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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einer
Anzahl von Sensoren. Die Erfindung betrifft weiterhin einen elektrischen
Antrieb, welcher eine erfindungsgemäße elektrische Maschine und
einen Stromrichter zur Speisung der elektrischen Maschine aufweist.
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Eine
elektrische Maschine ist insbesondere ein Elektromotor oder ein
Generator. Sie kann eine Asynchron- oder Synchronmaschine sein.
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Häufig weisen
elektrische Maschinen Sensoren auf, die zur Überwachung und/oder zur Steuerung
der elektrischen Maschine benötigt
werden. Bei den Sensoren kann es sich um Temperatursensoren, Schwingungssensoren,
Wicklungsbruchsensoren, Drehgeber oder dergleichen handeln. Die
Sensoren sind vorzugsweise an überwachungsbedürftigen Stellen
in der elektrischen Maschine angebracht, wie z.B. im Wickelkopf
oder im Bereich der Motorlager.
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Die
elektrische Maschine kann zur messtechnischen Aufbereitung der erfassten
Sensorsignale eine Sensorelektronik aufweisen. Sie kann in einem
Maschinengehäuse
oder vorzugsweise in einem Klemmenkasten der elektrischen Maschine
untergebracht sein. Sie kann auch eine Schnittstelle, wie z.B. eine
RS232-Schnittstelle, zum Auslesen der von der Sensorelektronik erfassten
Messwerte aufweisen.
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Nachteilig
daran ist, dass ein spezielles Ausleseprogramm, wie z.B. ein Monitorprogramm,
auf einem Personal Computer (PC) oder auf einem Computer zum Auslesen
der Messwerte aus der Sensorelektronik benötigt wird.
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Elektrische
Antriebe können
aus einem Stromrichter und aus einer elektrischen Maschine bestehen.
An einem Stromrichter können
auch mehrere elektrische Maschinen angeschlossen sein. Auch ist
es möglich,
dass mehrere Stromrichter eine elektrische Maschine speisen. Der
Stromrichter kann z.B. ein Umrichter, ein Wechselrichter oder ein Gleichrichter
sein.
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Der
Stromrichter weist üblicherweise
eine Steuereinheit zur Ansteuerung eines Leistungsteils mit einem
oder mehreren Stromrichtermodulen auf. Ein Stromrichtermodul umfasst
typischerweise elektronische Schaltmittel, wie z.B. Leistungstransistoren,
zur Erzeugung eines Drehfeldes für
die elektrische Maschine.
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Die
Steuereinheit kann auch ein eigenständiges Gerät sein, welches mit einem oder
mehreren Stromrichtermodulen verbunden ist. Zudem ist die Steuereinheit
zur Überwachung
und/oder Steuerung der elektrischen Maschine mit den eingangs beschriebenen
Sensoren der elektrischen Maschine verbunden.
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Der
Stromrichter kann mit der elektrischen Maschine über ein Leistungsanschlusskabel
sowie über
ein Sensorkabel zum Anschluss der Sensoren verbunden sein. Zum Anschluss
weist die elektrische Maschine üblicherweise
einen Klemmenkasten auf. Dort können
die jeweiligen Leitungsenden des Motoranschlusskabels bzw. des Sensorkabels
auf entsprechenden Klemmen aufgelegt werden. Das Leistungsanschlusskabel
sowie das Sensorkabel können
auch in einem gemeinsamen Anschlusskabel zusammengefasst sein.
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Die
Steuereinheit kann mehrere Signalanschlüsse zum Anschließen der
Sensoren sowie eine nachgeschaltete Messerfassungseinheit aufweisen. Die
Steuereinheit des Stromrichters kann eine oder mehrere Datenschnittstellen
zur Kommunikation mit einer übergeordneten
Leitstelle eines Fertigungs- oder Automatisierungssystems oder einer
Anlage aufweisen. Die Datenschnittstelle kann z.B. eine Profibus-
oder CAN-Bus-Datenschnittstelle sein.
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Die
Datenschnittstelle kann auch eine TCP/IP-Datenschnittstelle zur Übertragung
von Daten über
das Internet bzw. über
ein firmenseitiges Intranet sein. In diesem Falle basieren die zu übertragenden
Daten vorzugsweise auf einem standardisierten HyperText Transfer
Protocol (HTTP). Das HyperText Transfer Protocol ist ein Protokoll
insbesondere zur Übertragung
von Daten über
ein Netzwerk. Es wird hauptsächlich
dazu verwendet, um Webseiten und andere Daten mittels eines Webbrowsers aus
dem Datennetz des „World
Wide Web" (WWW) zu
laden.
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Weist
eine Steuereinheit eine oder mehrere TCP/IP-Datenschnittstellen
auf, so können über diese
Diagnosedaten oder Messdaten der Sensoren der elektrischen Maschine
ausgelesen werden. An die Datenschnittstelle kann z.B. ein PC oder
ein Notebook als Ausleseeinrichtung angeschlossen werden. Zum Anschluss
weist eine TCP/IP-Datenschnittstelle typischerweise eine LAN-Buchse
(Local Area Network), wie z.B. ein RJ45-Buchse, auf.
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Die
zuvor beschriebenen TCP/IP-Schnittstellen können Bestandteil einer Webserver-Einheit
sein, welche auf Anfrage Webseiten zur Verfügung stellen kann. Ein Webserver
ist im engeren Sinne eine Softwareapplikation zur Ausführung eines
Server-Dienstes,
der Informationen über
das HTTP-Protokoll zur Verfügung
stellt.
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Die
Webseiten können
im Fall eines elektrischen Antriebs bzw. einer elektrischen Maschine
maschinenspezifische Messwerte oder Statusinformationen enthalten.
Die Webserver-Einheit ist dazu datentechnisch mit einer Messeinheit
der Steuereinheit verbunden. Ein Servicefachmann kann dann im Rahmen
einer Diagnose auf entsprechende Webseiten der Steuereinheit mittels
eines Standard-Webbrowsers zugreifen. Ein Standard-Webbrowser ist
z.B. der Internet Explorer von der Fa. Microsoft. Der Aufruf einer
Webseite kann z.B. durch Eingabe einer sogenannten URL-Adresse (Uniform
Resource Locator) oder eines Links erfolgen, welche bzw. welcher
auf die gewünschte
Webseite verweist.
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Nachteilig
bei den zuvor beschriebenen Antrieben ist es, dass bei Ausfall der
Steuereinheit kein datentechnischer Zugriff auf die Sensoren in
der elektrischen Maschine möglich
ist.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Maschine anzugeben,
welche auf einfache Weise ein Auslesen der maschinenseitigen Sensordaten
erlaubt.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen geeigneten Antrieb
anzugeben.
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Die
Aufgabe wird gelöst
mit einer elektrischen Maschine, welche eine Anzahl von Sensoren und
eine Erfassungseinheit für
die von den Sensoren erfassten Sensorsignale aufweist.
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Die
Erfassungseinheit weist in kennzeichnender Weise eine Webserver-Einheit
mit zumindest einer Datenschnittstelle auf. Es sind mit den Sensorsignalen
korrespondierende Sensordaten über
die Datenschnittstelle aus der Erfassungseinheit auslesbar.
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Damit
ist der Vorteil verbunden, dass mittels eines Standard-Webbrowsers maschinenseitige Sensormessdaten
direkt aus der elektrischen Maschine ausgelesen werden können. Der
Webbrowsers ist üblicherweise
Bestandteil einer Standardsoftware auf einem PC oder einem Computer.
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Ein
weiterer Vorteil ist, dass bereits Webbrowser für eine Vielzahl von Computer-Betriebssystemen,
wie z.B. von Windows, Linux, Unix oder Mac OS, verfügbar sind.
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Die
Webserver-Einheit umfasst typischerweise einen Webdienst bzw. einen
Webserver als Softwareapplikation, welche auf einem Mikroprozessor
oder auf einem Mikrocontroller ausgeführt wird. Zum Anschluss eines
PCs oder Computers weist die Web server-Einheit z.B. eine LAN-Buchse
auf Basis eines IEEE 802.3-Standards auf. Alternativ kann die Webserver-Einheit
eine USB-Buchse (Universal Serial Bus) oder eine Firewire-Buchse auf Basis
eines IEEE 1394-Standards aufweisen. Es sind auch andere Anschlüsse in Form
von Buchsen oder Steckern möglich.
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Eine
derartige Webserver-Einheit ist beispielsweise von der Fa. LANTRONIX
(www.lantronix.com) unter der Typbezeichnung XPort als Baueinheit
erhältlich.
Es handelt sich dabei um eine hochintegrierte Baueinheit, welche
in etwa den Abmessungen zweier LAN-Buchsen entspricht. In diese Baueinheit
sind eine LAN-Buchse sowie ein Mikrocontroller zur Ausführung des
Webservers integriert. Zudem weist die Webserver-Einheit einen elektronischen
Speicher zur Speicherung der Webseiten auf. Die Webseiten können über die
LAN-Buchse von einem Webbrowser hochgeladen werden.
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Darüber hinaus
weist die Webserver-Einheit eine programmierbare SPI-Schnittstelle
(Serial Port Interface) zum Anschluss an eine prozessorgestützte Einheit
auf, wie z.B. an einen Mikrocontroller oder an einen Mikroprozessor. Über die
SPI-Schnittstelle kann
die Webserver-Einheit die von der Erfassungseinheit erfassten Sensordaten
einlesen und weiterverarbeiten. Vorzugsweise wird die SPI-Schnittstelle mit
drei Ein-/Ausgabepins
oder sogenannten SPI-Ports eines Mikrocontrollers oder Mikroprozessors
verbunden. Der Hard- und Softwareaufwand für die serielle Schnittstelle
ist minimal.
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Auf
Basis einer derartigen Webserver-Einheit ist eine äußerst kompakte
Erfassungseinheit zur Erfassung der von den Sensoren in der elektrischen Maschine
stammenden Sensorsignale möglich.
Die Erfassungseinheit kann an nahezu beliebiger Stelle in der elektrischen
Maschine angebracht werden, wie z.B. in Freiräumen im Bereich des Wickelkopfes
oder des Lagerschildes.
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Die
Erfassungseinheit weist vorzugsweise eine Buchsen- oder Klemmleiste
zum Anschluss der Leitungsenden der Sensoren auf. Die Leitungsenden der
Sensoren können
alternativ einen vorkonfektionierten Stecker oder eine vorkonfektionierte
Buchse aufweisen, welcher bzw. welche in ein jeweiliges Gegenstück auf der
Erfassungseinheit eingesteckt werden kann.
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Die
Erfassungseinheit ist vorzugsweise eine bestückte Leiterplatte, auf welcher
insbesondere die Webserver-Einheit, ein Mikrocontroller, Bauelemente zur
Sensorsignalerfassung sowie eine Stromversorgung angeordnet sind.
Es können
auch mehrere Bauelemente oder alle Bauelemente der Erfassungseinheit
in einem einzigen elektronischen Bauelement integriert sein. Des
Weiteren können
Buchsen oder Klemmen zum Anschluss der Sensoren vorhanden sein.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung sind die Sensordaten durch Aufruf zumindest einer Webseite
der Webserver-Einheit auslesbar. Der Aufruf erfolgt in vorteilhafter
Weise durch einen Standard-Webbrowser, welcher auf einem PC oder
auf einem Computer installiert ist. Der Aufruf einer Webseite kann
z.B. durch Eingabe einer URL-Adresse oder durch Anklicken eines
entsprechenden Links innerhalb der dargestellten Webseite erfolgen.
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Die
Webserver-Einheit kann auch eine oder mehrere dynamische Webseiten
bereitstellen, welche erst bei Anfrage durch den Webbrowser generiert
werden. Der Webbrowser startet im Anschluss eine Applikation, welche
es ermöglicht,
aktuelle Messdaten der Sensoren über
die SPI-Datenschnittstelle aus der Erfassungseinheit auszulesen.
Eine nachfolgend generierte dynamische Webseite weist in vorteilhafter
Weise die aktuellen Messwerte der Sensoren auf.
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Gemäß einer
besonderen Ausführungsform weist
die Erfassungseinheit einen Datenspeicher zur Speicherung einer
zeitlichen Folge von Sensordaten auf. Dadurch können in vorteilhafter Weise
auch Sensordaten, die früher
erfasst worden sind, aus gelesen werden. Auf Basis der Sensordaten
ist eine vereinfachte Fehleranalyse z.B. bei einem Ausfall der elektrischen
Maschine möglich.
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Die
Sensordaten können
z.B. in einer zeitlichen Ordnung im Sinne einer Historie gespeichert werden.
Der Datenspeicher kann auch als Umlaufspeicher betrieben werden,
welcher nach einer vorgebbaren Speicherumlaufzeit wieder überschrieben wird.
Die Speicherumlaufzeit kann auch für jeden Sensortyp individuell
gewählt
werden.
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Im
Besonderen weist die zumindest eine Datenschnittstelle der Webserver-Einheit
ein Datentransportprotokoll auf Basis eines TCP/IP-Standards auf.
Das TCP/IP-Datentransportprotokoll kann sowohl von der LAN-Schnittstelle
als auch von der USB- oder Firewire-Datenschnittstelle unterstützt werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
weist die elektrische Maschine einen Leistungsanschluss auf, der
als Klemmenkasten ausgebildet ist. Der Klemmenkasten dient insbesondere
zum Anschließen
von elektrischen Leitungen, die hohe Ströme führen. Erfindungsgemäß ist die
Erfassungseinheit im Klemmenkasten untergebracht.
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Der
Vorteil ist, dass die Erfassungseinheit bei einem technischen Defekt
auf einfache Weise ausgetauscht werden kann.
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Ein
weiterer Vorteil ist, dass die Erfassungseinheit im Klemmenkasten
vor Umwelteinflüssen
wie Staub und Feuchtigkeit geschützt
ist. Bei der Unterbringung der Erfassungseinheit ist ein vorgeschriebener
Mindestspannungsabstand zu spannungsführenden Klemmen im Klemmenkasten
einzuhalten.
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Einer
weiteren Ausführungsform
zufolge ist zumindest eine der Datenschnittstellen als vorkonfektionierter
Anschluss zum Anschließen
einer Ausleseeinrichtung ausgebildet. Die Ausleseeinrichtung ist
z.B. ein PC oder Computer. Sie kann auch ein Steuerrechner oder
eine Steuereinheit, z.B. für
einen Strom richter, sein. Der Anschluss kann eine LAN-Buchse, wie
z.B. eine RJ-45-Buchse, sein. In die LAN-Buchse kann zum Auslesen
der Erfassungseinheit ein entsprechendes LAN-Kabel mit einem entsprechenden
LAN-Stecker eingesteckt werden.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann zumindest eine der Datenschnittstellen als USB- oder Firewire-Buchse
ausgebildet sein.
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Gemäß einer
besonderen Ausführungsform ist
zumindest ein vorkonfektionierter Anschluss im oder am Klemmenkasten
angebracht.
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Dadurch
ist der Anschluss leicht zugänglich. Vorzugsweise
schließt
der Anschluss, wie z.B. die LAN-, USB- oder Firewire-Buchse, bündig mit
einer Außenseite
des Klemmenkastens ab. Für
die Anschlussbuchse kann auch eine Abdeckung gegen Schmutz und Feuchtigkeit
vorgesehen sein.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann zumindest eine der Datenschnittstellen der Webserver-Einheit eine
Funkdatenschnittstelle sein.
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Damit
ist der Vorteil verbunden, dass zum Auslesen der Webserver-Einheit
kein Datenübertragungskabel
benötigt
wird. Ein Auslesen der Daten ist möglich, wenn sich eine Ausleseeinrichtung
mit einer geeigneten Funkdatenschnittstelle in der Nähe der elektrischen
Maschine befindet.
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Vorzugsweise
ist die Funkdatenschnittstelle eine WLAN-Funkdatenschnittstelle
(Wireless Local Area Network) auf Basis eines IEEE 802.11-Standards.
Das Datentransportprotokoll der Funkdatenschnittstelle basiert auf
dem TCP/IP-Standard.
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Die
Funkdatenschnittstelle kann alternativ auch eine Bluetooth-Funkdatenschnittstelle
auf Basis eines IEEE 802.15.1-Standards
sein. Andere Funkdatenschnittstellen können z.B. auf einem GSM-, UMTS-
oder DECT-Standard basieren.
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Im
Besonderen ist die Funkdatenschnittstelle gemäß einer weiteren Ausführungsform
im oder am Klemmenkasten angebracht.
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Der
Klemmenkasten ist vorzugsweise aus einem Kunststoff, insbesondere
aus einem für
Funkwellen durchlässigen
Kunststoff, gefertigt. Die Funkdatenschnittstelle ist weiterhin
derart im Klemmenkasten bzw. auf der Erfassungseinheit angeordnet, dass
eine bevorzugte Funkabstrahlung weg von der elektrischen Maschine
möglich
ist.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist der Erfassungseinheit ein elektrischer Energiespeicher zur elektrischen
Pufferung der Erfassungseinheit zugeordnet. Der Energiespeicher
kann z.B. eine Batterie oder ein Akkumulator sein.
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Damit
ist der Vorteil verbunden, dass die Erfassungseinheit inklusive
der Webserver-Einheit bei Ausfall einer externen Stromversorgung
der Erfassungseinheit Weiterbetrieben werden kann. Die Erfassungseinheit
kann im ordnungsgemäßen Betrieb z.B. über ein
externes Netzteil mit Strom versorgt werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Erfassungseinheit über
zumindest eine der Datenschnittstellen mit einer Stromversorgung
zur Energieversorgung der Erfassungseinheit verbindbar.
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Damit
kann auf eine separate Stromversorgung, wie z.B. auf das Netzteil,
verzichtet werden.
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Im
Falle einer LAN-Buchse ist es vorteilhaft, wenn zwei der acht Buchsenkontakte,
die nicht für die
Datenübertragung
verwendet werden, zur Stromversorgung herangezogen werden. Die Einspeisung des
Versorgungsstromes erfolgt dann vorzugsweise über die Ausleseeinrichtung.
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Im
Falle einer USB- oder Firewire-Buchse ist bereits die Übertragung
eines Versorgungsstromes vorgesehen. Die Einspeisung des Versorgungsstromes
erfolgt seitens der Ausleseein richtung über die korrespondierende USB-
oder Firewire-Anschlussbuchse.
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Bei
den Sensoren handelt es sich insbesondere um einen Temperatursensor,
einen Schwingungssensor und/oder einen Drehgeber. Der Sensor kann
auch ein Wicklungsbruchsensor oder ein Bremsüberwachungssensor sein.
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Im
Besonderen ist die elektrische Maschine ein Elektromotor. Die elektrische
Maschine kann alternativ oder entsprechend ihrer Betriebsart auch
ein Generator sein.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird weiterhin mit einem elektrischen Antrieb
gelöst,
welcher eine erfindungsgemäße elektrische
Maschine und einen Stromrichter zur Speisung der elektrischen Maschine aufweist.
Der Stromrichter weist eine Steuereinheit auf, welche eine Webserver-Einheit
mit zumindest einer Datenschnittstelle umfasst. Je eine der stromrichter- und maschinenseitigen
Datenschnittstellen sind zum Auslesen der Sensordaten miteinander
verbunden.
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Der
besondere Vorteil ist, dass die gesamte Sensorik der elektrischen
Maschine datentechnisch auf einfache Weise in die Steuereinheit
des Stromrichters bzw. des Antriebs eingebunden werden kann. Hierzu
greift der Webserver der Steuereinheit auf eine oder mehrere referenzierbare
Webseiten der Webserver-Einheit in der elektrischen Maschine zu.
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Ein
weiterer Vorteil ist, dass bei Ausfall der Steuereinheit des Antriebs
weiterhin ein datentechnischer Zugriff auf die Sensoren in der elektrischen
Maschine möglich
ist. In diesem Fall kann eine Ausleseeinrichtung, wie z.B. der PC
oder der Notebook, mit der Erfassungseinheit in der elektrischen
Maschine datentechnisch verbunden werden.
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Vorzugsweise
weist die Erfassungseinheit zwei Datenschnittstellen auf. Über die
erste der beiden Datenschnittstellen ist die Erfassungseinheit mit dem
Stromrichter bzw. mit der Steuereinheit verbunden. Bei Ausfall des
Antriebs kann die Ausleseeinrichtung zur Diagnose der elektrischen
Maschine über
die zweite Datenschnittstelle mit der Erfassungseinheit verbunden
werden.
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In
einer besonderen Ausführungsform
weist die Steuereinheit des Stromrichters eine elektrische Stromversorgung
auf. Die Stromversorgung ist mit der Erfassungseinheit der elektrischen
Maschine über
je eine der stromrichter- und maschinenseitigen Datenschnittstellen
verbunden.
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Der
Vorteil ist, dass keine separate Stromversorgung für die Erfassungseinheit
sowie für
die Webserver-Einheit benötigt
wird.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungen
und bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu
entnehmen.
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Die
Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen derselben werden im
Weiteren anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen
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1 einen
elektrischen Antrieb mit einem Stromrichter, einer elektrischen
Maschine und einer Ausleseeinrichtung zum Auslesen von Sensordaten nach
dem Stand der Technik,
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2 eine
erfindungsgemäße elektrische Maschine
in einer schematischen Darstellung,
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3 beispielhaft
den Aufbau eines erfindungsgemäßen Antriebs
in einer schematischen Darstellung und
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4 den
Antrieb gemäß 3 mit
der erfindungsgemäßen elektrischen
Maschine im Detail.
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1 zeigt
einen elektrischen Antrieb 1 mit einem Stromrichter 2,
mindestens einer elektrischen Maschine 3 und einer Ausleseeinrichtung 4 zum
Auslesen von Sensordaten SD nach dem Stand der Technik.
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Bei
den Sensordaten SD handelt es sich um aufbreitete Sensorsignale
SIG, die von Sensoren 9 stammen und die zu Überwachungs-
und/oder Steuerungszwecken in der elektrischen Maschine 3 untergebracht
sind. Bei den Sensoren 9 kann es sich um Temperatursensoren
z.B. zur Überwachung
der Lagertemperatur oder Wicklungstemperatur handeln. Die Sensoren 9 können auch
Schwingungssensoren, Drehgeber, Wicklungsbruchsensoren und dergleichen
sein.
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Der
Stromrichter 2 kann z.B. ein Umrichter, Gleichrichter oder
Wechselrichter sein. Er weist beispielhaft eine Steuereinheit 6 insbesondere
zur Überwachung
und Steuerung eines Leistungsteils 7 sowie der daran angeschlossenen
elektrischen Maschine 3 auf. Das Leistungsteil 7 kann
z.B. ein Pulswechselrichter sein.
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Die
Steuereinheit 6 weist beispielhaft eine stromrichterseitige
Webserver-Einheit 5 auf, welche über eine interne Datenverbindung
mit der Steuereinheit 6 des Stromrichters 2 verbunden
ist. Die Steuereinheit 6 ist typischerweise eine prozessorgestützte Datenverarbeitungseinheit.
Im Beispiel der 1 weist die Webserver-Einheit 5 eine
Datenschnittstelle mit einer Anschlussbuchse 51 auf. Über die
Datenschnittstelle können
die Sensordaten SD z.B. zur Diagnose der elektrischen Maschine 3 ausgelesen
werden.
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Die
stromrichterseitige Webserver-Einheit 5 weist üblicherweise
eine prozessorgestützte
Einheit zur Ausführung
eines Serverdienstes eines Webservers auf. Der Webserver stellt
ausgewählte
Webseiten bei Anfrage durch einen Webbrowser bereit. In diesem Fall
kann die Steuereinheit 6 die erfassten Sensorsignale SIG
in Form von HTTP-Dateien aufbereiten und diese dem Webserver zur
Verfügung stellen.
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Die
Ausleseeinrichtung 4 ist z.B. ein mobiles Notebook. Sie
kann über
ein Schnittstellenkabel 8 mit der stromrichterseitige Webserver-Einheit 5 zur Übertragung
der Sensordaten SD verbunden werden. Die Datenübertragung zwischen der Auslese einrichtung 4 und
der Webserver-Einheit 5 bzw. der Steuereinheit 6 kann
z.B. auf einem TCP/IP-Datentransportprotokoll basieren. Der Webbrowser
ist üblicherweise
Bestandteil der Standardsoftware der Ausleseeinrichtung 4.
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Des
Weiteren ist die Steuereinheit 6 zur Messwerterfassung über ein
Sensorkabel 10 mit den jeweiligen Sensoren 9 in
der elektrischen Maschine 3 verbunden. Das Sensorkabel 10 weist üblicherweise eine
Vielzahl von Signalleitungen auf. Die jeweiligen Enden der Signalleitungen
sind im Beispiel der 1 auf einer Klemmleiste 62 der
Steuereinheit 6 und auf nicht weiter dargestellte Klemmen
eines maschinenseitigen Klemmenkastens 11 aufgelegt. Der
Klemmenkasten 11 ist üblicherweise
an einer Außenseite eines
Maschinengehäuses 12 der
elektrischen Maschine 3 angebracht. Von dort sind die Signalleitungen
zu den jeweiligen Sensoren 9 weiter verschaltet.
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Im
Klemmenkasten 11 ist typischerweise ein Motorkabel 13 aufgelegt,
welches einige Motorleitungen zur Speisung der elektrischen Maschine 3 aufweist.
Die Motorleitungen sind mit entsprechenden Leistungsausgängen des
Leistungsteils 7 des Stromrichters 2 verbunden.
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Wie 1 weiterhin
zeigt, ist die Steuereinheit 6 über eine weitere Datenschnittstelle 61 der Steuereinheit 6 mit
einem nicht weiter gezeigten Steuerrechner SR verbunden. Der Steuerrechner
SR kann z.B. eine Anlagensteuerung oder ein Prozessrechner sein,
welcher den Antrieb im Verbund mit weiteren Anlagenkomponenten steuert.
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2 zeigt
eine erfindungsgemäße elektrische
Maschine 3 in einer schematischen Darstellung. In der elektrischen
Maschine 3 ist eine Anzahl von Sensoren 9 sowie
eine Erfassungseinheit 15 für von den Sensoren 9 erfasste
Sensorsignale SIG untergebracht.
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Die
elektrische Maschine 3 ist im Beispiel der vorliegenden 2 ein
Elektromotor. Sie kann alternativ ein Generator sein. Sie kann weiterhin
eine Synchron- oder Asynchronmaschine sein. Im Falle eines Elektromotors
kann es sich um einen rotierenden Elektromotor oder um einen Linearmotor
handeln.
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Die
Sensoren 9 sind im Wesentlichen die gleichen wie bei dem
Beispiel des Stands der Technik gemäß 1. Die Erfassungseinheit 15 weist
vorzugsweise eine Klemmleiste 17 auf, in welcher die jeweiligen
Sensorleitungen der Sensoren 9 aufgelegt oder eingesteckt
werden können.
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Erfindungsgemäß erfasst
die Erfassungseinheit 15 die Sensorsignale SIG und setzt
diese in Sensordaten SD um, die mit den Sensorsignalen SIG korrespondieren.
Die Erfassungseinheit 15 kann z.B. die Sensorsignale SIG
digitalisieren, verstärken
oder filtern. Darüber
hinaus kann die Erfassungseinheit 15 einen Datenspeicher
zur Speicherung einer zeitlichen Folge der Sensordaten SD aufweisen.
Dadurch ist ein datentechnischer Zugriff auf frühere Sensordaten SD möglich.
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Die
Erfassungseinheit 15 weist zudem eine Webserver-Einheit 16 mit
beispielhaft zwei Datenschnittstellen 17 auf. Sie kann
auch nur eine Datenschnittstelle oder mehr als zwei Datenschnittstellen aufweisen.
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Der
Webserver ist im Wesentlichen eine Softwareapplikation, welche auf
einer Prozessoreinheit der Webserver-Einheit 16, wie z.B.
einem Mikrocontroller, ausgeführt
wird. Der Webserver bzw. die Webdienste können alternativ auch auf einem
Prozessor oder auf einem Mikrocontroller der Erfassungseinrichtung 15 ausgeführt werden.
Alternativ kann die Webserver-Einheit 16 ein
integriertes elektronisches Bauelement sein, wie z.B. der integrierte Baustein
XPort der Fa. LANTRONIX, welches Mittel zur Durchführung des
Server-Dienstes aufweist.
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Die
Datenschnittstelle unterstützt
vorzugsweise ein Datentransportprotokoll auf Basis eines TCP/IP-Standards.
Die Sensordaten SD können über die
Datenschnittstelle durch Aufruf zumindest einer Webseite der Webserver-Einheit 16 ausgelesen werden.
Die Webseiten basieren vorzugsweise auf einem HTTP-Standard. Dadurch
können
die Sensordaten SD, wie z.B. im Rahmen einer Diagnose, unabhängig von
einer Steuereinheit 6 eines Stromrichters 2 oder
von einem anderen übergeordneten
Steuerrechner SR ausgelesen werden.
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Zum
Auslesen der Sensordaten SD wird z.B. die Ausleseeinrichtung 4 oder
die Steuereinheit 6 des Stromrichters 2 mit der
elektrischen Maschine 3 bzw. mit der Erfassungseinheit 15 verbunden.
Der Aufruf einer oder mehrerer Webseiten mit den gewünschten Sensordaten
SD kann z.B. mittels eines Webbrowsers erfolgen, welcher die empfangenen
Webseiten auf einer Anzeige darstellt. Die Webseiten können auch
von einer Überwachungs-
und Steuerungsapplikation der Steuereinheit 6 geladen und
hinsichtlich relevanter Sensordaten SD für die Überwachung und Regelung der
elektrischen Maschine 3 ausgewertet werden.
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3 zeigt
beispielhaft den Aufbau eines erfindungsgemäßen Antriebs 1 in
einer schematischen Darstellung.
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Der
Antrieb 1 weist einen Stromrichter 2 sowie eine
erfindungsgemäße elektrische
Maschine 3 auf. Der Stromrichter 2 weist eine
Steuereinheit 6 zum Überwachen
und/oder zum Steuern der angeschlossenen elektrischen Maschine 3 auf.
Die Steuereinheit 6 kann auch dazu ausgebildet sein, mehrere
elektrische Maschinen 3 zu überwachen und/oder zu steuern.
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Die
Steuereinheit 6 umfasst eine steuereinheitseitige bzw.
stromrichterseitige Webserver-Einheit 5 mit beispielhaft
einer Datenschnittstelle. Die Datenschnittstelle ist über ein
Datenkabel 18 mit der Datenschnittstelle der elektrischen
Maschine 3 verbunden. Über
diese können
die von der elektrischen Maschine 3 stammenden Sensordaten
SD von der Webserver-Einheit 5 eingelesen
werden.
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Im
rechten Teil der 3 ist eine Ausleseeinrichtung 4 in
Form eines Notebooks dargestellt. Zum Auslesen der Sensorda ten SD,
wie z.B. zur Diagnose der elektrischen Maschine, sind die Ausleseeinrichtung 4 und
die elektrische Maschine 3 bzw. die Erfassungseinheit 15 über ein
Schnittstellenkabel 8 verbunden.
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Im
Beispiel der 3 weist die Steuereinheit 6 eine
weitere Datenschnittstelle 61 auf. Sie dient zur Datenübertragung
zwischen der Steuereinheit 6 und einem übergeordnetem Steuerrechner
SR. Alternativ oder zusätzlich
kann die weitere Datenschnittstelle eine Datenschnittstelle der
Webserver-Einheit 5 sein.
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4 zeigt
den Antrieb 1 gemäß 3 mit der
erfindungsgemäßen elektrischen
Maschine 3 im Detail.
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Die
gezeigte elektrische Maschine 3 weist zum Anschließen der
elektrischen Maschine 3 einen als Klemmenkasten 11 ausgebildeten
Leistungsanschluss auf. Das Motoranschlusskabel 18 verbindet ein
Leistungsteil 7 des Stromrichters 2 mit dem Klemmkisten 11 der
elektrischen Maschine 3. Das Motoranschlusskabel 18 weist
typischerweise einige Motorleitungen auf, die auf entsprechende
Leistungsklemmen in Klemmenkasten 11 aufgelegt werden.
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Im
Klemmenkasten 11 ist weiterhin die Erfassungseinheit 15 untergebracht.
Die Erfassungseinheit 15 kann eine bestückte Leiterplatte sein. Vorzugsweise
ist die Erfassungseinheit 15 zum Schutz vor Berührungen
und vor Schmutz gekapselt ausgeführt.
Zum erleichterten Anschließen
der Sensorleitungen ist es vorteilhaft, wenn die Erfassungseinheit 15 entsprechende
Klemm- oder Buchsenleisten aufweist.
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Im
Beispiel der 4 weist die Erfassungseinheit 15 zwei
Datenschnittstellen auf, die als vorkonfektionierter Anschluss zum
Anschließen
einer Ausleseeinrichtung 4, 6 ausgebildet sind.
Vorzugsweise ist der vorkonfektionierte Anschluss eine LAN-, USB-
oder Firewire-Buchse 21, 23. Mit dem Bezugszeichen 20, 22 ist
der jeweilige Stecker des Datenkabels 18 bzw. des Schnittstellenkabels 8 zur
Verbindung der elektrischen Maschine 3 mit dem Stromrichter 2 bzw.
mit der Ausleseeinrichtung 4 bezeichnet.
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Die
Datenschnittstelle der Webserver-Einheit 16 der Erfassungseinheit 15 kann
alternativ oder zusätzlich
eine Funkdatenschnittstelle sein. In diesem Fall kann auf eine kabelgebundene
Anschlussmöglichkeit
verzichtet werden. Eine Übertragung
der Sensordaten SD ist dann möglich,
wenn sich eine Ausleseeinrichtung 4, wie z.B. ein Notebook,
mit einer geeigneten Funkdatenschnittstelle in Reichweite der elektrischen
Maschine 3 befindet. Vorzugsweise basiert die Funkdatenschnittstelle
auf einem WLAN-Standard.
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Die
Funkdatenschnittstelle kann auch im oder am Klemmenkasten 11 angebracht
sein. Vorzugsweise ist eine Sende-/Empfangsantenne der Funkdatenschnittstelle
derart ausgerichtet, dass eine Funkabstrahlrichtung weg von der
elektrischen Maschine 3 möglich ist. Dadurch werden störende Einflüsse durch
die überwiegend
metallischen Komponenten der elektrischen Maschine 3 stark
reduziert.
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Die
Erfassungseinheit 15 kann zur elektrischen Pufferung der
Erfassungseinheit 15 sowie der Webserver-Einheit 16 einen
elektrischen Energiespeicher, wie z.B. ein Akkumulator oder eine
Batterie aufweisen. Dadurch ist eine unterbrechungsfreie Stromversorgung
für den
Fall gewährleistet,
dass eine externe Stromversorgung der Erfassungseinheit 15 ausfallen
sollte.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Erfassungseinheit 15 über zumindest
eine ihrer Datenschnittstellen mit einer Stromversorgung zur Energieversorgung
der Erfassungseinheit 15 verbunden wird.
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Ist
die Datenschnittstelle ein LAN-Schnittstelle mit einer entsprechend
ausgeführten
8-poligen LAN-Buchse, so können
z.B. zwei der acht Buchsenkontakte, die nicht für die Datenübertragung verwendet werden,
zur Stromversorgung herangezo gen werden. Die Einspeisung des Versorgungsstromes erfolgt
dann über
die Ausleseeinrichtung 4, 6. Beispielsweise kann
die stromrichterseitige Datenschnittstelle der Steuereinheit 6 ein
internes Netzteil zur Bereitstellung des Versorgungsstromes aufweisen.
Die Stromversorgungsleitungen des Netzteils sind mit korrespondierenden
freien Buchsenkontakten der Anschlussbuchse 26 der Webserver-Einheit 17 der
Steuereinheit 6 zu verbinden.
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Im
Falle einer USB- oder Firewire-Buchse als Anschlussbuchse der Datenschnittstellen
ist bereits die Übertragung
eines Versorgungsstromes vorgesehen. Die Einspeisung des Versorgungsstromes
erfolgt seitens der Ausleseeinrichtung über die korrespondierende USB-
bzw. Firewire-Anschlussbuchse.