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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Überwachung von an eine
Stromzuleitung angeschlossenen und über einen Steuerbus mit einer
Steuereinrichtung kommunizierenden Motorstartern.
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Motorstarter werden dazu verwendet, Elektromotoren einer Maschine oder
Anlage bei entsprechendem Bedarf - automatisch oder von Hand - zu starten
bzw. zu stoppen und während des Betriebs unter anderem die
Leistungsaufnahme des angeschlossenen Motors zu überwachen, um einen
Schutz gegen unvorhergesehenes Blockieren des Motors zu gewährleisten. Zu
diesem Zweck weisen Motorstarter üblicherweise eine Meßeinrichtung zur
Messung des durch den Motorstarter geleiteten Stroms auf, so daß neben der
reinen Motorsteuerung ein Motorstarter auch Motorschutzaufgaben
übernimmt.
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Eine problematische und unter Umständen gefahrbringende Situation kann
immer dann eintreten, wenn ein im Motorstarter angeordnetes und zur Ein-
bzw. Ausschaltung des Motors vorgesehenes Schütz, welches die
Stromzuführung zum Motor herstellt bzw. unterbricht, infolge eines
aufgetretenen hohen Stromflusses, z. B. bei einem Kurzschluß durch
Verschweißen seiner Kontakte blockiert bzw. durch andere gegebenenfalls
mechanische Probleme in seiner Schaltbarkeit blockiert ist, so daß der an den
Motorstarter angeschlossene Elektromotor trotz eines bewirkten
Ausschaltvorganges nicht von der Stromzuleitung getrennt werden kann. Auch können
in einem solchen Fall durch den Motorstarter durch Kurz- oder Nebenschlüsse
verursachte Fehlströme auftreten.
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Aus der DE-AS 29 20 188 ist eine Schaltungsanordnung zur Überwachung der
Hauptstrombahnen von Schützen bekannt geworden, bei welcher der
Schaltzustand des Schützes mit dem Meßergebnis einer den Strom messenden
Meßeinrichtung verglichen wird, so daß bei Vorliegen eines verschweißten
oder anderweitig nicht mehr schaltbaren Schützes die Stromzufuhr zum
Motorstarter und damit zum Motor unterbrochen werden kann. Diese bekannte
Schaltungsanordnung bedingt jedoch eine Anschlußtechnik mit konventioneller
Verdrahtung, bei der jeder einzelne Kontakt konventionell, d. h. parallel auf die
Anschaltbaugruppen vor Ort verdrahtet wird. Die Folge ist eine größere Anzahl
von Schraubklemmen, Ein-/Ausgangskarten und Leitungssträngen, womit die
Kosten für Planung, Projektierung und Verdrahtung enorm ansteigen.
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Hingegen hilft die Vernetzung einzelner Geräte, wie Motorstarter, über ein
Bussystem mit einem Steuerbus, diese Kosten zu senken. Dabei wird die
Verdrahtung enorm reduziert, durch vorverdrahtete Baugruppen der
Projektierungsaufwand verringert und die Inbetriebnahme durch eine geringere
Anzahl an Schraubklemmen und die bequeme Adressierung über die
Bussoftware vereinfacht. Motorstarter, die über einen solchen Steuerbus mit
einer Steuereinrichtung kommunizieren, werden daher bereits mit Erfolg
eingesetzt. Der Kurzschlußschutz und damit der Schutz vor einem nicht mehr
schaltbaren Schütz innerhalb eines an den Steuerbus anschließbaren
Motorstarters wird außerhalb des Gerätes mit einem auf Kurzschlußstrom
reagierenden Schutzschalter realisiert, wobei in der Praxis mehrere
Motorstarter, die an einer gemeinsamen Stromzuleitung angeschlossen sind,
über einen einzigen Schutzschalter abgesichert werden. Eine solche, in der
Praxis an sich bewährte Schaltung kann jedoch nicht verhindern, daß ein
Schütz eines Motorstarters bei einem Kurzschluß beschädigt werden kann
oder verschweißen kann. Darüber hinaus wird bei einem solchermaßen
vorgenommenen Gruppenkurzschlußschutz mit mehreren an eine gemeinsame
Stromzuleitung angeschlossenen Motorstartern und lediglich einem in der
Stromzuleitung vorgesehenen Schutzschalter die Berechnung des
Kurzschlußschutzes sehr komplex und kann zu Fehlern in der Auslegung
führen. Insbesondere kann ein zu hoher Widerstand in den stromführenden
Leitungen zu einer Begrenzung des Kurzschlußstromes auf ein Niveau führen,
welches unterhalb der Auslöseschwelle des Schutzschalters liegt, und so die
gewünschte Auslösung verhindern. Der in diesem Fall fließende Strom wird
aber höchstwahrscheinlich dennoch zu einer Verschweißung des im
Motorstarter angeordneten Schützes führen und nachfolgend eine Abschaltung
des Motorstarters verhindern, was zu einer gefahrbringenden Situation führen
kann.
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Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine Anordnung zur
Überwachung von an eine Stromzuleitung angeschlossenen und über einen
Steuerbus mit einer Steuereinrichtung kommunizierenden Motorstartern
vorzuschlagen, bei der eine Detektion eines blockierten, beispielsweise
verschweißten Schützes erfolgen kann und eine gewollte Abschaltung des
Schutzschalters innerhalb einer möglichst kurzen Reaktionszeit herbeigeführt
werden kann.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Anordnung
gemäß den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen vorgeschlagen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen
Anordnung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird vorgeschlagen, daß dem
Schutzschalter eine Auslöseeinrichtung zugeordnet ist, die von der
Steuereinrichtung über den Steuerbus in Abhängigkeit vom gemessenen Strom
ansteuerbar ist. Die Erfindung nutzt von daher die Eigenschaften der
bekannten, über einen Steuerbus mit einer Steuereinrichtung
kommunizierenden Motorschutzschalter, die üblicherweise neben der
Anschlußmöglichkeit an den Steuerbus über eine integrierte Stromsensorik
bzw. über eine Meßeinrichtung zur Messung des durch den Motorstarter
geleiteten Stroms verfügen, um Motorschutzfunktionen zu erfüllen. Durch eine
einfache Softwaremanipulation des Motorstarters ist es möglich, den von der
Meßeinrichtung gemessenen Strom über den Steuerbus an die
Steuereinrichtung rückzumelden, so daß diese eine Auswertung vornehmen
kann, dergestalt, ob ein verschweißtes oder beschädigtes Schütz innerhalb
eines Motorstarters vorliegt oder nicht. Hat nämlich die Steuereinrichtung über
den Steuerbus an einen Motorstarter einen Ausschaltbefehl gesendet und wird
nachfolgend von der Meßeinrichtung des angesprochenen Motorstarters ein
dennoch aufrechterhaltener Strom zurückgemeldet, so hat das Schütz des
angesprochenen Motorstarters nicht ordnungsgemäß geschaltet. Es kann
nunmehr von der Steuereinrichtung über den Steuerbus die Auslöseeinrichtung
angesprochen werden, welche ihrerseits den Schutzschalter aktiviert und
öffnet, so daß der ungewollte Stromfluß unterbrochen und die Anlage in einen
sicheren Zustand überführt wird. Es erfolgt von daher eine Ansteuerung der
Auslöseeinrichtung für den Schutzschalter von der Steuereinrichtung über den
Steuerbus in Abhängigkeit vom gemessenen Strom in den jeweiligen
Motorstartern, d. h. in Abhängigkeit von dem durch den jeweiligen
Motorstarter geleiteten Strom.
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Es kann von den Motorstartern nicht nur der konkret gemessene Strom an die
Steuereinrichtung zurückgemeldet werden, sondern auch lediglich eine den
gemessenen Strom repräsentierende Rückmeldung, d. h. vorliegender oder
nicht vorliegender Stromfluß, was zu einer Vereinfachung der über den
Steuerbus an die Steuereinrichtung rückzumeldenden Daten führt.
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Der Steuerbus der erfindungsgemäßen Anordnung kann insbesondere als
sogenanntes AS-Interface-Bussystem, kurz ASi-Bussystem ausgebildet sein,
welches an sich bekannt ist und für binäre Sensoren (Öffner-, Schließer- und
Hilfskontakte) und Aktoren (Relais, Schütze, Lampen) in der untersten
Feldebene konzipiert ist.
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Die Auslöseeinrichtung für den Schutzschalter kann einen mit dem Steuerbus
kommunizierenden ASi-Slave und einen von diesem steuerbaren U- oder
A-Auslöser umfassen, der in an sich bekannter Weise entweder bei
Unterschreiten einer bestimmten Spannung (U-Auslöser) bzw. Überschreiten
eines bestimmten Stromwertes (A-Auslöser) aktiviert wird und den
Schutzschalter in der gewünschten Weise zum Unterbrechen der
Stromzuleitung ansteuert.
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Ferner kann die Stromzuleitung in an sich bekannter Weise als Energiebus
ausgebildet sein, so daß mindestens einer, vorzugsweise aber eine Vielzahl
von Motorstartern einerseits an die Stromzuleitung und andererseits an den
Steuerbus anschließbar sind, wobei alle diese Motorstarter über eine
gemeinsame Steuereinrichtung steuerbar und mit einem einzigen in der
Stromzuleitung angeordneten Schutzschalter abgesichert sind.
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Weitere Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend
anhand des Ausführungsbeispiels in der Fig. 1 näher erläutert.
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Die Fig. 1 zeigt mehrere Motorstarter 1.1, 1.2, die eingangsseitig über
Stromanschlußleitungen 11 an eine dreiphasige Stromzuleitung 3 mit Phasen
3.1, 3.2, 3.3 angeschlossen sind. Die Stromzuleitung 3 ist hierbei als
Energiebus ausgeführt. Die Darstellung mit zwei Motorstartern 1.1 und 1.2 ist
lediglich beispielhaft anzusehen, es können auch nur ein Motorstarter oder
mehr als zwei solche Motorstarter in gleicher Anordnung vorgesehen sein.
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Die von jeder Phase 3.1, 3.2, 3.3 abgezweigten Stromanschlußleitungen 11
werden durch die Motorstarter 1.1, 1.2 hindurch zu je einem an die jeweiligen
Motorstarter 1.1, 1.2 angeschlossenen Elektromotor 4 hindurchgeführt.
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Jeder Motorstarter 1.1, 1.2 sowie eine beliebige weitere Anzahl von hier nicht
dargestellten weiteren an die Stromzuleitung 3 anschließbaren Motorstartern
umfaßt jeweils ein Schütz 10 mit Hauptkontakten 10.1, 10.2, 10.3, die
gleichzeitig betätigt werden und jeweils eine Phase der Stromanschlußleitung
11 zum Motor 4 schalten.
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Darüber hinaus umfaßt jeder Motorstarter 1.1, 1.2 eine Meßeinrichtung 12,
mittels derer der durch den Motorstarter 1.1 bzw. 1.2 von der Stromzuleitung
3 zum Motor 4 geleitete Strom gemessen werden kann, so daß der
Elektromotor 4 in an sich bekannter Weise vor Beschädigung geschützt wird.
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Die Schaltbefehle zum Öffnen bzw. Schließen des Schützes 10 im Innern der
Motorstarter 1.1 bzw. 1.2 können entweder von hier nicht dargestellten, an
den Motorstartern 1.1, 1.2 angeordneten Handschaltern oder aber von einer
Steuereinrichtung 7, z. B. einer SPS bewirkt werden, die über einen Steuerbus
2, beispielsweise einen ASi-Bus mit den einzelnen Motorstartern 1.1, 1.2
durch eine entsprechende Adressierung derselben kommuniziert. Zu diesem
Zweck ist jeder Motorstarter 1.1, 1.2 über eine Busleitung 13 an den
Steuerbus 2 angeschlossen, so daß eine bidirektionale Kommunikation
zwischen der Steuereinrichtung 7 und den Motorstartern 1.1, 1.2 ermöglicht
ist.
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Sämtliche einerseits an die Stromzuleitung 3 angeschlossene und andererseits
über den Steuerbus 2 mit der Steuereinrichtung 7 kommunizierende
Motorstarter 1.1, 1.2 sind überdies gegen einen eventuell auftretenden
Kurzschluß gemeinsam durch einen in die Stromzuleitung 3 integrierten
Schutzschalter 5 abgesichert, der bei Vorliegen eines Kurzschlußstromes von
beispielsweise mehr als 280 A den Stromfluß durch die Stromzuleitung 3
unterbricht, um die Motorstarter 1.1, 1.2 vor einer Beschädigung zu schützen
und Gefahren abzuwenden.
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In der Praxis kann insbesondere bei Anschluß einer Vielzahl von Motorstartern
1.1, 1.2 und weiteren solchen Motorstartern an eine gemeinsame
Stromzuleitung 3 die Auslegung des Schutzschalters 5 und die Berechnung
des erforderlichen Auslösestromwertes schwierig werden, da ein zu hoher
Widerstand in den stromführenden Leitungen zu einer Begrenzung des
Kurzschlußstromes auf ein unterhalb des Auslösewertes des Schutzschalters 5
liegendes Niveau führen kann und somit die Auslösung des Schutzschalters 5
verhindert wird, obwohl der in diesem Fall fließende Strom
höchstwahrscheinlich zu einer Verschweißung eines oder mehrerer Schütze 10
führen kann.
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Darüber hinaus können auch mechanische oder sonstige Beschädigungen der
Schütze 10 der Motorstarter 1.1, 1.2 im Betrieb auftreten, die nachfolgend ein
gewünschtes Öffnen des Schützes und damit Stoppen des angeschlossenen
Elektromotors 4 unterbinden.
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Um diesem unerwünschten und gegebenenfalls gefahrbringenden Umstand zu
begegnen, ist eine Auslöseeinrichtung 6 mit einem ASi-Slave 60 und einem
mit diesem über Steuerleitungen 61 verbundenen U- oder A-Auslöser 50
vorgesehen, der seinerseits eine Auslösung des Schutzschalters 5 in der
Stromzuleitung 3 bewirken kann. Der ASi-Slave 60 kommuniziert über eine
weitere Busleitung 600 mit dem Steuerbus 2 und damit mit der an den
Steuerbus 2 angeschlossenen Steuereinrichtung 7 und ist von dieser über eine
entsprechende Adressierung direkt ansprechbar.
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Kommt es nun während des Betriebs der in der Fig. 1 dargestellten
Anordnung zu einer Störung eines Schützes 10 innerhalb eines Motorstarters
1.1 bzw. 1.2, beispielsweise durch ein Verschweißen der Hauptkontakte
10.1, 10.2, 10.3 oder einer mechanischen Beschädigung, so daß sich das
vormals geschlossene Schütz 10 nicht mehr öffnen läßt, so fließt ungehindert
Strom von der Stromzuleitung 3 zum Elektromotor 4 und veranlaßt dessen
Betrieb.
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Wird nun von der Steuereinrichtung 7 über den Steuerbus 2 durch
entsprechende Adressierung beispielsweise an den Motorstarter 1.1 ein
Ausschaltbefehl abgegeben und läßt sich dessen Schütz 10 z. B. infolge
verschweißter Hauptkontakte 10.1, 10.2, 10.3 nicht öffnen, so fließt trotz
des entsprechenden Ausschaltbefehles der Strom zum Elektromotor 4 und
wird über die Meßeinrichtung 12 des Motorstarters 1.1 gemessen. Der
Motorstarter 1.1 gibt nunmehr nach dem Empfang des an ihn gerichteten
Ausschaltbefehles als Rückmeldung den nach wie vor von seiner
Meßeinrichtung 12 gemessenen Strom über die Busleitung 13 auf den
Steuerbus 2 und damit an die Steuereinrichtung 7 ab, die wiederum aufgrund
dieser Information die Nichtausführung des gewünschten Schaltbefehles
erkennen kann. Unmittelbar hieran anschließend spricht die Steuereinrichtung
7 über den Steuerbus 2 den mittels der Busleitung 600 angeschlossenen
ASi-Slave 60 an, der nunmehr den U- oder A-Auslöser 50 betätigt, so daß in
unmittelbarer Folge der an den Auslöser 50 angeschlossene Schutzschalter 5
öffnet und somit die Stromzuleitung 3 unterbricht, so daß auch der ungewollte
Stromfluß unterbrochen wird und die gesamte Anlage in einen sicheren
Zustand überführt wird.
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Nachfolgend kann an der Steuereinrichtung der Ort des aufgetretenen Fehlers,
hier Motorstarter 1.1 abgefragt und entsprechend behoben werden.
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Demgegenüber wird bei einem unbeschädigten Schütz 10 des Motorstarters
1.1 unmittelbar nach dem Empfang eines Ausschaltbefehles von der
Steuereinrichtung 7 über den Steuerbus 2 das Schütz 10 entsprechend
betätigt und die im jeweiligen Motorstarter 1.1 bzw. 1.2 angeordnete
Meßeinrichtung 12 erfaßt nunmehr keinen fließenden Strom mehr, was als
entsprechende Bestätigung der Steuereinrichtung 7 über den Steuerbus 2
rückgemeldet werden kann, so daß keine Veranlassung besteht, den ASi-Slave
60 zum Öffnen des Schutzschalters 5 zu betätigen.
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Der Vorteil der vorangehend beschriebenen Anordnung besteht insbesondere
darin, daß eine Vielzahl von Motorstartern 1.1, 1.2 etc. an eine gemeinsame
und mit lediglich einem Schutzschalter 5 abgesicherte Stromzuleitung 3
angeschlossen werden können, wobei durch direkte Auswertung des auf einen
Schaltbefehl der Steuereinrichtung 7 folgenden Stromfluß durch den
angesprochenen Motorstarter 1.1 bzw. 1.2 die Funktion des jeweils im
angesprochenen Motorstarter 1.1, 1.2 vorgesehenen Schützes 10 überprüft
und bei Vorliegen einer Unregelmäßigkeit sofort der gesamte Stromfluß durch
Öffnung des Schutzschalters 5 von der Steuereinrichtung unterbrochen
werden kann. Darüber hinaus läßt sich die erfindungsgemäße Anordnung ohne
großen Aufwand an bereits vorhandenen mit einem Steuerbus 2, insbesondere
ASi-Bus vernetzten Motorstartern nachrüsten, da lediglich ein ASi-Slave 60
mit entsprechendem U- oder A-Auslöser 50, der auf den Schutzschalter 5
einwirkt, an den Steuerbus 2 angeschlossen und die Steuereinrichtung 7
entsprechend programmiert werden muß. Eine solche Nachrüstung ist sogar
im laufenden Betrieb bereits vorhandener Anlagen möglich.
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Die vorangehend beschriebene Anordnung ermöglicht eine Detektion eines in
einem Motorstarter vorliegenden Fehlers und eine gewollte Abschaltung des
Schutzschalters 5 innerhalb einer Reaktionszeit von 20 bis 50 ms.