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Die
Erfindung betrifft eine Motorsteuerung.
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Aus
dem Bia-Report 5/2003, Seite 29/30, ist ein bekannt, wie ein sicheres
Abschalten eines Umrichters ausführbar
ist. Dabei wird von außen,
also von externen Geräten,
als erstem Kanal ein Signal angelegt, das ein Sicherheitsrelais
zum Schalten veranlasst. Einer der Kontakte des Relais schaltet
dabei die Spannungszufuhr der Impulsverstärker für die Endstufen-Leistungshalbleiter
ab.
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Das
Wort „sicher" und die zu dessen
Wortfamilie gehörenden
Wörter
sind immer auch in Bezug auf höhere
Sicherheitskategorien nach Norm zu verstehen und/oder auch entsprechend
der Begriffdefinitionen und Beschreibung der
DE 102 61 454 A1 und der
DE 102 61 452 A1 .
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Ein
zweiter unabhängiger
Kanal wird ebenfalls von außen
mit einem Signal belegt, das ein Abschalten der Reglerfreigabe bewirkt,
also beispielsweise die Erzeugung der Ansteuersignale in einem Mikrocontroller
oder Mikroprozessor stoppt.
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Die
Endstufe umfasst untere Leistungshalbleiter und obere Leistungshalbleiter.
Da Arbeitsspannung hoch ist, sind die Impulsverstärker für die unteren
und die Impulsverstärker
für die
oberen Leistungshalbleiter galvanisch getrennt vorgesehen.
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Aus
der
DE 102 61 454
A1 und der
DE
102 61 452 A1 sind ebenfalls eine Motorsteuerung mit sicherem
Halt bekannt. Dabei wird ebenfalls auf zwei unabhängigen Wegen,
nämlich
die Spannungsversorgung der Impulsverstärker und die Reglerfreigabe,
die Erzeugung des Drehfeldes für
den Motor abgeschaltet.
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Nachteilig
beim Stand der Technik ist stets, dass zu den externen Geräten hin
für den
ersten und den zweiten Kanal Verdrahtungsaufwand bereit zu stellen
ist und die externen Geräte
die beiden Signale erzeugen müssen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Motorsteuerung,
beispielsweise einen Umrichter, weiterzubilden in möglichst
einfacher und kompakter Weise.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe bei der Motorsteuerung nach den in Anspruch 1 und/oder 8 angegebenen
Merkmalen gelöst.
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Wesentliche
Merkmale der Erfindung bei der Motorsteuerung sind, dass sie eine
von außen
zugängliche
Schnittstelle und eine Steuereinheit mit Mitteln zum Erzeugen von
Ansteuersignalen für
Leistungshalbleiter umfasst,
wobei die Ansteuersignale mittels
Impuls-Verstärkern den
Steuereingängen
der Leistungshalbleiter zuführbar
sind,
wobei der Motorsteuerung ein Motor zugeordnet ist,
wobei
in Abhängigkeit
von einem Haltesignal ein sicherer Halt des versorgten Motors vorsehbar
ist,
wobei über
die Schnittstelle ein Haltesignal an die Motorsteuerung anlegbar
ist, mit welchem ein Relais versorgbar ist,
wobei zusätzlich mit
dem Haltesignal eine Reglerfreigabe der Steuereinheit derart sperrbar
ist, dass die Erzeugung von für
die Leistungshalbleiter vorgesehenen Ansteuersignalen verhinderbar
ist (K2),
wobei mittels eines Kontaktes K1.1 des Relais die Betriebsspannung
der Impulsverstärker,
wie Schaltimpuls-Treiber oder dergleichen, abschaltbar ist.
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Von
Vorteil ist dabei, dass ein zweikanaliges Abschalten der Motorsteuerung
ausführbar
ist, wobei aber über
die Schnittstelle von außen
nur ein einziges Signal anzulegen ist. Es ist also kein weiteres
Signal anzulegen, um einen zweiten Kanal zu bedienen. Das Signal
führt zur
Betätigung
der Relaisspule und diese bringt die verbundenen Kontakte zum Schalten.
Das Signal selbst ist gemäß der Erfindung für einen
zweiten Kanal, der unabhängig
zum Abschalten führt,
verwendet. Ein Umrichter ist also auf diese Weise einfacher und
kompakter herzustellen und erreicht trotzdem dieselbe Sicherheitskategorie.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Haltesignal direkt oder über andere
Mittel K2 der Reglerfreigabe der Steuereinheit zugeführt. Von
Vorteil ist dabei, dass das Haltesignal selbst verwendbar ist zum
Herstellen eines Abschaltkanals.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung umfassen die anderen Mittel K2
einen Optokoppler oder einen Transformator oder andere galvanische
Trennmittel. Von Vorteil ist dabei, dass galvanische Trennung erreichbar
ist und somit ein höherer
Schutz für Bauteile
erzielbar ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der sichere Halt durch mindestens
zweikanaliges Abschalten ausführbar.
Von Vorteil ist dabei, dass zwei oder mehr unabhängige Kanäle vorhanden sind zum Abschalten
der Motorsteuerung.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist mittels eines weiteren Kontaktes
K1.3 des Relais ein Rückmeldesignal über die
Schnittstelle vorsehbar. Von Vorteil ist dabei, dass auch bei der
Verbindung vom externen Gerät
zur Motorsteuerung sicher ausführbar
ist, also auf dem Hinweg ein Haltesignal und auf dem unabhängigen Rückweg eine
Rückmeldung übertragbar ist. Wenn also das Relais versagt, würde das
externe Gerät
dies feststellen können
und entsprechend reagieren können.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist mittels eines ersten Kontaktes
K1.2 des Relais eine Reglerfreigabe der Steuereinheit sperrbar.
Von Vorteil ist dabei, dass ein weiterer Kanal zum Abschalten herstellbar
ist, also vom Relais zur Reglerfreigabe ein unabhängiges Übertragen
der Abschaltinformation übertragbar
ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Mittel zur Plausibilitätskontrolle
vorgesehen, die den Zustand beider Abschaltkanäle K2 und K1.2 auf Plausibilität überprüft, wobei
bei Nicht-Plausibilität ein Sperren
der Reglerfreigabe der Steuereinheit derart ausführbar ist, dass die Erzeugung
von für
die Leistungshalbleiter vorgesehenen Ansteuersignalen verhinderbar
ist (K2). Von Vorteil ist dabei, dass die Sicherheit weiter erhöhbar ist,
insbesondere die Ausfallerkennungswahrscheinlichkeit verbessert.
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Insbesondere
berücksichtigen
die Mittel zur Plausibilitätskontrolle
ein Zeitfenster. Von Vorteil ist dabei, dass die der Plausibilitätskontrolle
zugeführten
Kanäle
zwar in ihrem Schaltverhalten miteinander verglichen werden, aber
dabei eine zeitliche Verzögerung
tolerierbar ist, die bedingt ist durch technisch verschiedenartige
Ausführung.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Steuereinheit Treiber
zum Verstärken
der erzeugten Ansteuersignale, wobei entweder deren Versorgungsspannung
abgetrennt oder alternativ deren Steuereingang auf ein Abschalt-Potential
gelegt wird. Von Vorteil ist dabei, dass somit ein weiterer Abschaltkanal
zum weiteren Erhöhen
der Sicherheit vorsehbar ist.
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Insbesondere
werden die von den Treibern verstärkten Signale Optokopplern
zugeführt
und von diesen dann den Ansteuerungen der Leistungshalbleiter. Von
Vorteil ist dabei, dass einfache und kostengünstige Mittel zur Erreichung
des galvanischen Trennens vorsehbar sind.
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- F
- Schnittstelle
- G
- Schnittstelle
- R
- Relais
- K1
- erster
Kanal
- K1.1
- erster
Kontakt für
ersten Kanal
- K1.2
- zweiter
Kontakt für
ersten Kanal
- K1.3
- dritter
Kontakt für
ersten Kanal
- K2
- zweiter
Kanal
- K2.1
- erster
Kontakt für
zweiten Kanal
- K2.2
- zweiter
Kontakt für
zweiten Kanal
- K2.3
- dritter
Kontakt für
zweiten Kanal
- S1
- Spannungsquelle
- 1,
2, 3, 4, 5
- Klemmen
für externe
Leitungen
- 10
- Steuereinheit
- 20
- Erzeugung
der Ansteuersignale
- 30
- Impulsverstärker für obere
Leistungshalbleiter
- 40
- Impulsverstärker für untere
Leistungshalbleiter
- 50
- galvanische
Trennung
- 300
- Mittel
zur Plausibilitätskontrolle
- 400
- Treiber
- 501
- Optokoppler
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Die
Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der 1 ist
eine zweikanalige Abschaltung bei einer Motorsteuereinheit, also
beispielsweise bei einem Umrichter, gezeigt.
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Dabei
umfasst die Schnittstelle F Anschlussvorrichtungen 1, 2, 3, 4, 5 für das Anschließen externer
Geräte.
Die von der Schnittstelle F umfassten Klemmen 1, 2 gehören zum
ersten Kanal K1. Sobald ausreichend Strom durch diese Klemmen 1,2 von
einem externen Gerät
geleitet wird, zieht das Relais R an und die Kontakte K1.1 und K1.3
werden betätigt. Der
Kontakt 1.3 ist dabei als Rückmeldung vorgesehen für das externe
Gerät.
Somit ist die Übergabe des
Signals vom externen Gerät
zum Umrichter sicher ausgeführt,
insbesondere nach einer höheren Sicherheitskategorie
wie Kategorie 3 oder dergleichen.
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Die
Spannungsquelle S1 erzeugt eine Versorgungsspannung für die unteren
Impulsverstärker 40 und
Versorgungsspannungen R, S, T für
die oberen Impulsverstärker 30.
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Der
erste Kontakt K1.1 dient zum Abschalten der Spannungsversorgung
für die
unteren Leistungshalbleiter.
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Mit
einem unabhängigen
Signal an der Klemme 5 ist ein zweiter unabhängiger Abschaltkanal
K2 realisiert. Dabei wird das Abschaltsignal vom externen Gerät über die
Klemme 5 an die Reglerfreigabe der Erzeugungsmittel 20 zur
Erzeugung der Ansteuersignale der Steuereinheit 10 vorgesehen.
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Somit
liegt ein Rückmeldesignal
für das
externe Gerät
bereit und es liegen zwei unabhängige Abschaltkanäle K1 und
K2 vor.
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In
der 2 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung gezeigt, die
gegenüber
der Vorrichtung nach 1 nur einzelne Änderungen
aufweist. Dabei ist im Gegensatz zur Vorrichtung nach 1 die
Klemme 5 nicht notwendig. Denn der zweite Kanal K2 ist dadurch
vorgesehen, dass parallel zur Relaisspule R ein Optokoppler vorgesehen
ist, dessen Signal potentialgetrennt an die Steuereinheit 10 und
innerhalb derer an die Erzeugungsmittel 20 zur Erzeugung
der Ansteuersignale geleitet wird. Somit ist durch den zweiten Kanal
zusätzlich
und unabhängig
ein Abschalten der Reglerfreigabe vorsehbar.
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Optional
ist auch ein zusätzliches
Abschalten der Reglerfreigabe mittels des Kontaktes K1.2 vorsehbar.
Somit ist auch die Abschaltverbindung vom Relais zum Erzeugungsmittel 20 sicher
ausführbar.
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Die
Erzeugungsmittel 20 zur Erzeugung der Ansteuersignale leitet
die Ansteuersignale den Impulsverstärkern 30, 40 über eine
galvanische Trennung 50 zu, die beispielsweise mittels
Transformatoren oder mittels Optokopplern realisierbar ist. Für die Spannungsversorgung
der oberen Leistungshalbleiter ist ebenfalls ein Transformator notwendig.
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Die
oberen und unteren Leistungshalbleiter sind in Reihe geschaltet
und mit der Zwischenkreisspannung U_z versorgt, die zwischen den
Potentialen U_z+ und U_z– anliegt.
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In
der 3 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
gezeigt, bei dem Mittel 300 zur Plausibilitätsprüfung vorgesehen
sind. Das heißt,
dass die Rückmeldungen
K1.2 und K2 miteinander verglichen werden. Bei jeder Inbetriebnahme oder
beim Ein- und Ausschalten der Anlage, in welcher der Umrichter vorgesehen
ist, wird der Schaltzustand im ersten und auch im zweiten Kanal
verändert.
Durch die Plausibilitätskontrolle
wird somit erreicht, dass eine Fehlfunktion oder ein Versagen schon
frühzeitig
erkennbar ist. Die Ausfallerkennungswahrscheinlichkeit der Motorsteuerung
ist also verbessert. Die Mittel 300 verhindern die Erzeugung von
Ansteuersignalen, wenn die Plausibilitätskontrolle negativ verläuft, also
die beiden Kanäle
ein unterschiedliches Verhalten aufweisen. Die Sicherheit für die Motorsteuerung
ist also insgesamt erhöht.
Es ist sogar Kategorie 4 erreichbar. Selbstverständlich berücksichtigen
die Mittel 300, dass die beiden Kanäle K1 und K2 nicht absolut
gleichzeitig ihre Schaltzustände
wechseln sondern wegen der verschiedenartigen technischen Realisierungsarten,
wie Relais und Optokoppler, eine Zeitverzögerung auch bei funktionstüchtiger
Motorsteuerung auftritt. Daher wird die Plausibilitätskontrolle
auf ein Zeitfenster bezogen. Als Plausibilitätsbedingung ist daher wesentlich, dass
spätestens
nach dem Ablauf des Zeitfensters der langsamere der beiden Kanäle den Schaltzustand
ebenfalls wie auch der schnellere gewechselt haben muss.
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In
der 4 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
gezeigt, bei dem Mittel 300 zur Plausibilitätsprüfung vorgesehen
sind. Zusätzlich
ist die Sicherheit weiter erhöht
dadurch, dass der zweite Kanal K2 direkt zum Abschalten der Treiber 400,
die die von der Erzeugung 20 der Ansteuersignale generierten
Signale verstärken
und diese verstärkten
Signale an die Optokoppler 501 zur Realisierung der galvanischen
Trennung 50 weiterleiten, mit diesen Treibern 400 verbunden
ist. Insbesondere wird dabei in einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
entweder die Versorgungsspannung der Treiber 400 abgetrennt
und in einem alternativen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel der Steuereingang
der Treiber 400 auf ein Potential zum Abschalten gelegt.
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In
der 5 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
gezeigt, bei dem der zweite Kanal nicht unter Verwendung des Optokopplers,
wie in den 2 bis 4 gezeigt,
sondern unter Verwendung eines zweiten Relais K2 realisert wird,
das über
die Schnittstelle G ansteuerbar ist von einem externen Gerät. Somit
stehen für
den ersten Abschaltkanal die Schnittstelle F und das zugehörige Relais
K1 mit der zugehörigen
Rückmeldung
K1.3 sowie für
den zweiten Abschaltkanal die Schnittstelle G und das zugehörige Relais
K2 mit der zugehörigen Rückmeldung
K2.3 zur Verfügung.
Auf diese Weise sind zwei völlig
unabhänige
Abschaltsignale anlegbar. Dies ist insbesondere dann von Nutzen,
wenn die angeschlossenen externen Geräte selbst sicherheitsgerichtet
ausgeführt
sind. Beispielsweise ist ein Sicherheits-Schaltgerät anschließbar.
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Dabei
wird der erste Kontakt K2.1 des Relais K2 für den zweiten Kanal zum Abtrennen
von der Spannungsquelle S1 für
die Ansteuerung der oberen Impulsverstärker 30 verwendet.
Somit ist die Sicherheit schon allein dadurch gewährleistet.
Mit dem zweiten Kontakt K2.2 des Relais K2 für den zweiten Kanal ist wie
schon gemäß den 2 bis 4 eine Abschaltung
der Erzeugung 20 der Ansteuersignale gewährleistet.
Hierdurch wird die Sicherheit zweikanalig und somit erhöht. Außerdem wird
dieser zweite Kontakt K2.2 auch den Mitteln 300 zur Plausibilitätskontrolle
zugeführt.
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Der
dritte Kontakt K2.3 des Relais K2 wird als Rückmeldung für die von außen angeschlossene sicherheitsgerichtete
Vorrichtung, wie Schaltgerät oder
dergleichen, verwendet.