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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Messen und Überwachen von Temperaturen, mit mehreren Messkanälen, die je einen Eingang zum Anschluss von Temperatursensoren und den Eingängen je nachgeschaltete Messverstärker und Analog-/Digitalwandler aufweisen, sowie mit einem Mikroprozessor, wobei eine Grenzwertüberwachung für in zumindest einem Kanal gemessene Temperaturwerte zur Abgabe von Grenzwert-Anzeigesignalen an Grenzwertausgangen eingerichtet Ist, und mit zumindest einer Anzeige für gemessene Temperaturen sowie mit einer Busschnittstelle.
Auf vielen Gebieten der Technik sollen Temperaturen lokal erfasst und zentral gemessen und überwacht werden Dafür soll ein Über- oder Unterschreiten vorgegebener Temperaturen zu Alarmanzeigen oder Notabschaltungen führen, bzw. sollen andere Massnahmen - z. B. Im Wege einer Regelung - erfolgen, welche wieder zu Solltemperaturen führen. Ein Beispiel für eine technische Anwendung ist beispielsweise die Überwachung eines Dreiphasenmotors, welcher eine Maschine antreibt. Mit Hilfe von in die Ständerwicklungen integrierten Temperatursensoren wird die tatsächliche Temperatur der Wicklungen überwacht und in den Lagern des Motors und/oder der Maschine sind gleichfalls Temperatursensoren zur Erfassung der Lagertemperaturen angeordnet. Weiter könnte auch ein-bzw. austretende Kühlluft auf ihre Temperatur überwacht werden.
Andere Anwendungsgebiete sind beispielsweise die Temperaturüberwachung an Transformatoren, Klimasysteme, etc.
Als Temperatursensoren werden temperaturabhängige Widerstände verwendet, beispielsweise sogenannte Pt 100"-Widerstände mit linearem Kennlinienverlauf und einem Nennwiderstand von 100 Ohm bei 0 C, PTC-Widerstände, das sind Kaltleiterwiderstände mit nichtlinearer Kennlinie, die bei einer bestimmten Temperatur einen sprunghaften Widerstandsanstieg zeigt, sowie NTC-Widerstände, d. h. Heissleiter mit negativem Temperaturkoeffizienten für spezielle Anwendungen.
Derzeit werden Einrichtungen zum Messen und Überwachen für jede bestimmte Anwendung "massgeschneidert", d. h. es wird der Anwendung entsprechend jeder Messkanal abgeglichen, wobei immer nur eine Type von Messsensoren für sämtliche Messkanäle berücksichtigt werden kann.
Da beispielsweise in Elektromotoren Widerstände einer bestimmten Type, z. B. PCT, von aussen unzuganglich, d. h. nicht austauschbar eingebaut sind, können nicht die Temperatursensoren dem Messgerät angepasst werden, sondern dieses muss die Art des Temperatursensors berücksichtigen. Werden in einer Anlage unterschiedliche Sensoren verwerden, d. h. z. B PTC-, NTC- und Pt 100-Widerstandssensoren gemischt, so benötigt man mehrere Messgeräte, welche auf eine Widerstandstype abgestimmt sind.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Mess- und Überwachungseinrichtung für Temperaturen zu schaffen, die mit einer Mehrzahl von Temperatursensoren und völlig unterschiedlicher Bauart und Charakteristik verwendbar ist.
Diese Aufgabe wird mit einer Einrichtung der gegenständlichen Art gelöst, bei welcher erfindungsgemäss jeder Messkanal zumindest hinsichtlich der Sensorcharakteristik und des Messwertabgleichs auf der digitalen Ebene ; frei parametrierbar ist, ein Datenspeicher für ermittelte Messwerte und festgelegte Maximalwerte der Messkanäle und ein Grenzwertspeicher für zumindest einen je Kanal vorgebbaren Grenzwert vorgesehen ist, eine Anzahl von Analogausgängen vor-gesehen ist, welche je einen Digital-lAnalogwandler und einen Messverstärker aufweisen, und zur wählbaren Zuordnung der Messkanäle zu den Analogausgangen eine Auswahimatrix vorgesehen ist
Dank der Erfindung können auf einfache Weise, unabhängig von der Art des zur Verfügung stehenden Temperatursensortypen Temperaturen an einer Mehrzahl von Stellen überwacht,
gemessen und für Regelprozesse, Visualisierung und Schutzfunktionen herangezogen werden.
Es ist vorteilhaft, wenn je Messkanal zumindest zwei Grenzwerte vorgebbar sind, wobei die Grenzwerte in einer Grenzwert-Auswahlmatrix zumindest zwei Relaisausgängen für GrenzwertAnzeigesignale frei zuordenbar sind, da auf diese Weise beispielsweise einem Abschaltvorgang eine Vorwarnung vorausgehen kann, bzw. ganz allgemein Steuerfunktionen und Vorwarn- oder Abschaltvorgänge durchgeführt werden können.
Zur Berücksichtung unterschiedlicher Abschalt und/oder Alarmsysteme empfiehlt sich, wenn jeder Relaisausgang ein Auswertereiais mit je zumindest einem Arbeits- und einem Ruhekontakt aufweist Dem Fachmann ist klar, dass statt dessen meist auch ein Wechselkontakt verwendbar ist.
Um bei Ausfall der Stromversorgung der Messeinrichtung ein ungewolltes Abschalten einer Maschine, Anlage od. dgl. zu vermeiden, ist es empfehlenswert, wenn von einer Ausgangsspan-
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nung einer für die Einrichtung vorgesehenen Stromversorgung ein Uberwachungsrelais gespeist Ist und bei Arbeitsstromsignalislerung der Grenzwertausgange der Kontaktausgang zumindest eines Auswerterelais über einen Arbeitskontakt des Überwachungsrelais geführt ist und, bei Ruhestrom- signalisierung der Grenzwertausgänge der Kontaktausgang zumindest eines Auswerterelais über einen Ruhekontakt des Überwachungsrelais geführt ist, wobei das zumindest eine Auswerterelais abfallverzögert und das Überwachungsrelais anzugverzögert ist.
Im Sinne einer hohen Flexibilität der Einrichtung und einer raschen Anpassung an unterschied- liche Leitungswiderstände und Temperatursensoren ist es zweckdienlich, falls der Mikroprozessor einen Messwertabgleich enthält, der nach Eingabe von Leitungswiderständen und Temperatursensortyp diese Werte auf digitaler Ebene berücksichtigt.
Eine hohe Flexibilität, z B zum Abgleich unterschiedlicher Leitungslangen, der Auswahl der Temperatursensortypen und der Festlegung der Grenzwerte und Funktionen lässt sich erreichen, wenn der Mikroprozessor eine Analogwert-Kalibrierung für die Analogausgänge auf digitaler Ebene aufweist.
Die Erfindung samt weiteren Vorteilen ist im folgenden anhand beispielsweiser Ausführungsformen unter Zuhilfenahme der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen 'Fig. 1 in einem Blockschaltbild vereinfacht den elektrischen Aufbau und die logische Struktur einer Einrichtung nach der Erfindung, . Flg. 2 in einem vereinfachten Schaltbild die Anwendung einer Einrichtung nach der Erfindung zur Überwachung und Messung von Temperaturen an einem eine Maschine treibenden
3-Phasen-Motor, dessen Energieversorgung mit einem Ruhestromauslöser schaltbar ist, und 'Fig. 3 ein Szenario wie Fig. 2, bei welchem jedoch die Energieversorgung des Motors mit einem Arbeitsstromauslöser schaltbar ist.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, besitzt eine Einrichtung nach der Erfindung mehrere, hier beispielsweise neun Eingänge 31-32, 33-34,..., 55-56. An diese Eingänge sind Temperatursensoren Sol... S9 angeschlossen, wobei im vorliegenden Fall die Sensoren S1, S2, S3 sogenannte Pt100Widerstände nach DIN sind, die bereits weiter oben erwähnt wurden, die Sensoren S4, S5, S6 je aus der Senenschaltung von drei PTC-Widerständen bestehen, von welchen beispielsweise je ein PTC-Widerstand einer Wicklung eines 3-Phasenmotors zugeordnet ist, und die Sensoren S7, S8, S9 NTC-Widerstände sind.
Jedem Eingang ist ein Messverstärker MV1... MV9 nachgeschaltet, und die analogen Ausgangsspannungen dieser Messverstärker werden in Analog/Digitalwandlern in Digitalwerte umgesetzt, sodass eine digitale Datenverarbeitung unter Zuhilfenahme eines Mikroprozessors bzw.
Mikrocomputers PRO erfolgen kann. Die Anordnung einzelner Speicher bzw. deren Zuordnung zu den Mikroprozessoren PRO ist in Fig. 1 lediglich zur Erläuterung gedacht und kann bei Realisierungen der Erfindung anders getroffen sein,
Zur Berücksichtigung der Leitungswiderstände einerseits und der jeweiligen Sensorcharakteristik andererseits dient ein Messwertabgleich MWA des Mikroprozessors PRO Dazu werden vor der Inbetriebnahme der Einrichtung die entsprechenden Werte der Leitungswiderstände bzw. der Sensortyp mit seiner Charakteristik über ein Tastenfeld TAF eingegeben und bel den späteren Messungen automatisch berücksichtigt. Hier ist zu erwähnen, dass solche Eingaben über ein Tastenfeld in bekannter Weise unter Benutzung einer Menüführung erfolgen können, wobei die eingegebenen Werte auf einer Anzeige ANZ visualisiert werden.
Auch die Eingabe anderer noch zu nennender Parameter erfolgt über das Tastenfeld. Sämtliche vorgebbaren Werte konnen aber auch über eine Busschnittstelle BSS unter Verwendung eines geeigneten Protokolls PTK extern, z. B. von einem Personalcomputer ein-bzw. vorgegeben werden. Ebenso können sämtliche aktuellen Messwerte und gespeicherten Werte, z. B. vorgebbare Grenzwerte, über diese Schnittstelle in digitaler Form ausgegeben bzw. ausgelesen werden.
Ein Datenspeicher DAS dient zum einen als Zwischenspeicher, in dem die Daten jedes Messkanals als Ist-Werte IW1... IW9 abgelegt und zyklisch aktualisiert werden, und die jeweils höchsten (bzw. tiefsten) Maximalwerte MA1... MA9 mit einem Zeitstempel versehen werden und zur weiteren Bearbeitung zur Verfügung stehen, In einem Grenzwertspeicher GWS sind für jeden Kanal Grenzwerte abgespeichert, die bei Inbetriebnahme der Einrichtung eingegeben werden. Der Grenzwertspeicher GWS ist als nicht-flüchtiger Speicher ausgebildet, und Im vorliegenden Fall sind je Messkanal zwei Grenzwerte G11 - G91 und G12... G92 vorgesehen, wobei der erste Grenzwert
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einer Vorwarnung zugeordnet ist, die beispielsweise zu einer entsprechenden Anzeige, z.
B. mit Blinken, führt, wogegen der zweite Grenzwert zur Auslösung, d. h. Abschaltung z. B. einer überwachten Maschine führt Eine Zuordnung der Grenzwerte erfolgt mit Hilfe einer Grenzwertzuordnung GWZ des Prozessors.
Der Prozessor PRO enthält eine Grenzwertüberwachung GWU, eine Grenzwertsignalisierung GWS und eine Grenzwertauswahimatrix GAW. In letzterer können die Grenzwerte im vorliegenden
Fall zwei Ausgängen für Grenzwert-Anzeigesignale frei zugeordnet werden. Dabei weist ein Grenzwert-Ausgang ein Auswerterelais R2 für den jeweils ersten Grenzwert, z. B. GH, und ein Grenzwert-Ausgang ein Auswerterelais R3 für den jeweils zweiten Grenzwert-Ausgang, z. B. G12, auf.
Das Relais R2 besitzt im vorliegenden Fall einen Arbeitskontakt 12-10 und einen Ruhekontakt
11-10, das Relais R3 zwei Arbeitskontakte 15-13,18-16 und zwei Ruhekontakte 14-13,17-16 Die Kontakte des Relais 2 dienen der Grenzwertmeldung des ersten Grenzwertes, und die Kontakte des Relais 3 einerseits der Meldung und andererseits der Auslösung, was weiter unten noch näher erläutert wird.
Ober eine gleichfalls frei programmierbare Auswahlmatrix AWM können die digitalen Messdaten der einzelnen Kanäle mehreren, im vorliegenden Fall drei Analogausgänge 21-22,23-24, 25-26 zugeordnet werden, wobei eine Digital-Analogwandlung in entsprechenden Wandlern DA1, DA2, DA3 und eine Verstärkung in Messverstärkern AV1, AV2, AV3 erfolgt. Das Ausgangssignal der Analogausgänge kann z. B. wahlweise auf 0 bis 20 mA oder auf 4 bis 40 mA eingestellt werden, wobei der Anfangs- und Endbereich auf den gesamten Messwert oder einen gedehnten Lupenbereich kalibrierbar ist. Hierzu dient z. B. auf digitaler Ebene eine Analogwelt-Kalibrierung AWK des Prozessors PRO. Die entsprechenden Massnahmen sind dem Fachmann auf dem Gebiet der Mess- und Regeltechnik bekannt und müssen daher nicht näher erläutert werden.
Mit Hilfe der Analogausgänge 21-22,23-24, 25-26 lassen sich die Messwerte ausgewählter kritischer Messkanäle für Regelzwecke in externen Reglern weiter verwenden. Beispielsweise kann bei einer übermässigen Erwärmung ein Kühlmittelfluss erhöht werden oder dergleichen. Natürlich können zur Fernanzeige auch externe Anzeigegeräte an die Analogausgänge angeschlossen werden.
Die Einrichtung nach der Erfindung besitzt auch eine integrierte Stromversorgung STV besitzen, die mittels beispielsweise eines Schaltnetzteils SNT aus einer Netzspannung an Eingangsklemmen 1-2 eine stabilisierte Betriebsgleichspannung Ug erzeugt. An dieser Spannung liegt ständig die Wicklung eines Überwachungsrelais R1, welches hier einen Ruhekontakt 5-6 sowie einen Arbeitskontakt 7-9 und einen Ruhekontakt 9-8 besitzt. Die Aufgabe und Funktion des Überwachungsreiais wird nachstehend anhand der Fig. 2 und 3 näher erläutert.
Fig. 2 und 3 zeigen die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung in einer Mess- und Überwachungsan- wendung, wobei von der Einrichtung lediglich die Relais R1, R2 und R3 mit ihren Kontakten dargestellt sind. Dafür zeigt Fig. 2 einige Anzeigen für Messwerte und Betriebszustände.
Fig. 2 und 3 zeigen die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung in einer Mess- und Überwachungsan- wendung Im Ruhe- und Arbeitsstromprinzip, wobei von der Einrichtung lediglich die Relais R1, R2 und R3 mit ihren Kontakten dargestellt sind. In Fig. 2 ist zusätzlich ein Visualisierungsbeispiel eines thermischen Betriebszustandes ersichtlich. Anstelle von Leistungsschaltern werden speziell bel kleineren Antrieben häufig Schütze verwendet. Im gegenständlichen Funktionsablauf kann eine Spule RSP sowohl als Haltespule für einen Federspeicher wie auch als Schützspule betrachtet werden, da bei spannungsloser Spule in beiden Fällen ein Leistungsschaltglied LS öffnet.
Gemäss Fig. 2 wird ein Drehstrommotor MOT über das Leistungsschaltglied LS, einem Leistungsschalter oder Leistungsschütz, von einem Drehstromnetz gespeist. Das Leistungsschaltglied wird nach dem Einschalten durch einen Einschalter ESA von einem Ruhestromauslöser RSA bzw. von der Spule RSP im Einschaltzustand über die Kontakte 16-18 des Relais R3 und einem NotAus-Schalter NAS von der Phasenspannung gehalten. Falls die Spule RSP spannungslos wird, schaltet das Leistungsschaltglied LS z. B. über einen Federspeicher ab. Dies ist dann der Fall, wenn entweder der Schalter ESA wieder geöffnet wird, der Not-Aus-Schalter NAS betätigt wird, oder bei ordnungsgemäss arbeitender Stromversorgung STV der zweite Grenzwert eines ausgewählten Messkanals überschritten wird.
Bei Überschreiten des ersten Grenzwertes dieses Kanals erfolgt lediglich eine Meldung, d. h.
Warnung, über den Kontakt 10-11 des Relais R2 an eine geeignete Anzeige, Warnlampe oder
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dergleichen.
In der Praxis kann es geschehen, dass zwar sämtliche überwachte Temperaturen innerhalb vorgegebener Grenzen liegen, jedoch die Stromversorgung STV ausfällt, wenn auch nur kurzfristig.
Ein Ausfall der Stromversorgung führt natürlich zu einem Abfallen der beiden Relais R2, R3 und naturgemäss-über die Spule RSP - zu einem Öffnen des Hauptstrompfades. Da es in vielen Fällen, z. B. bei Produktionsstrassen, bei Abschalten des Motors zu einem teuren Stillstand und Produktionsausfall kommen kann, sollte eine nur vorübergehende Störung der Stromversorgung STV nicht zu einem solchem Abschalten führen.
Fig. 2 zeigt eine Lösung dieses Problems. Falls das Relais R1 bei Ausfall oder Abfall der Betnebsspannung Da abfällt, wird über de Arbeitskontakt 5-6 eine Störungsmeldung, z. B."Strom- ausfall", gegeben, und andererseits wird über dem Arbeitskontakt 9-8 der Kontaktweg 18-17 des Relais R3, der bei Stromausfall offen wäre, überbrückt. Dabei ist wesentlich, dass zumindest das Relais R3 abfallverzögert ist, d. h. die durch den Abfall des Relais R1 erfolgende Änderung der Kontaktkonfiguration erfolgen muss, bevor das Relais R3 abfällt. Zu bemerken ist noch, dass das Relais R1 zweckmässigerweise anzugsverzögert ist, so dass bei Wiederauftreten der Betriebsspannung zunächst das Relais R3 anzieht, so dass auch in diesem Fall ein ungewolltes Auslösen verhindert wird.
Natürlich kann auch das Relais R2 anzugsverzögert sein. Das hier angewendete Prinzip, dass das Relais R 1 bei Einschalten der Spannungsversorgung nach den Auswerterelais R2, R3 anzieht und bei Spannungsabfall vor diesen abfällt, kann sowohl im Ruhestromprinzip (Fig. 2) als auch im Arbeitsstromprinzip (Fig. 3) genutzt werden und auch eigenständig zur Aktivierung einer Notüberwachung herangezogen werden.
Bei dem gezeigten Anwendungsbeispiel treibt der Motor MOT eine Maschine MAS, z. B. eine Produktionsmaschine, und es werden die Temperaturen an drei Wicklungen des Motors sowie an drei Lagern überwacht bzw. gemessen. Dazu sind drei in Serie geschaltete PTC-Widerstände für eine Warnung hinsichtlich der Wicklungstemperatur an den vierten Eingang 41-42 gelegt und weitere drei in Serie geschaltete PTC-Widerstände für eine Auslösung bei Überschreiten von Temperaturgrenzwerten an den fünften Eingang 43-44 gelegt.
Die Temperatur eines Motorlagers wird mit einem Pt100-Widerstand gemessen, der an dem ersten Eingang 31-32 der Einrichtung liegt, und die Temperatur zweier Maschinenlager wird gleich- falls mittels Pt100-Widerständen gemessen, die an dem zweiten bzw. dritten Eingang liegen.
Da die den Eingängen bzw. Kanälen "drei" und "vier" zugeordneten PTC-Widerstände bei einer
EMI4.1
Widerstände der Widerstandswert sprunghaft an, z. B. von 200 Ohm auf 2000 Ohm, was eine klare Auswertung ermöglicht. Wie bereits erwähnt wurde, enthält der Prozessor PRO die entsprechenden Daten, z. B. die Temperaturen, bei welchen eine starke Widerstandsänderung auftritt, d. h. dem Knickpunkt im Rahmen des Messwertabgleichs.
In Fig. 2 ist schematisch auch dargestellt, wie die in Fig. 1 mit ANZ bezeichnete Anzeige konzipiert sein kann. Beispielsweise sind drei Temperaturanzeigefelder vorgesehen, die drei Eingängen wahlweise zugeordnet werden können. Hier wurden die Eingänge 1 bis 3 gewählt, und dementsprechend erfolgt in einem LED-Signalislerungsfeld eine Anzeige "T 1-3". Ein weiteres Anzeigefeld dient zur Ausgabe von zusätzlichen Informationen der angezeigten Werte und schaltet bei einem menügeführten Auslesen zwischen Grenzwert 1 und Grenzwert 2 um. In Fig. 2 zeigt dieses Feld "MAUX 3"an. Auch hier kann man am LED-Feld erkennen, welche Werte zur Anzeige ausgewählt wurden.
Die Anzeige ANZ enthält auch Sensortasten für die Eingabe von Befehlen im Rahmen einer Menüführung, was gleichfalls beispielsweise in Fig. 2 veranschaulicht ist.
Fig. 3 veranschaulicht die Beschaltung der Relais R1, R2 und R3 der Einrichtung bei Arbeitsstromauslösung, entspricht sonst jedoch Fig. 2. Für den Leistungsschalter LS ist hier ein Arbeitsstromauslöser ASA vorgesehen, der eine Spule ASP besitzt. Diese liegt über einen Ruhekontakt 16-17 des Relais R3 und einen Arbeitskontakt des Relais R1 an einer Phase des Drehstromnetzes oder sonst einer Spannung. Falls bei eingeschaltetem Leistungsschalter LS eine Grenzwertüberschreitung durch Abfall des Relais R3 signalisiert wird, erhält die Spule ASP Spannung, und der Leistungsschalter LS wird geöffnet.
Um ein Abschalten bei einem Ausfall der Spannungsversorgung STV zu verhindern, sind auch in diesem Fall die Relais 2, 3 - zumindest Relais 3 - abfallverzögert bezüglich des Relais R1, sodass bei Ausfall der Betriebsspannung Us vor einem Abfall
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des Relais R3 das Relais R1 abfallt und durch Öffnen der Versorgungsschleife der Spule ASP ein Öffnen des Leistungsschalters LS verhindert. Natürlich erfolgt eine entsprechende Störungsmeldung über die Kontakte 5-6 des Relais R1. Die Relais R3 bzw. auch R2 sind wiederum anzugsverzögert.
Wenngleich bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel nur zwei Grenzwerte zur Anwendung kommen, soll dies nicht ausschliessen, dass beispielsweise ein weiterer, dritter Grenzwert und ein weiteres Relais verwendet werden, um bestimmte Steuerfunktionen, z. B. Schaben von Lüftern, Kühimitteipumpen, etc. zu ermöglichen.
PATENTANSPRÜCHE :
1 Einrichtung zum Messen und Überwachen von Temperaturen, mit mehreren Messkanälen, die je einen Eingang (31-32, 33-34,..., 55-56) zum Anschluss von Temperatursensoren (S1... S9) und den Eingängen je nachgeschaltete Messverstärker (MV1, MV9) und Ana- log-/Digitalwandler (AD1...
AD9) aufweisen, sowie mit einem Mikroprozessor (PRO), wo- bei eine GrenzwertOberwachung (GWU) für in zumindest einem Kanal gemessene Tempe- raturwerte zur Abgabe von Grenzwert-Anzeigesignalen an Grenzwertausgangen eingerich- tet ist, und mit zumindest einer Anzeige (ANZ) für gemessene Temperaturen sowie mit einer Busschnittstelle (BSS), dadurch gekennzeichnet, dass jeder Messkanal zumindest hinsichtlich der Sensorcharakteristik und des Messwertab- gleichs auf der digitalen Ebene frei parametrierbar ist, ein Datenspeicher (DAS) für ermittelte Messwerte und festgelegte Maximalwerte der
Messkanale und ein Grenzwertspeicher (GWS) für zumindest einen je Kanal vorgebbaren
Grenzwert (gel 1... G92) vorgesehen ist, eine Anzahl von Analogausgänge (21-22,23-24, 25-26) vorgesehen ist,
welche je einen Digital-/Analogwandler (DA1, DA2, DA3) und einen Messverstärker (AV1, AV2, AV3) aufweisen, und zur wählbaren Zuordnung der Messkanäle zu den Analogausgänge eine
Auswahlmatrix (AWM) vorgesehen ist.
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The invention relates to a device for measuring and monitoring temperatures, with a plurality of measuring channels, each having an input for connecting temperature sensors and the inputs for downstream measuring amplifiers and analog / digital converters, and with a microprocessor, with limit value monitoring for at least temperature values measured in a channel for emitting limit value display signals to limit value outputs is set up, and with at least one display for measured temperatures and with a bus interface.
In many areas of technology, temperatures are to be recorded locally and measured and monitored centrally. Exceeding or falling below specified temperatures should lead to alarm displays or emergency shutdowns, or other measures should be taken - e.g. B. By means of a control - which again lead to target temperatures. An example of a technical application is, for example, the monitoring of a three-phase motor that drives a machine. With the help of temperature sensors integrated in the stator windings, the actual temperature of the windings is monitored and temperature sensors for detecting the bearing temperatures are also arranged in the bearings of the motor and / or the machine. Furthermore, one could escaping cooling air are monitored for their temperature.
Other areas of application include temperature monitoring on transformers, air conditioning systems, etc.
Temperature-dependent resistors are used as temperature sensors, for example so-called Pt 100 "resistors with a linear characteristic curve and a nominal resistance of 100 ohms at 0 C, PTC resistors, these are PTC resistors with a non-linear characteristic curve that shows a sudden increase in resistance at a certain temperature, and NTC -Resistors, ie thermistors with a negative temperature coefficient for special applications.
Currently, measurement and monitoring facilities are "tailor-made" for each particular application, i.e. H. Every measuring channel is matched to the application, whereby only one type of measuring sensor can be taken into account for all measuring channels.
Since, for example, resistors of a certain type, e.g. B. PCT, inaccessible from the outside, d. H. are not installed interchangeably, the temperature sensors cannot be adapted to the measuring device, but this must take into account the type of temperature sensor. If different sensors are used in a system, i. H. e.g. B PTC, NTC and Pt 100 resistance sensors mixed, you need several measuring devices that are matched to a resistance type.
It is an object of the invention to provide a measuring and monitoring device for temperatures which can be used with a plurality of temperature sensors and a completely different type and characteristic.
This object is achieved with a device of the type in which, according to the invention, each measuring channel at least with regard to the sensor characteristic and the measured value comparison on the digital level; is freely parameterizable, a data memory for determined measured values and defined maximum values of the measurement channels and a limit value memory for at least one limit value that can be specified for each channel is provided, a number of analog outputs are provided, each of which has a digital-to-analog converter and a measurement amplifier, and selectable ones A selection matrix is provided for assigning the measuring channels to the analog outputs
Thanks to the invention, temperatures can be monitored at a plurality of locations in a simple manner, regardless of the type of temperature sensor available,
measured and used for control processes, visualization and protective functions.
It is advantageous if at least two limit values can be specified for each measurement channel, the limit values being freely assignable in a limit value selection matrix to at least two relay outputs for limit value display signals, since in this way, for example, a switch-off process can be preceded by a warning or, quite generally, control functions and warning or shutdown operations can be performed.
To take into account different switch-off and / or alarm systems, it is recommended that each relay output have an evaluation ice with at least one working and one normally closed contact. It is clear to the person skilled in the art that an alternating contact can usually be used instead.
In order to prevent an unintentional shutdown of a machine, system or the like in the event of a power failure of the measuring device, it is recommended that an output voltage
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A monitoring relay is supplied with power to a power supply provided for the device, and in the case of working current signal detection of the limit value outputs, the contact output of at least one evaluation relay is led via a normally open contact of the monitoring relay and, in the case of quiescent current signaling of the limit value outputs, the contact output of at least one evaluation relay is led via a normally closed contact of the monitoring relay, whereby that at least one evaluation relay is delayed in decay and the monitoring relay is delayed in pickup.
In the interest of a high degree of flexibility of the device and rapid adaptation to different line resistances and temperature sensors, it is useful if the microprocessor contains a measured value comparison that takes these values into account on a digital level after input of line resistances and temperature sensor type.
A high degree of flexibility, e.g. for matching different cable lengths, selecting the temperature sensor types and specifying the limit values and functions, can be achieved if the microprocessor has an analog value calibration for the analog outputs on a digital level.
The invention and further advantages are explained in more detail below using exemplary embodiments with the aid of the drawing. In this, 'Fig. 1 in a block diagram simplifies the electrical structure and the logical structure of a device according to the invention,. Flg. 2 shows in a simplified circuit diagram the use of a device according to the invention for monitoring and measuring temperatures on a machine
3-phase motor, the energy supply of which can be switched with a quiescent current release, and 'Fig. 3 shows a scenario like FIG. 2, in which, however, the energy supply to the motor can be switched with a shunt release.
As is apparent from Fig. 1, a device according to the invention has several, here for example nine inputs 31-32, 33-34, ..., 55-56. Temperature sensors Sol ... S9 are connected to these inputs, whereby in the present case the sensors S1, S2, S3 are so-called Pt100 resistors according to DIN, which have already been mentioned above, the sensors S4, S5, S6 each from the sensor circuit of three PTCs Resistors exist, of which, for example, a PTC resistor is assigned to a winding of a 3-phase motor, and the sensors S7, S8, S9 are NTC resistors.
A measuring amplifier MV1 ... MV9 is connected downstream of each input, and the analog output voltages of these measuring amplifiers are converted into digital values in analog / digital converters, so that digital data processing with the aid of a microprocessor or
Microcomputer PRO can be done. The arrangement of individual memories or their assignment to the microprocessors PRO is only intended for explanation in FIG. 1 and can be made differently in realizations of the invention,
To take account of the line resistances on the one hand and the respective sensor characteristics on the other hand, a measured value comparison MWA of the microprocessor PRO is used. Before starting up the device, the corresponding values of the line resistances or the sensor type and its characteristics are entered via a keypad TAF and automatically taken into account in the subsequent measurements. It should be mentioned here that such inputs can be made via a keypad in a known manner using menu navigation, the values entered being visualized on a display ANZ.
Other parameters to be named are also entered using the keypad. All predeterminable values can, however, also be external via a bus interface BSS using a suitable protocol PTK, e.g. B. from a personal computer. be specified. Likewise, all current measured values and stored values, e.g. B. predeterminable limit values can be output or read out in digital form via this interface.
A data memory DAS serves as a buffer, in which the data of each measuring channel is stored as actual values IW1 ... IW9 and updated cyclically, and the highest (or lowest) maximum values MA1 ... MA9 are given a time stamp and are available for further processing. Limit values are stored in a limit value memory GWS, which are entered when the device is started up. The limit value memory GWS is designed as a non-volatile memory, and in the present case two limit values G11 - G91 and G12 ... G92 are provided for each measuring channel, the first limit value
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a warning is assigned, for example to a corresponding display, for.
B. with flashing, whereas the second limit for triggering, d. H. Shutdown z. B. a monitored machine. An assignment of the limit values takes place with the aid of a limit value assignment GWZ of the processor.
The processor PRO contains a limit value monitoring GWU, a limit value signaling GWS and a limit value selection matrix GAW. In the latter, the limit values in the present
If two outputs for limit value display signals are freely assigned. A limit value output has an evaluation relay R2 for the respective first limit value, e.g. B. GH, and a limit value output an evaluation relay R3 for the second limit value output, z. B. G12.
The relay R2 has a make contact 12-10 and a normally closed contact in the present case
11-10, the relay R3 two make contacts 15-13,18-16 and two normally closed contacts 14-13,17-16. The contacts of relay 2 serve to report the limit value of the first limit value, and the contacts of relay 3 serve the purpose of reporting and the other Triggering, which is explained in more detail below.
Using a freely programmable selection matrix AWM, the digital measurement data of the individual channels can be assigned to several, in the present case three, analog outputs 21-22, 23-24, 25-26, with a digital-to-analog conversion in corresponding converters DA1, DA2, DA3 and one Amplification in measuring amplifiers AV1, AV2, AV3 takes place. The output signal of the analog outputs can e.g. B. can optionally be set to 0 to 20 mA or to 4 to 40 mA, whereby the start and end range can be calibrated to the entire measured value or an extended magnifying glass range. This serves z. B. on a digital level an analog world calibration AWK of the processor PRO. The corresponding measures are known to the person skilled in the field of measurement and control technology and therefore need not be explained in more detail.
With the help of the analog outputs 21-22, 23-24, 25-26, the measured values of selected critical measuring channels can be used for control purposes in external controllers. For example, a coolant flow can be increased in the case of excessive heating or the like. Of course, external display devices can also be connected to the analog outputs for remote display.
The device according to the invention also has an integrated power supply STV, which uses a switching power supply SNT to generate a stabilized operating voltage Ug from a mains voltage at input terminals 1-2. The winding of a monitoring relay R1, which here has a normally closed contact 5-6 as well as a normally open contact 7-9 and a normally closed contact 9-8, is connected to this voltage. The task and function of the monitoring trip is explained in more detail below with reference to FIGS. 2 and 3.
2 and 3 show the device shown in FIG. 1 in a measurement and monitoring application, only the relays R1, R2 and R3 of the device being shown with their contacts. 2 shows some displays for measured values and operating states.
2 and 3 show the device shown in FIG. 1 in a measurement and monitoring application using the closed-circuit and open-circuit principle, only the relays R1, R2 and R3 of the device being shown with their contacts. 2 also shows a visualization example of a thermal operating state. Instead of circuit breakers, contactors are often used especially for smaller drives. In the functional sequence in question, an RSP coil can be regarded both as a holding coil for a spring-loaded mechanism and as a contactor coil, since a power switching element LS opens in both cases when the coil is de-energized.
According to FIG. 2, a three-phase motor MOT is fed from a three-phase network via the power switching element LS, a circuit breaker or power contactor. After switching on, the power switching element is held by the quiescent current release RSA or by the coil RSP in the switched-on state via the contacts 16-18 of the relay R3 and an emergency stop switch NAS by the phase voltage. If the coil RSP becomes dead, the power switching element LS switches z. B. from a spring accumulator. This is the case if either the switch ESA is opened again, the emergency stop switch NAS is actuated, or if the properly operating power supply STV exceeds the second limit value of a selected measuring channel.
If the first limit of this channel is exceeded, only a message is issued. H.
Warning, via contact 10-11 of relay R2 to a suitable display, warning lamp or
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the like.
In practice, it can happen that all monitored temperatures are within specified limits, but the power supply STV fails, even if only for a short time.
If the power supply fails, the two relays R2, R3 and of course - via the coil RSP - open and the main current path opens. Since in many cases, e.g. B. on production lines, when the engine is shut down and there can be an expensive shutdown and production failure, a temporary disturbance of the STV power supply should not lead to such a shutdown.
Figure 2 shows a solution to this problem. If the relay R1 drops out due to failure or drop in the operating voltage Da, a fault message is sent via the normally open contact 5-6. B. "Power failure", and, on the other hand, the contact path 18-17 of relay R3, which would be open in the event of a power failure, is bridged via the normally open contact 9-8. It is essential that at least the relay R3 is delayed to drop out; H. the change in the contact configuration due to the drop in relay R1 must take place before relay R3 drops out. It should also be noted that the relay R1 is expediently delayed, so that when the operating voltage reappears, the relay R3 first picks up, so that an unwanted triggering is also prevented in this case.
Of course, the relay R2 can also be delayed. The principle applied here, that relay R 1 picks up after evaluation relays R2, R3 when the power supply is switched on and drops before these in the event of a voltage drop, can be used both in the closed-circuit principle (Fig. 2) and in the open-circuit principle (Fig. 3) can be used independently to activate emergency monitoring.
In the application example shown, the motor MOT drives a machine MAS, e.g. B. a production machine, and the temperatures on three windings of the motor and three bearings are monitored or measured. For this purpose, three series-connected PTC resistors for a warning regarding the winding temperature are connected to the fourth input 41-42 and another three series-connected PTC resistors for triggering when temperature limit values are exceeded at the fifth input 43-44.
The temperature of an engine mount is measured with a Pt100 resistor located at the first input 31-32 of the device, and the temperature of two machine mounts is also measured using Pt100 resistors located at the second and third inputs.
Since the PTC resistors assigned to the inputs or channels "three" and "four" at one
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Resistances the resistance value jumped to, for. B. from 200 ohms to 2000 ohms, which enables a clear evaluation. As already mentioned, the processor PRO contains the corresponding data, e.g. B. the temperatures at which a large change in resistance occurs, d. H. the break point as part of the measured value comparison.
FIG. 2 also shows schematically how the display labeled ANZ in FIG. 1 can be designed. For example, three temperature display fields are provided, which can optionally be assigned to three inputs. Inputs 1 to 3 were selected here, and accordingly "T 1-3" is displayed in an LED signaling field. Another display field is used to output additional information about the displayed values and toggles between limit value 1 and limit value 2 when the menu is read. In Fig. 2 this field shows "MAUX 3". Here too, the LED field shows which values have been selected for display.
The display ANZ also contains sensor keys for entering commands as part of a menu navigation, which is also illustrated, for example, in FIG. 2.
3 illustrates the wiring of the relays R1, R2 and R3 of the device in the event of shunt opening, but otherwise corresponds to FIG. 2. A shunt release ASA is provided here for the circuit breaker LS, which has a coil ASP. This is via a normally closed contact 16-17 of relay R3 and a normally open contact of relay R1 on one phase of the three-phase network or other voltage. If, when the circuit breaker LS is switched on, a limit value violation is signaled by the relay R3 dropping, the ASP coil receives voltage and the circuit breaker LS is opened.
In order to prevent a shutdown in the event of a failure of the voltage supply STV, relays 2, 3 — at least relay 3 — are also delayed with respect to relay R1 in this case, so that if the operating voltage Us fails, there is a drop
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of relay R3, relay R1 drops out and opening the circuit breaker LS is prevented by opening the supply loop of the ASP coil. Of course there is a corresponding fault message via contacts 5-6 of relay R1. The relays R3 and R2 are in turn delayed.
Although only two limit values are used in the exemplary embodiment described, this should not rule out the fact that, for example, a further, third limit value and a further relay are used to perform certain control functions, eg. B. to scrape fans, coolant pumps, etc.
PATENT CLAIMS:
1 device for measuring and monitoring temperatures, with several measuring channels, each with an input (31-32, 33-34, ..., 55-56) for connecting temperature sensors (S1 ... S9) and the inputs depending on Measuring amplifier (MV1, MV9) and analog / digital converter (AD1 ...
AD9), as well as with a microprocessor (PRO), whereby a limit value monitor (GWU) is set up for temperature values measured in at least one channel to emit limit value display signals at limit value outputs, and with at least one display (ANZ) for measured temperatures and with a bus interface (BSS), characterized in that each measuring channel can be freely parameterized at least with regard to the sensor characteristics and the measured value comparison on the digital level, a data memory (DAS) for determined measured values and specified maximum values of the
Measuring channels and a limit value memory (GWS) for at least one that can be specified for each channel
Limit value (gel 1 ... G92) is provided, a number of analog outputs (21-22,23-24, 25-26) is provided,
which each have a digital / analog converter (DA1, DA2, DA3) and a measuring amplifier (AV1, AV2, AV3), and one for selectable assignment of the measuring channels to the analog outputs
Selection matrix (AWM) is provided.