sehr vieler Turbinen zur Erzeugung von elektrischer Energie, so dass mittels des zweiten der mindestens zwei Sig- nalausgänge Drehzahlen im Bereich der Nenndrehzahl sehr genau ausgegeben werden können.

Bevorzugt ist mittels der Recheneinheit jeder Teilvorrichtung die zeitliche Änderung der Drehzahl berechenbar und mittels eines weiteren Signalausgangs die berechnete zeitliche Ände- rung der Drehzahl ausgebbar.

Hierbei wird mittels der Recheneinheit beispielsweise aus ei- ner Historie von mindestens zwei, insbesondere des (unmittel- bar zurückliegenden) aktuellen und eines weitere Zeit zurück- liegenden Drehzahlwerts, die zeitliche Änderung der Drehzahl berechnet. Dazu müssen lediglich Mittel zur Speicherung be- rechneter Drehzahlwerte zur Verfügung stehen und es muss der zeitliche Abstand zwischen mindestens diesen zwei Drehzahl- werten bekannt sein.

Aus der ermittelten Drehzahländerungsgeschwindigkeit lassen sich weitere Informationen über den Betriebszustand des ro- tierenden Maschinenteils ableiten. Aus einer zeitlichen Ände- rung der Drehzahl gleich Null kann beispielsweise geschlossen werden, dass ein stabiler Betrieb vorliegt und keine Eingrif- fe vorgenommen werden müssen.

Ein Absinken der Drehzahl innerhalb eines bestimmten Zeit- raums dagegen deutet auf eine geänderte, insbesondere gestie- gene, Belastung hin, was gewöhnlich einen Eingriff in den Be- trieb notwendig macht, da die Drehzahl, insbesondere im Falle einer Turbine, einer gewünschten Nenndrehzahl möglichst gut entsprechen soll. Im letzten Fall muss dann bei einer Laster- höhung beispielsweise der Zufluss des Turbinenbetriebsmedi- ums, wie z. B. Dampf und/oder Gas, erhöht werden, um auch im vorliegenden Fall einer Lasterhöhung die gewünschte Nenndreh- zahl aufrecht erhalten zu können.

Hat sich die Drehzahl innerhalb eines bestimmten Zeitraums erhöht, so deutet dies z. B. auf eine verringerte Last hin, was ebenfalls meist einen Eingriff in den Betrieb notwenig macht. Im Falle einer Turbine treten derartige Überdrehzahlen z. B. dann auf, wenn plötzlich eine größere Last vom Energie- versorgungsnetz abgetrennt wird. Die Turbine neigt dann dazu, "durchzugehen", insbesondere wenn eine große Teillast abge- trennt wurde, und mit u. U. stark erhöhter Drehzahl zu rotie- ren. Dies kann zu einer Gefährdung der Stabilität der Maschi- ne, aber auch zur Gefährdung von Menschen und der Umwelt füh- ren.

Mittels dieser Ausführungsform der Erfindung können zeitliche Änderungen der Drehzahl, welche oftmals einen Eingriff in den Betrieb erfordern, um einen gewünschten Normalbetrieb wieder herzustellen, sicher erkannt werden.

Vorteilhaft ist mittels der Recheneinheit jeder Teilvorrich- tung ein Überschreiten einer vorgegebenen maximalen zeitli- chen Änderung der Drehzahl detektierbar und mittels eines Meldesignalausgangs, insbesondere eines digitalen Signalaus- gangs, ein entsprechendes Ausgangssignal ausgebbar.

Die vorgegebene maximale zeitliche Änderung der Drehzahl ist ein Maß dafür, innerhalb welcher Grenzen zeitliche Änderungen der Drehzahl tolerabel sind. Da auch während des Normalbe-

triebs Drehzahlschwankungen vorkommen, ohne dass ein Eingriff in den Betrieb notwendig ist, kann mittels dieser Ausfüh- rungsform sicher gestellt werden, dass nur solche zeitlichen Änderungen der Drehzahl einen Eingriff in den Betrieb nach sich ziehen, welche die vorgegebene maximale zeitliche Ände- rung der Drehzahl übersteigen. Sobald diese maximale Dreh- zahländerungsgeschwindigkeit überschritten ist, wird dies durch den entsprechenden Signalausgang, beispielsweise als ein binäres Warnsignal, gemeldet und entsprechende Eingriffe in den Betrieb können zeitnah zum Warnsignal vorgenommen wer- den.

Vorteilhaft ist mittels mindestens eines der Signalausgänge das jeweils zugehörige Ausgangssignal als elektrische Span- nung ausgebbar, insbesondere als elektrische Spannung im Be- reich von 0 bis 10 Volt.

Elektrische Spannungen können beispielsweise mittels elektro- nischer Schaltungen besonders gut verarbeitet werden. Außer- dem sind mittels elektrischer Spannungen sowohl analoge, als auch digitale Signale darstellbar. Der Wertebereich eines analogen Signals kann beispielsweise abgebildet werden auf einen Spannungsbereich und der Zustand eines binären Signals kann repräsentiert werden durch einen jeweils zugeordneten konstanten Spannungswert.

Die Verarbeitung von mittels elektrischer Spannung codierten Signalen ist insbesondere bei speicherprogrammierbaren Steue- rungen (SPS) weit verbreitet.

Bei letztgenannter Ausführungsform weist die elektrische Spannung bevorzugt einen Wert zwischen 0 V und 10 V auf.

Für einen derartigen Spannungsbereich sind eine Reihe von so- genannten Analogausgabekarten für speicherprogrammierbare Steuerungen erhältlich, welche ohne besondere Anpassungen bei der Erfindung eingesetzt werden können.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung zur zyklischen digitalen Signalverarbei- tung ertüchtigt und mindestens ein Teil der Signalausgänge und/oder ein Teil der Ausgangssignale der Drehzahlsensoren ist mittels eines Datenbusses von der bzw. an die Vorrichtung übertragbar.

Bekannte speicherprogrammierbare Steuerungen verarbeiten Sig- nale digital und zyklisch. Die Zykluszeit, mit welcher die Signale bestimmter Funktionen der speicherprogrammierbaren Steuerung verarbeitet werden, hängt beispielsweise von der Rechengeschwindigkeit einer Baugruppe der speicherprogram- mierbaren Steuerung ab, mittels welcher die jeweilige Funkti- on realisiert ist. Eine besonders geeignete Zykluszeit, wel- che eine ausreichend schnelle Erfassung und Ausgabe der Dreh- zahl bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erlaubt, liegt dabei im Bereich etwa zwischen 4 ms und 10 ms, insbesondere zwischen 6 ms und 8 ms.

Bussysteme zur Übertragung von Daten sind insbesondere im Be- reich der bereits erwähnten speicherprogrammierbaren Steue- rungen und bei Leitsystemen bekannt. Dabei werden verschiede- ne Signale nicht über jeweils separate Verbindungen, sondern über eine gemeinsame Verbindung, den sogenannten Datenbus, übertragen.

Auf diese Weise ist insbesondere der Verdrahtungsaufwand zwi- schen den Telekommunikationsteilnehmern reduziert, da keine Einzelleitungen zwischen diesen verlegt werden müssen.

Bevorzugt ist mittels der Recheneinheit jeder Teilvorrichtung feststellbar, ob mindestens eines der an die jeweiligen Sig- naleingänge angeschlossenen Ausgangssignale der Drehzahlsen- soren fehlerhaft ist.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung werden die mindes- tens drei von den Drehzahlsensoren gelieferten Messsignale von jeder Teilvorrichtung überwacht und auf eine Abweichung untereinander überprüft.

Wenn alle drei Messsignale gleiche Werte aufweisen, so liegt keine unzulässige Abweichung und somit kein Fehler vor, so dass beispielsweise eine der drei genannten Messgrößen aus- reichend ist, um die Drehzahl des rotierenden Maschinenteils zu berechnen.

Ergibt ein Vergleich der drei genannten Messgrößen, dass eine der Messgrößen von den beiden anderen Messgrößen um mehr als einen vorgegebenen, tolerablen Betrag abweicht, so wird die derart als fehlerhaft identifizierte Messgröße nicht weiter- verarbeitet und die Drehzahl aus mindestens einer der beiden anderen Messgrößen berechnet.

Sollte ein Vergleich der drei genannten Messgrößen ergeben, dass diese alle voneinander abweichen, so ist eine Ermittlung der Drehzahl nicht möglich, da nicht entschieden werden kann, welche der Ausgangssignale der Drehzahlsensoren fehlerhaft sind und ob überhaupt ein korrektes Ausgangssignal vorliegt ; das Aggregat, dessen rotierendes Maschinenteil mittels der Vorrichtung überwacht wird, ist aus Sicherheitsgründen in diesem Fall meist abzuschalten, beispielsweise mittels eines Schutzsignals, welches von der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugt ist. Wie bereits erwähnt, kann die Verfügbarkeit ei- ner erfindungsgemäßen Vorrichtung weiter erhöht werden, wenn pro Teilvorrichtung jeweils drei separate Messsignale, die von unterschiedlichen Drehzahlsensoren stammen, verwendet werden. Mittels der genannten Verwendung von sechs Drehzahl- sensoren kann dann auch eine Abweichung aller Messsignale be- züglich einer Teilvorrichtung untereinander toleriert und ei- ne Abschaltung des Aggregats vermieden werden, da die andere Teilvorrichtung in diesem Fall die Gesamtfunktion übernehmen kann (falls deren zugeordnete Drehzahlsensoren höchstens ei- nen Fehler aufweisen).

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Teilvorrichtungen ertüchtigt, untereinander Daten auszutauschen, wobei die Daten solche Teildaten umfassen, mittels welcher die Funktionstüchtigkeit mindestens einer der Teilvorrichtungen identifizierbar ist.

Neben der bei vorhergehenden Ausführungsformen der Erfindung genannten Eigenüberwachung jeder Teilvorrichtung, wobei ein möglicherweise fehlerhaftes Ausgangssignal eines Drehzahlsen- sors identifiziert wird, ist bei dieser Ausführungsform eine gegenseitige Überwachung der beiden Teilvorrichtungen vorge- sehen.

Dazu werden von beispielsweise jeder Teilvorrichtung die min- destens drei an den Signaleingängen anliegenden Ausgangssig- nale der Drehzahlsensoren erfasst und vor der Ausgabe der be- rechneten Drehzahl ein Testprogramm jeder Teilvorrichtung durchlaufen, wobei bei diesem Testprogramm als Werte für die Signaleingänge Testdaten verwendet werden, zu welchen die entsprechenden, mittels Recheneinheit zu berechnenden, Ausga- bedaten vorab bekannt sind. Wenn nun die von der Rechenein- heit zu den Testdaten berechneten Ergebnisse nicht mit den vorab bekannten Ergebnissen übereinstimmen, liegt ein Fehler der betreffenden Teilvorrichtung vor und es wird von der betreffenden Teilvorrichtung eine entsprechende Meldung an die andere Teilvorrichtung übermittelt. Im Normalfall ent- spricht das von der Recheneinheit zu den Testdaten berechnete Ergebnis dem vorab bekannten Ergebnis, so dass in diesem Fall die Funktionsfähigkeit der betreffenden Teilvorrichtung si- chergestellt ist.

Wenn mittels des Testprogramms einer der beiden Teilvorrich- tungen ein derartiger Fehler festgestellt wird und mittels des entsprechenden Testprogramms der anderen Teilvorrichtung kein Fehler dieser Teilvorrichtung festgestellt wird, dann werden die berechneten Ergebnisse der fehlerhaften Teilvor- richtung verworfen und die Ergebnisse der fehlerfreien Teil- vorrichtung weiterverarbeitet.

Bevorzugt ist zur Überwachung der Turbine während ihres Be- triebs vorwiegend eine erste der beiden Teilvorrichtungen ge- nutzt und die andere Teilvorrichtung ist dann zur Überwachung der Turbine genutzt, falls die erste Teilvorrichtung funkti- onsuntüchtig ist.

In dieser Ausgestaltung der Erfindung arbeitet die erfin- dungsgemäße Vorrichtung als so genannte Master-Slave- Anordnung, bei welcher im Normalbetrieb eine der beiden Teil- vorrichtungen die Überwachungsfunktion wahrnimmt.

Wenn nun beispielsweise mittels eines Testprogramms dieser Teilvorrichtung, welche als Master betrieben ist, ein Fehler identifiziert wird, so wird spätestens nach Identifikation dieses Fehlers von der anderen der beiden Teilvorrichtungen ein entsprechendes Testprogramm durchlaufen, um festzustel- len, ob diese fehlerfrei arbeitet.

Ist dies der Fall, so werden die Ausgangssignale der fehler- haften Teilvorrichtung verworfen und zur Überwachung der Drehzahl des rotierenden Maschinenteils die Ausgangssignale der fehlerfreien Teilvorrichtung verwendet.

Im Fehlerfall erfolgt dabei die Umschaltung von der Master- Teilvorrichtung zur Slave-Teilvorrichtung automatisiert und in sehr kurzer Zeit, so dass eine kontinuierliche Überwachung des rotierenden Maschinenteils gegeben ist. Durch entspre- chende auf den Teilvorrichtungen jeweils implementierte Über- wachungsalgorithmen wird die Fehlererkennung und im Bedarfs- falle die automatische Umschaltung zur fehlerfreien Teilfunk- tion realisiert.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird außerdem durch eine weitere Vorrichtung gelöst und zwar durch eine Vorrichtung zur Er- mittlung der Drehzahl eines rotierenden Maschinenteils, die zwei Messkanäle beinhaltet, wobei jeder dieser Kanäle aus ei-

nem Signalempfänger mit mindestens drei Drehzahlgebern be- steht, der an die Drehzahlrecheneinheit angeschlossen ist, bei der einer der Ausgänge als Ausgang für die Ist-Drehzahl dient und der andere als Ausgang für die Drehzahl, deren Wer- te im vorgegebenen Drehzahlbereich der Turbine liegen, wel- cher der Nenndrehzahl bei normalem Betrieb entspricht ; die Vorrichtung ist gekennzeichnet dadurch, dass die gleichnami- gen (=sich entsprechenden) Kanalausgänge zusammengefasst sind, und in jedem Kanal ein Analysegerät für die Überschrei- tung der vorgegebenen maximalen temporären Drehzahländerung integriert ist, das eine Steuereinwirkung zur Ausgabe eines Ausgangssignals aus einem der Kanäle erzeugt, wobei die Vor- richtung das Ausgangssignal in Form einer elektrischen Span- nung im Bereich von 0 bis 10 Volt oder ein digitales Signal erzeugen kann, das die Möglichkeit einer zyklischen digitalen Signalverarbeitung sowie die Übertragung mindestens eines Teils der Ausgangssignale und/oder eines Teils der Ausgangs- signale von den Drehzahlgebern zur Einrichtung mittels Daten- bus gewährleistet.

Außerdem beinhaltet die Recheneinheit ein Majoritätselement, das bestimmt, ob mindestens eines der an die entsprechenden Eingänge angeschlossenen Ausgangssignale des Drehzahlgebers fehlerhaft ist.

Die zwei Kanäle sind untereinander durch einen Datenbus ver- bunden, wobei die Daten solche Datenteile umfassen, die dazu dienen können, die Funktionsfähigkeit mindestens eines der Kanäle festzustellen.

Dabei wird gemäß den Ergebnissen, die bei der Prüfung der Funktionsfähigkeit der Kanäle erzielt wurden, vorrangig der erste Kanal verwendet.

Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher dargestellt.

Es zeigen :

FIG 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überwachung der Drehzahl eines Turbinenlaufrades, und FIG 2 eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung.

In der Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Überwachung der Drehzahl eines rotierenden Maschinenteils 3, insbesondere eines Turbinenlaufrads dargestellt.

Zur Erfassung von Drehzahlsignalen des rotierenden Maschinen- teils 3 sind am Umfang des rotierenden Maschinenteils 3 drei Drehzahlsensoren 9 angeordnet, welche beispielsweise am Um- fang angeordnete und während des Betriebs umlaufenden Markie- rungen oder Zähne detektieren.

Die Ausgangssignale 11 der Drehzahlsensoren 9 sind parallel auf Signaleingänge 51 einer ersten Teilvorrichtung 5 und ei- ner zweiten Teilvorrichtung 7 geschaltet, wobei das Ausgangs- signal 11 eines der Drehzahlsensoren 9 auf sich entsprechende Signaleingänge 51,71 der beiden Teilvorrichtungen 5,7 ge- schaltet ist. Die Signaleingänge 51,71 der beiden Teilvor- richtungen 5,7 sind jeweils mit einer Recheneinheit 53,73 der jeweiligen Teilvorrichtung 5,7 verbunden.

Mittels der Recheneinheit 53 bzw. 73 wird bei jeder Teilvor- richtung 5,7 anhand mindestens eines der an den jeweiligen Signaleingängen 51,71 anliegenden Ausgangssignale 11 der Drehzahlsensoren 9 die Drehzahl des rotierenden Maschinen- teils 3 berechnet. Dies kann beispielsweise dadurch gesche- hen, dass am Umfang des rotierenden Maschinenteils angebrach- te Markierungen oder Zähne gezählt und anhand des Messzeit- raums, in welchem vorgenannte Anzahl ermittelt wurde, und an- hand der Gesamtzahl der Markierungen bzw. Zähne die momentane Drehzahl des rotierenden Maschinenteils 3 berechnet wird.

Über einen ersten Signaleingang 551 der ersten Teilvorrich- tung bzw. über einen ersten Signalausgang 751 der zweiten Teilvorrichtung ist die von der Recheneinheit 53 bzw. 73 be- rechnete Drehzahl des rotierenden Maschinenteils 3 ausgebbar,

wobei der genannte erste Signalausgang 551,751 der jeweili- gen Teilvorrichtung 5,7 den gesamten Drehzahlbereich, wel- cher vom rotierenden Maschinenteil 3 realisierbar ist, ausge- ben kann. An den genannten ersten Signalausgängen 551,751 liegt also während des Betriebs des rotierenden Maschinen- teils 3 dessen von der jeweiligen Recheneinheit 53 bzw. 73 jeweils berechnete Drehzahl an, egal, ob das rotierende Ma- schinenteil 3 eine sehr kleine Drehzahl, beispielsweise bei einem Anfahrvorgang, eine Drehzahl des Normalbetriebs oder eine sehr große Drehzahl, beispielsweise während eines Über- drehzahlbetriebs, aufweist. Der jeweilige Signalausgangsbe- reich der ersten Signalausgänge 551 bzw. 751 ist folglich für den gesamten Drehzahlbetriebsbereich des rotierenden Maschi- nenteils 3 ausgelegt.

Mittels eines zweiten Signalausgangs 552,752 der jeweiligen Teilvorrichtung 5,7 sind dagegen nur momentane Drehzahlen des rotierenden Maschinenteils 3 ausgebbar, welche in einem vorgegebenen Drehzahlbereich enthalten sind, der nur eine Teilmenge des tatsächlichen Drehzahlbetriebsbereichs des ro- tierenden Maschinenteils 3 umfasst. Bevorzugt beschreibt die- ser Teilbereich den Drehzahlbereich um und in der Nähe der Normdrehzahl, für welche das rotierende Maschinenteil 3 aus- gelegt ist. Folglich steht der Signalausgangsbereich der zweiten Signalausgänge 552 und 752 der jeweiligen Teilvor- richtung 5,7 für den genannten vorgegebenen Teilbereich des Drehzahlbetriebsbereichs des rotierenden Maschinenteils 3 zur Verfügung, so dass während eines Betriebs des rotierenden Ma- schinenteils 3 in diesem Teilbereich mittels der zweiten Sig- nalausgänge 552 und 752 eine sehr genaue Ausgabe der momenta- nen Drehzahl möglich ist.

Die genannte hohe Genauigkeit der zweiten Signalausgänge 552, 752 ist insbesondere erzielbar, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 oder zumindest die Recheneinheiten 53 und 73 mittels Digitalrechnern realisiert sind.

Bei Digitalrechnern ist es beispielsweise bekannt, analoge Werte mit 16 Bit zu codieren. Dabei macht es hinsichtlich der Genauigkeit des codierten Wertes einen großen Unterschied, ob beispielsweise der kleine Wertebereich zwischen 0 und 10 oder ein sehr viel größerer Wertebereich zwischen 0 und 100.000 mittels dieser beispielhaft genannten 16 Bit zu codieren ist.

Die sich im ersten Fall ergebende Quantisierungsstufe ist be- tragsmäßig um einiges kleiner als die sich im zweiten Fall ergebende Quantisierungsstufe, so dass die im ersten Fall co- dierten Werte eine höhere Genauigkeit aufweisen als die die- jenigen des zweiten Falls.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß der Figur wird also die erhöhte Genauigkeit der zweiten Signalausgänge 552 und 752 im Bereich des vorgegebenen Drehzahlbereichs er- reicht, indem diese Signalausgänge mit ihrem jeweils zur Ver- fügung stehenden Signalausgangsbereich nur einen Teilbereich des Drehzahlbetriebsbereichs darstellen und ausgeben müssen.

Die von den zweiten Signalausgängen 552,752 ausgegebenen Signale können beispielsweise für eine genaue und/oder schnelle Turbinenregelung verwendet werden.

Mittels der Recheneinheit 53 der ersten Teilvorrichtung 5 und der Recheneinheit 73 der Teilvorrichtung 7 ist jeweils leicht feststellbar, ob eines der Ausgangssignale 11 der Drehzahl- sensoren 9 fehlerhaft ist. Dazu werden bei jeder Teilvorrich- tung 5,7 die an den Signaleingängen 51 bzw. 71 anliegenden Ausgangssignale 11 der Drehzahlsensoren 9 miteinander vergli- chen und festgestellt, ob ein Wert von den beiden anderen Werten abweicht. Ist dies der Fall, so wird der abweichende Wert von der jeweiligen Recheneinheit 53 bzw. 73 nicht zur Berechnung der Drehzahl des rotierenden Maschinenteils 3 he- rangezogen. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist folg- lich bei jeder Teilvorrichtung 5,7 eine redundante, so ge- nannte"Zwei von drei-Erfassung und Auswertung der Ausgangs- signale 11 der Drehzahlsensoren 9 realisiert. Auf diese Weise kann ein Fehler eines der Ausgangssignale 11 toleriert wer-

den, ohne die Überwachungsfunktion der Teilvorrichtungen 5,7 zu verlieren.

Neben dieser kanalweisen Redundanz hinsichtlich der Erfassung der Ausgangssignale 11 der Drehzahlsensoren 9 ist bei der er- findungsgemäßen Vorrichtung 1 weiterhin eine so genannte "Eins von zwei"-Verfügbarkeit hinsichtlich der parallel ange- ordneten Teilvorrichtungen 5,7 realisiert.

Dies bedeutet, dass zur Erfüllung der Drehzahlüberwachungs- funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 die Fehlerfrei- heit einer der Teilvorrichtungen 5,7 ausreicht. Im Normalbe- trieb übernimmt eine der Teilvorrichtungen 5,7 die Aufgabe eines Masters, so dass diese Teilvorrichtung die Überwa- chungsfunktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 übernimmt.

Damit im Fehlerfall eine automatische Umschaltung von der fehlerhaften Teilvorrichtung, welche als Master betrieben ist, auf die fehlerfreie Teilvorrichtung, welche als Slave betrieben ist, erfolgen kann, umfassen beide Teilvorrichtun- gen, 5,7 jeweils eine Überwachungseinheit 57 bzw. 77. Zwi- schen den beiden Teilvorrichtungen 5,7 werden Daten ausge- tauscht, insbesondere mittels der Überwachungseinheiten 57 und 77.

Wenn nun während des Betriebs des rotierenden Maschinenteils 3 die momentan als Master betriebene Teilvorrichtung 5,7 ei- nen Fehler aufweist-dies kann beispielsweise mittels eines in der Überwachungseinheit 57,77 implementierten Testpro- gramms ermittelt werden-, so wird dies an die andere Teil- vorrichtung 5,7 gemeldet, welche daraufhin die Funktion der bisher als Master betriebenen Teilvorrichtung als neuer Mas- ter übernimmt. Als Ausgangssignale 100,200 der erfindungsge- mäßen Vorrichtung werden also vorteilhaft entweder die Werte der Signalausgänge der fehlerfrei als Master arbeitenden Teilvorrichtung verwendet, oder die Werte der Signalausgänge derjenigen Teilvorrichtung, welche in einem Fehlerfall die Funktion der bisherigen Master-Teilvorrichtung übernimmt. Die

Auswahl der Werte der in diesem Sinne richtigen Signalausgän- ge zur Ausgabe als Ausgangssignale 100,200 der erfindungsge- mäßen Vorrichtung 1 kann dabei beispielsweise mittels mindes- tens einer der Überwachungseinheiten 57,77 erfolgen.

Falls infolge eines Fehlers die Funktion des bisherigen Mas- ters auf die andere Tilvorrichtung übergeht, so kann die feh- lerhafte Teilvorrichtung repariert werden, ohne dass die Drehzahlüberwachung außer Betrieb genommen werden muss.

Figur 2 zeigt eine Skizze einer weiteren Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Die Vorrichtung zur Ermittlung der Drehzahl eines rotierenden Maschinenteils beinhaltet zwei Messkanäle 20 und 22, wobei jeder davon aus einem Signalempfänger 24 von mindestens drei Drehzahlgebern 26 besteht, eine Drehzahlrecheneinheit 28, Einrichtungen 30 zum Erzeugen der Ausgangssignale und einen Datenbus 32.

Die Vorrichtung ist auf der Grundlage eines Prozessors 34 ausgeführt, der entsprechend dem in seinen Speicher geladenen Programm wie nachfolgend beschrieben funktioniert.

Mindestens zu einem der Ausgangssignale von einem der Geber 26 berechnet die Recheneinheit 28 des Prozessors die Drehzahl des rotierenden Maschinenteils.

Die Eingänge der Signalempfänger 24 beider Kanäle sind paral- lel zum Ausgangssignal eines der Drehzahlgeber 26 geschaltet. Jeder Kanal erzeugt am Ausgang aus mindestens zwei Signalen die Ist-Drehzahl, deren Wert im vorgegebenen Drehzahlbereich liegt, sowie ein Signal der temporären Drehzahländerung. Die Recheneinheit stellt auch die Überschreitung der vorgegebenen temporär maximal zulässigen Drehzahländerung fest und über- trägt am Ausgang ein Signal über die Überschreitung der zu- lässigen temporären Drehzahländerung.

Die zu den Bestandteilen des Prozessors 34 gehörenden Majori- tätselemente stellen fest, ob mindestens eines der an die entsprechenden Eingänge angeschlossenen Ausgangssignale des Drehzahlgebers 26 fehlerhaft ist.

Die Kanäle können untereinander Daten austauschen, wobei die Daten solche Datenteile umfassen, die dazu dienen können, die Funktionsfähigkeit eines der Kanäle festzustellen. Dabei wird bei Funktionsfähigkeit beider Kanäle vorrangig der erste Ka- nal verwendet. Der zweite Kanal wird dann zur Kontrolle be- nutzt, wenn der erste Kanal funktionsunfähig ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Figur 2 lässt sich wie folgt zusammenfassend darstellen.

Die Vorrichtung zur Überwachung der Drehzahl eines rotieren- den Maschinenteils beinhaltet zwei Messkanäle 20 und 22, wo- bei jeder davon aus einem Signalempfänger 24 von mindestens drei Drehzahlgebern 26 besteht, eine Drehzahlrecheneinheit 28, eine Einrichtung 30 zum Erzeugen von Ausgangssignalen mit zwei Ausgängen sowie einen Datenbuss 32.

Die Vorrichtung ist auf der Grundlage eines Prozessors 34 ausgeführt, der entsprechend dem in seinen Speicher geladenen Programm folgendermaßen funktioniert.

Mindestens zu einem der Ausgangssignale von einem der Geber 26 berechnet die Recheneinheit 28 des Prozessors die Drehzahl des rotierenden Maschinenteils.

Die Eingänge der Signalempfänger 24 beider Kanäle sind paral- lel zum Ausgangssignal eines der Drehzahlgeber 26 geschaltet. Jeder Kanal erzeugt am Ausgang aus mindestens zwei Signalen die Ist-Drehzahl, deren Wert im vorgegebenen Drehzahlbereich liegt, und ein Signal über die temporäre Drehzahländerung.

Die Recheneinheit 28 stellt auch die Überschreitung der vor- gegebenen temporär maximal zulässigen Drehzahländerung fest

und überträgt am Ausgang ein Signal über die Überschreitung der zulässigen temporären Drehzahländerung.

Die zu den Bestandteilen der Recheneinheit gehörenden Majori- tätselemente stellen fest, ob mindestens eines der an die entsprechenden Eingänge angeschlossenen Ausgangssignale des Drehzahlgebers fehlerhaft ist.

Die Kanäle können untereinander Daten austauschen, wobei die Daten solche Datenteile umfassen, die dazu dienen können, die Funktionsfähigkeit eines der Kanäle festzustellen. Dabei wird bei Funktionsfähigkeit beider Kanäle vorrangig der erste Ka- nal verwendet. Der zweite Kanal wird dann zur Kontrolle be- nutzt, wenn der erste Kanal funktionsunfähig ist.