DE102004014065A1

DE102004014065A1 - Verteiler mit integrierter Sicherung und Diagnose

Info

Publication number: DE102004014065A1
Application number: DE200410014065
Authority: DE
Inventors: Klaus Wunschirs; Jürgen Wahl; Herbert Frank
Original assignee: Murrelektronik GmbH
Current assignee: Murrelektronik GmbH
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2005-10-13

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verteiler für eine Maschinensteuerung, wobei ein Verteilerkasten (1) eine Mehrzahl von Anschlüssen (2) für Endgeräte wie Aktoren, Sensoren oder dergleichen aufweist. Die Aktoren und Sensoren werden mit einer Spannungsversorgung und/oder einer Steuerung verbunden, wobei jedem Anschluß eine Betriebsanzeige (6, 7) zugeordnet ist. Um bei fehlerhaftem Endgerät dessen Abschaltung zu gewährleisten, ist vorgesehen, eine den Summenstrom (21) eines Anschlusses (2) überwachende elektronische Sicherungsschaltung (20) im Bereich des Verteilerkastens (1) anzuordnen, die bei einer signifikanten Abweichung von einer vorgegebenen Größe und/oder Form des Summenstroms (21) den überwachten Anschluß (2) vom Netz (4, 5) trennt. Der Schaltzustand der Sicherungsschaltung (20) wird ausgewertet und weiter verarbeitet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verteiler für eine Maschinensteuerung, der eine Mehrzahl von Anschlüssen für Endgeräte wie Aktoren, Sensoren oder dergleichen aufweist nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Verteiler für Endgeräte wie Sensoren und/oder Aktoren sind in der Maschinensteuerung bekannt. Aktoren und/oder Sensoren werden über Steckanschlüsse des Verteilers angeschlossen, der seinerseits fest mit dem Leitungsnetz einer übergeordneten Maschinensteuerung verbunden ist. Dabei werden über das Leitungsnetz sowohl Steuerungssignale verteilt als auch die Spannungs- und Leistungsversorgung sichergestellt.
Ein derartiger Verteiler kann z.B. vier, acht oder auch mehr Anschlüsse für Aktoren und/oder Sensoren aufweisen, wobei diese Anschlüsse z.B. in der Baugröße M 12 als Steckverbindungen ausgeführt sein können. Die Verbindung mit dem Leitungsnetz kann mit diskreten Einzelleitungen, auch unter Nutzung einer Bus-Technologie ausgeführt sein.
Tritt an einem Aktor und/oder Sensor ein Fehler auf, der z.B. zu einem Überstrom führen kann, sind Schäden an den am Verteiler angeschlossenen Aktoren oder Sensoren oder auch Auswirkungen auf die Maschinensteuerung selbst möglich. Zum Schutz vor Überströmen (Kurzschluß) sind Schmelzsicherungen oder auch elektronische Sicherungen bekannt, die bei Auftreten eines Überstromes auslösen und den Verbraucher vom Netz trennen.
Wird in einer Maschinensteuerung ein Aktor oder Sensor aufgrund Kurzschluß abgeschaltet, kann dies erhebliche Störungen an der Maschine auslösen, was zu einer sofortigen Sicherheitsabschaltung der Gesamtanlage führen kann. Das folgende Wiederanfahren ist dann zeit- und personalaufwendig, da kein definierter Anfahrzustand vorliegt. Daneben muß das Bedienungspersonal den fehlerhaften Sensor bzw. den fehlerhaften Aktor finden und austauschen, was zeitaufwendig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verteiler für eine Maschinensteuerung derart auszubilden, daß ein angeschlossenes fehlerhaftes Endgerät erkannt und rasch abgeschaltet werden kann, ohne größere Störungen der Gesamtanlage auszulösen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Überwachung des Summenstroms eines Anschlusses vorzugsweise im Bereich des Verteilerkastens erfolgt durch eine elektronische Sicherungsschaltung, die bei einer signifikanten Abweichung von einer vorgegebenen Größe und/oder Form des Summenstroms den überwachten Anschluß vom Netz trennt. Eine Abweichung von einer vorgegebenen Größe liegt z.B. dann vor, wenn der Summenstrom einen vorgebbaren Schwellwert übersteigt (z.B. bei Kurzschluß), so daß aufgrund des Überstroms die Sicherungsschaltung anspricht und öffnet, d.h. den Anschluß vom Netz trennt. In entsprechender Weise kann die Form des Summenstroms überwacht werden, um z.B. bei Kontaktstörungen und damit einhergehenden Signalstörungen ebenfalls eine Abschaltung zu generieren.

Der Schaltzustand der Sicherungsschaltung wird ausgewertet und einer übergeordneten zentralen Maschinensteuerung gemeldet. Die Maschinensteuerung kann das Bedienungspersonal über eine entsprechende Anzeige auf den Fehler hinweisen, vorteilhaft die Nummer des Verteilerkastens angeben, von dem die Fehlermeldung stammt.

Um die Maschinenanlage nicht sofort stillsetzen zu müssen, ist die Sicherungsschaltung als selbstrückstellende Schaltung ausgebildet, d.h. nach Ablauf einer vorgebbaren Zeitspanne nach dem Auslösen der Sicherungsschaltung wird die Verbindung des Anschlusses zum Netz wiederhergestellt. Die Sicherungsschaltung schließt den Kontakt wieder, so daß der Aktor oder Sensor wieder am Netz liegt. Ist z.B. nur ein kurzzeitiger Überstrom aufgetreten oder lagen nur kurzzeitige Kontaktschwierigkeiten vor, wird dieses der zentralen Maschinensteuerung zwar als Fehlermeldung mitgeteilt, der fehlerhafte Sensor oder Aktor aber nach einem vorgebbaren Zeitintervall wieder in Betrieb genommen. Die Maschinensteuerung kann so die Maschinenanlage selbst auf einen vorgegebenen Startpunkt herunterfahren, so daß – nach Abschalten der Gesamtanlage und dem Austausch der fehlerhaften Teile – ein rasches Wiederanlaufen der Gesamtanlage möglich ist. Der vom Verteiler der Maschinensteuerung gemeldete Fehler kann auch gewertet werden, so daß bei Ausfall untergeordneter, weniger wichtiger Aktoren oder Sensoren keine Abschaltung der Gesamtanlage ausgelöst wird.

Eine zweckmäßige Zeitspanne liegt zwischen 2 bis 10 Sekunden, vorzugsweise im Bereich von 3 bis 6 Sekunden. Die Sicherungsschaltung ist somit nach Art eines Monoflops ausgebildet. Dabei ist die Sicherungsschaltung derart ausgeführt, daß sie bei fehlender Betriebsspannung offen ist, bei fehlender Betriebsspannung der überwachte Anschluß also vom Netz getrennt ist.

Vorteilhaft wird jeder Anschluß des Verteilerkastens mit einer zugeordneten, autarken Sicherungsschaltung überwacht, wobei zweckmäßig alle Sicherungsschaltungen eines Verteilerkastens mit einer gemeinsamen Auswerteeinheit verbunden sind, die – ebenso wie die Sicherungsschaltungen – zweckmäßig in dem Verteilerkasten vorgesehen ist. Die Auswerteeinheit ist über eine Diagnoseleitung mit der übergeordneten, zentralen Maschinensteuerung verbunden und teilt dieser das Auftreten eines Fehlers im Verteilerkasten mit. Vor Ort kann die Bedienungsperson anhand der Betriebsanzeigen der Anschlüsse feststellen, welcher der Anschlüsse abgeschaltet ist und das daran angeschlossene Endgerät austauschen.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist der Schaltzustand der Sicherungsschaltung mit einer im Bereich des Verteilerkastens angeordneten Signalvorrichtung optisch und/oder akustisch angezeigt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der ein nachfolgend im einzelnen beschriebenes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist.
Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf einen Verteilerkasten mit mehreren Anschlüssen für Endgeräte wie Aktoren, Sensoren oder dergleichen,
2 in vergrößerter Darstellung die Pin-Belegung einer Anschlußbuchse,
3 in schematischer Darstellung einen Schaltplan einer erfindungsgemäßen Sicherungsschaltung mit Auswerteeinheit.
In 1 ist in Draufsicht ein Verteilerkasten 1 gezeigt, der eine Mehrzahl von Anschlüssen 2 für Endgeräte wie Aktoren, Sensoren oder dergleichen aufweist. Die Anschlüsse 2 liegen im gezeigten Ausführungsbeispiel in zwei Reihen von je vier Anschlüssen 2 nebeneinander und sind als Steckbuchsen 3 ausgeführt, in die der Anschlußstecker eines Aktors wie eines Ventils, eines Sensors oder dergleichen eingesteckt wird. Über die Anschlüsse 2 werden die Endgeräte mit einem Spannungsnetz 4 und/oder einem Steuerungsnetz 5 verbunden. Wie in 1 ge zeigt, ist jedem Anschluß 2 eine Betriebsanzeige 6, 7 zugeordnet, die aus LED's oder dergleichen Leuchtmittel bestehen. Im Ausführungsbeispiel sind die Betriebsanzeigen 6 und 7 in gelben Leuchtdioden ausgeführt, wobei die Betriebsanzeige 6 der Signalleitung 8 und die Betriebsanzeige 7 der Signalleitung 9 zugeordnet ist. Wie in 3 gezeigt, ist jeder als Leuchtdiode ausgebildeten Betriebsanzeige 6 und 7 ein Widerstand 10 vorgeschaltet.
Aus der vergrößerten Darstellung in 2 wird deutlich, daß der Anschluß 2 mit fünf Kontaktpins belegt ist, wobei ein erster Pin 11 der Signalleitung 9 und ein zweiter Pin 12 der Signalleitung 8 zugeordnet ist. Ferner ist eine Spannungsversorgung auf Pin 13 durchgeschleift, vorteilhaft eine Spannungsversorgung von 24 Volt Gleichspannung. Der weitere äußere Pin 14 verbindet die gemeinsame Masse für die Signalleitungen 8 und 9. Auf Pin 15 liegt eine Erdungsleitung, die durchgeschleift ist.
Der Verteilerkasten 1 ist über Klemmleisten 16, Steckerleisten oder dergleichen an eine zentrale Maschinensteuerung sowie an das Spannungsnetz angeschlossen. Um eine lagerichtige Verbindung eines Endgerätesteckers mit der Steckbuchse 3 zu gewährleisten, ist eine Codiernut 17 in der Steckbuchse 3 vorgesehen.
Im Schaltbild nach 3 ist am Beispiel eines Anschlusses 2 die erfindungsgemäße elektronische Beschaltung mit einer Sicherungsschaltung 20 und einer Auswerteeinheit 22 gezeigt. Die Sicherungsschaltung 20 überwacht den Strom 21, der im Massezweig 14 des Anschlusses 2 fließt. Dieser Summenstrom 21 wird nach signifikanten Abweichungen von einer vorgegebenen Größe und/oder Form permanent überwacht, um z. B. bei Überschreiten eines Schwellwertes den Anschluß 2 vom Netz 4, 5 zu trennen, damit Schäden an den Endgeräten ebenso wie an der Maschinensteuerung vermieden werden. So ist z.B. im Kurzschlußfall, bei Überlast oder dergleichen Gründe für einen erhöhten Summenstrom 21 ein Abschalten des fehlerhaften Aktors/Sensors möglich.
Um abhängig vom auftretenden Fehler steuerungstechnisch in die Maschinensteuerung eingreifen zu können sowie dem Benutzer das Auftreten des Fehler zentral anzeigen zu können, ist der Schaltzustand der Sicherungsschaltung 20 der übergeordneten, zentralen Maschinensteuerung über eine Diagnoseleitung 24 gemeldet. Die Maschinensteuerung erkennt, daß ein Verteiler 1 der Maschinensteuerung einen Fehler gemeldet hat und kann entsprechende Gegenmaßnahmen einleiten bzw. dem Benutzer vorschreiben.
Die Sicherungsschaltung 20 ist bevorzugt eine selbstrückstellende Schaltung. Nach Ablauf einer vorgebbaren Zeitspanne nach dem Auslösen der Schaltung entsprechend den vorgegebenen Kriterien wird die Verbindung des abgeschalteten Anschlusses 2 zum Netz 4, 5 wiederhergestellt. Eine derartige Zeitspanne kann in einem Bereich von etwa 2 bis 10 Sekunden, vorzugsweise etwa 3 bis 5 Sekunden liegen. Damit kann erreicht werden, daß auftretende Überströme nicht zu einem schlagartigen dauerhaften Abschalten führen, sondern nach dem Abschalten und Ablauf einer Zeitspanne der Anschluß wieder an das Netz geschal tet wird. Die Maschinensteuerung kann so die Gesamtanlage in einen definierten Ruhestand fahren, bevor eine endgültige Abschaltung erfolgt. Der definierte Ruhestand ermöglicht ein einfaches Wiederanfahren der Gesamtanlage nach Stillstand aufgrund des Ausfalls eines über den Verteiler angeschlossenen Endgerätes.
Zum leichteren Wiederanfahren ist ferner vorgesehen, die Sicherungsschaltung 20 derart auszubilden, daß sie im spannungslosen Zustand offen ist. Erst wenn eine Versorgungsspannung an der Sicherungsschaltung 20 anliegt, kann diese den überwachten Anschluß 2 an das Netz schalten; ohne Versorgungsschaltung ist die Sicherungsschaltung offen, d.h. der überwachte Anschluß 2 bleibt vom Netz getrennt.
Um nach Stillsetzen der Anlage dem Wartungspersonal das Auffinden des Verteilerkastens 1 zu erleichtern, an dem das schadhafte Endgerät angeschlossen ist, ist vorgesehen, den Schaltzustand der Sicherungsschaltung 20 mit einer im Bereich des Verteilerkastens 1 angeordneten Signalvorrichtung 18 anzuzeigen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist zur optischen Anzeige ein Leuchtelement, nämlich eine Leuchtdiode 19 vorgesehen, die zweckmäßig in Rot ausgeführt ist. Über die Überwachungsleitung 23 wird der Schaltzustand der Sicherungsschaltung 20 permanent von der Auswerteeinheit 22 überwacht, um bei ansprechender Sicherungsschaltung 20 sowohl eine Meldung über die Diagnoseleitung 24 auszugeben als auch die Leuchtdiode 19 als optische Anzeige in Betrieb zu nehmen. Es kann zweckmäßig sein, an Stelle der Leuchtdiode 19 oder zusätzlich zu dieser eine akustische Anzeige vorzusehen, damit ein Auffinden des Verteilerkastens 1 mit dem angeschlossenen schadhaften Endgerät erleichtert ist.
Nach der Erfindung werden alle Anschlüsse 2 des Verteilerkastens 1, im gezeigten Ausführungsbeispiel insgesamt acht Anschlüsse 2, mit je einer autarken Sicherungsschaltung 20 überwacht. Die Sicherungsschaltungen 20 des Verteilerkastens 1 werden über entsprechende Überwachungsleitungen 33, 43, 53, 63 an die Auswerteeinheit 22 angeschlossen, die als gemeinsame Auswerteeinheit im Gehäuse des Verteilerkastens 1 vorgesehen ist. Die Signalvorrichtung 18 ist derart vorgesehen, daß die Leuchtdiode 19 in der Frontseite des Verteilerkastens 1 liegt und für den Benutzer leicht erkennbar ist. Je nach Zustand steuert die Auswerteeinheit 22 die Signalvorrichtung 18 an.
Es kann zweckmäßig sein, neben der den Fehlerzustand wiedergebenden Leuchtdiode 19 eine vorzugsweise in Grün ausgeführte Leuchtdiode als Betriebsanzeige 25 anzuordnen. Mit dieser Betriebsanzeige wird angezeigt, daß Versorgungsspannung anliegt und der Verteilerkasten 1 in Betrieb ist.
In einer vereinfachten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, den kumulativen Summenstrom aller Anschlüsse 2 zu überwachen, so daß nur eine Sicherungsschaltung 20 für alle Anschlüsse 2 eines Verteilerkastens 1 vorgesehen ist. Der Schaltzustand der Sicherungsschaltung 20 kann dann unmittelbar über die Diagnoseleitung 24 ausgegeben und eine entsprechende Fehleranzeige angesteuert werden.

Claims

Verteiler für eine Maschinensteuerung, mit einem Verteilerkasten (1), der eine Mehrzahl von Anschlüssen (2) für Endgeräte wie Aktoren, Sensoren oder dergleichen aufweist, die mit einem Spannungsnetz (4) und/oder einem Steuerungsnetz (5) verbunden sind, sowie mit einer einem Anschluß (2) zugeordneten Betriebsanzeige (6, 7), dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung des Summenstroms (21) eines Anschlusses (2) im Bereich des Verteilerkastens (1) eine elektronische Sicherungsschaltung (20) angeordnet ist, die bei einer signifikanten Abweichung von einer vorgegebenen Größe und/oder Form des Summenstroms (21) den überwachten Anschluß (2) vom Netz (4, 5) trennt und der Schaltzustand der Sicherungsschaltung (20) ausgewertet wird.
Verteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltzustand der Sicherungsschaltung (20) der übergeordneten, zentralen Maschinensteuerung gemeldet wird.
Verteiler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherungsschaltung (20) eine selbstrückstellende Schaltung ist, die nach Wegfall der Abweichung und/oder Ablauf einer vorgebbaren Zeitspanne nach dem Auslösen der Sicherungsschaltung (20) die Verbindung des Anschlusses (2) zum Netz (4, 5) wiederherstellt.
Verteiler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitspanne etwa 2 bis 10 Sekunden, vorzugsweise etwa 3 bis 5 Sekunden beträgt.
Verteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherungsschaltung (20) spannungslos offen ist.
Verteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltzustand der Sicherungsschaltung (20) mit einer im Bereich des Verteilerkastens (1) angeordneten Signalvorrichtung (18) optisch und/oder akustisch angezeigt wird.
Verteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Anschluß (2) mit einer Sicherungsschaltung (20) überwacht wird.
Verteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß alle Sicherungsschaltungen (20) eines Verteilerkastens (1) mit einer gemeinsamen Auswerteeinheit (22) verbunden sind.
Verteiler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (22) über eine Diagnoseleitung (24) mit einer übergeordneten, zentralen Maschinensteuerung verbunden ist.
Verteiler nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (22) die Signalvorrichtung (18) steuert.
Verteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der kumulative Summenstrom des Verteilerkastens (1) von der Sicherungsschaltung (20) überwacht wird.