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Die
Erfindung betrifft ein System mit einem Motorschutzstecker mit integrierter
Vorrichtung zum Erfassen und drahtlosen Übermitteln von Fehlerzuständen, wie
sie im Bereich des Hoch-, Tief- und Straßenbaues z. B. als Pumpen,
führerlose
Hebe- und Transportsysteme als Schutzeinrichtungen von technischen
Aggregaten eingesetzt werden.
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Ein
derartiges Schutzsystem ist hier ein Motorschutzstecker, der in
den elektrischen Energiekreis der Aggregate geschaltet wird. Er
soll dabei Betriebszustände überwachen,
Fehler erkennen und diese Information im Fehlerfalle drahtlos rechtzeitig an
Servicestellen übermitteln,
wodurch oft erhebliche Sach- und Personalschäden vermieden werden.
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Allgemein
bekannt sind Motorschutzstecker, die autark und ohne die Möglichkeit
zur Fernsignalisierung ihre Schutzaufgabe wahrnehmen.
DE 9317278 U1 offenbart
beispielsweise einen Motorschutzstecker, der eine integrierte Vorrichtung
zum Erfassen von Fehler- und Betriebszuständen des Motors, einen Ausgangswandler
zur Aktivierung der Versorgungsspannung sowie ein Anzeigemodul mit mehreren
Lichtsignalgebern aufweist. Im Falle des Auslösens derartiger Schutzeinrichtungen
infolge eines Fehlers am überwachten
Aggregat erfolgt die Erkennung durch personalintensive Inspektionsgänge des
Betreibers in zum Teil größeren zeitlichen
Abständen.
Dadurch können
im ungünstigen
Fall beträchtliche
Ausfallzeiten der Aggregate und gegebenenfalls erhebliche Folgeschäden entstehen.
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Bei
räumlicher
Konzentration einer größeren Anzahl
von Aggregaten und ihrer Schutzeinrichtungen werden diese im Einzelfall
drahtgebunden signaltechnisch verkoppelt und mit Hilfe einer speicherprogrammierbaren
Steuerung lokal überwacht
und gegebenenfalls über
das Telekommunikationsnetz mit einer zentralen Leitwarte verbunden.
Auf Grund der individuellen aufwendigen Verkabelung und Programmierung
lohnt sich dieses Verfahren nur bei längerfristigem Einsatz.
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Zur
Fernübertragung
von Prozessdaten und zum Fernwirken sind eine Reihe von Telematik-Systemen
bekannt, die unter anderem das Mobilfunknetz nutzen, aber nicht
die für
den vorliegenden Anwendungsfall spezifischen Eigenschaften aufweisen
(siehe z. B.
DE 101
00 082 C1 ). Sie sind im allgemeinen für den Anwendungsfall zu groß und dadurch
in die Schutzeinrichtung nicht integrierbar, erlauben keine Zugriffskontrolle
und keine fehlerspezifische Erfassung der Fehlerzustände, erlauben
keine Meldehierarchie und/oder Mehrfachmeldung und garantieren keinen
energienetzunabhängigen
Betrieb.
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DE 196 09 689 A1 offenbart
als Schutzsystem einen Schaltschrank mit Überwachungs- und Steuerungsbaugruppen
für Zustände von
Einbaueinheiten und/oder Anbaueinheiten des Schaltschranks. Zwar
ist hier eine zentrale Steuerungseinrichtung vorgesehen, die über Eingänge und
Ausgänge
mit den Überwachungs-
und/oder Steuerungsbaugruppen in vorgegebener oder vorgebbarer Weise
verbindbar und mit der die Zustände
der verschiedenen Einbaueinheiten und/oder Anbaueinheiten in vorgegebener
oder vorgebbarer Weise individuell überwachbar, steuerbar und/oder
regelbar ist. Diese Schaltschränke
lassen sich an Orten einsetzen, die ein ausreichendes Platzangebot
für einen
Schaltschrank, eine geeignete Energieversorgung sowie Datenübertragungsmöglichkeiten
zur Verfügung
stellen, wie es beispielsweise in Fertigungshallen oder dergleichen
der Fall ist. Problematisch ist der Einsatz solcher Schaltschränke jedoch
dann, wenn eben diese Voraussetzungen nicht gegeben sind, wie es
im Bereich des Hoch-, Tief- und Straßenbaus häufig der Fall ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erfassen
einerseits und zum drahtlosen Übermitteln
andererseits von Betriebs- und Fehlerzuständen zu schaffen, die in handelsübliche oder
speziell konstruierte technische Schutzsysteme integrierbar ist
Insbesondere soll ein System zum Erfassen und drahtlosen Übermitteln
von Fehler- und Betriebszuständen
eines Motors, das auch an solchen Orten einsetzbar ist, an denen
keine Infrastruktur im Bezug auf die Energieversorgung und auf die
Datenübertragung
vorhanden ist, geschaffen werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen der Ansprüche
1, 6 und 10 gelöst. Weitere
Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 5 und 7 bis 9.
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Zur
Lösung
der Aufgabe ist ein System zum Erfassen und drahtlosen Übermitteln
von Fehler- und Betriebszuständen
eines Motors vorgesehen, umfassend vorbestimmte Servicestellen,
einen Motorschutzstecker sowie eine in den Motorschutzstecker integrierte
Vorrichtung zum Erfassen von Fehler- und Betriebszuständen an
die vorbestimmten Servicestellen, wobei die Vorrichtung einen oder
mehrere Eingangswandler zur Zustands- und Fehlererfassung mit den
jeweiligen Gleichrichterelementen, galvanischen Trennern sowie Filtern
und Glättungsgliedern, eine
Energieversorgungseinheit mit einer Ausfallprüf- und Schalteinrichtung mit
Laderegler, elektrochemischem Ersatzenergiespeicher und schaltbarem Spannungswandler,
eine Zentralsteuereinheit mit einer programmgesteuerten Signalverarbeitungseinheit
und einer Kommunikationseinheit, einen oder mehrere Ausgangswandler
zur Aktivierung der Leistungswandler des Motorschutzsteckers und
ein Anzeigemodul mit einem oder mehreren Lichtsignalgebern aufweist.
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Daneben
ist zur Lösung
der Aufgabe ein Motorschutzstecker mit einer integrierte Vorrichtung zum
Erfassen von Fehler- und Betriebszuständen des Motors und zum drahtlosen Übermitteln
dieser Fehler- und Betriebszustände
an vorbestimmte Servicestellen vorgesehen, wobei die Vorrichtung
einen oder mehrere Eingangswandler zur Zustands- und Fehlererfassung
mit den jeweiligen Gleichrichterelementen, galvanischen Trennern
sowie Filtern und Glättungselementen
eine Energieversorgungseinheit mit einer Ausfallprüf- und Schalteinrichtung
mit Laderegler, elektrochemischem Ersatzenergiespeicher und schaltbarem
Spannungswandler, eine Zentralsteuereinheit mit einer programmgesteuerten
Signalverarbeitungseinheit und einer Kommunikationseinheit, einen
oder mehrere Ausgangswandler zur Aktivierung der Leistungswandler
des Motorschutzsteckers sowie ein Anzeigemodul mit einem oder mehreren
Lichtsignalgebern aufweist.
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Schließlich ist
ein Verfahren zum Erfassen und drahtlosen Übermitteln von Fehler- und
Betriebszuständen
eines Motors unter Verwendung eines Systems nach einem der Ansprüche 1 bis
5 vorgesehen, bei dem Zustands- und Fehlerdaten eines Motors erfasst
werden, bei dem die Zustands- und Fehlerdaten einer Zentralsteuereinheit
zugeführt
werden, bei dem die Eingangssignale in der Zentralsteuereinheit
gefiltert werden, wobei Fehlersignale erkannt werden, bei dem die
Fehlersignale in der Zentralsteuereinheit jeweils einer Textnachricht
aus einer Auswahl tabellierter Textnachrichten zugeordnet werden und
bei dem diejenigen Textnachrichten, denen Fehlersignale zugeordnet
wurden, zusammen mit einer Quittierungsaufforderung, einer zuvor
festgelegten Meldehierarchie in Bezug auf verschiedene Servicestellen
folgend, sequentiell an verschiedene Servicestellen drahtlos übermittelt
werden, bis eine servicestellenseitige Quittierung erfolgt.
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Die
im System vorgesehenen Eingangswandler erfassen die Zustands- und
Fehlerdaten eines Motors, wobei die Wandlerausgangssignale, die als
elektrische Potenziale anliegen, einer digitalen Zentralsteuereinheit
zugeführt
werden. Aus den Eingangssignalen der digitalen Zentraleinheit werden durch
Entscheidungsfilter Fehlersignale erkannt und einer zugehörigen tabellierten
Textnachricht zugeordnet, die dann sequentiell an definierte Servicestellen übermittelt
wird. Durch eine definierte Quittierung der Nachricht durch die
Servicestelle wird der Erfolg der Fehlermeldungsübermittlung unter Einhaltung
einer dynamisch konfigurierbaren Meldehierarchie sichergestellt.
Dadurch wird eine hohe Zuverlässigkeit erreicht.
Die digitale Zentraleinheit ist weiterhin in der Lage, über einen
Ausgangswandler durch Fernwirkung Leistungsschalterelemente der
Schutzeinrichtung, die bei Fehlerfeststellung deaktiviert worden sind,
erneut zu aktivieren. Ein von der digitalen Zentraleinheit gesteuertes
Anzeigemodul, das sich in oder an der Schutzeinrichtung befindet,
informiert durch optische Signalgeber die Benutzer über den Betriebszustand bzw. über aufgetretene
Fehler und deren Quittierungszustand. Die Vorrichtung stellt im Rahmen
ihres Energieversorgungsmanagements in Verbindung mit ihrer zentralen
Steuereinheit durch kombinierte externe und interne Energieversorgungseinrichtungen
eine dauernde Betriebsbereitschaft sicher.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
obiger Vorrichtung ist eine solche, die alle vorgenannten Funktionselemente
oder Baugruppen derart zu einer kompakten Einheit zusammenfasst,
dass diese in handelsübliche
Schutzeinrichtungen technischer Aggregate integriert werden kann.
Die Anzeigelemente des Anzeigemoduls der Vorrichtung sind Vorteilhaft so
platziert, dass vorhandene, optisch transparente Bereiche des Gehäuses des
Schutzsystems genutzt werden können.
Da die Vorrichtung insgesamt gewichtsmäßig leicht ist und kompakte
Abmessungen aufweist, ist dies auch für portable Schutzeinrichtungen
ein hervorzuhebender Vorteil.
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Die
Energieversorgungseinheit enthält
zur Konvertierung der über
die Schutzeinrichtung bezogenen Netzspannung in die, von der Vorrichtung
benötigten
Betriebsspannung entweder bei gewünschter galvanischer Trennung
eine elektromagnetische Transformatoreinrichtung oder eine oder
mehrere Schaltregeleinrichtungen mit vorgeschalteter Spannungsgleichrichtung
und Stabilisierung. Wenn die Energieversorgung über das Schutzsystem fehlerbedingt
nicht gewährleistet
ist, wird zur Sicherstellung der Meldefähigkeit der Vorrichtung ein
eingebauter Energiespeicher aktiviert. Dies geschieht zwangsläufig durch
eine Ausfallprüf-
und Schalteinrichtung, die schaltungsminimiert bevorzugt im Wesentlichen
aus antiparallel verbundenen Spannungsgleichrichtelementen besteht.
Der Energiespeicher wird vorteilhaft durch einen elektrochemischen
Speicher realisiert, der bevorzugt bei wiederkehrender Netzspannung wieder
aufgeladen wird und/oder der nach erfolgreicher Fehlermeldung durch
die zentrale Steuereinheit deaktiviert wird.
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Die
Eingangswandler erfassen an spezifischen Stellen im Schutzsystem
abgreifbare elektrische Potenziale als Wechselstromgrößen, beziehen die
Potenziale auf das, ebenfalls im Schutzsystem abgegriffene Erdpotenzial,
wandeln und glätten
diese in Gleichstromgrößen und
passen deren Amplituden an die Erfordernisse der Zentraleinheit
an. Die Kopplung mit der Zentraleinheit erfolgt erfindungsgemäß galvanisch
getrennt. Eine bevorzugte Ausführung
der Koppelelemente sind Optokoppler, deren Eingangsdiode sowohl
der Einweggleichrichtung als auch der galvano-optischen Potenzialtrennung
in Verbindung mit einem Fototransistor dient. Im Hinblick auf eine Kostenminimierung
ist eine Realisierung der Anpassung und Glättung der Signalamplituden
als Tiefpass, bestehend aus passiven elektrischen Bauelementen,
von hervorzuhebendem Vorteil.
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Von
der digitalen Zentraleinheit ist signaltechnisch drahtlos mit den
Servicestellen verbunden. Sie wird neben der logischen Abfolgesteuerung
in Verbindung mit den Eingangs- und Ausgangswandlern bei empfangsseitig
erkanntem Zugriffsversuch auf die Vorrichtung durch eine Servicestelle
oder anderer externer Datenendgeräte zunächst deren Autorisierung überprüft, und
nicht autorisierte Zugriffsversuche werden ignoriert. Die Zentraleinheit
meldet eine drohende Energieminderversorgung an vorbestimmbare Servicestellen.
Sie erledigt ihre erfindungsgemäßen Aufgaben
durch deren vorteilhafte Verteilung auf schaltungstechnische und
programmtechnische Komponenten. Die drahtlose Verbindung wird vorzugsweise
im Bedarfsfall hergestellt; vorteilhaft ist die Nutzung des digitalen
Mobilfunknetzes (GSM). Eine bevorzugte Ausführung nutzt für die sequentielle Übermittlung
von Informationen von und zur Zentraleinheit auf der Basis des GSM-Netzes
die digitale Schriftzeichenübermittlung
(SMS) und/oder akustische Signale (DTMF-Töne) und/oder Sprachsequenzen.
Ein hervorzuhebender Vorteil der Nutzung dieser Dienste ist, dass
sowohl Standard-Mobilfunk-Endgeräte als auch
herkömmliche
Telefoneinrichtungen des Festnetzes von Servicestellen für die Verbindung
genutzt werden können.
Bei einem aufgetretenen Fehler der Schutzeinrichtung wählt die Vorrichtung
vorteilhaft nacheinander mehrere autorisierte Servicestellen gezielt
an, bis eine der Servicestellen eine Empfangsbestätigung schickt.
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Die
Ausgangswandler überführen die
logischen Schaltsignale der Zentraleinheit in geeignete Steuergrößen zum
Zu- oder Abschalten externer Leistungswandler, die vorteilhaft aus
magnetomechanischen Wandlerelementen wie beispielsweise Relais oder
Schütze
für beliebige,
zu schaltende Aggregate wie beispielsweise Pumpen oder Hebe- und Transportsysteme
bestehen.
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Das
Anzeigemodul enthält
vorteilhaft wenige oder einen Lichtsignalgeber, über den oder die alle erforderlichen
Zustandssignalisierungen erfolgen, wobei die Unterscheidung über Lichtfarben,
Lichtfrequenzen und/oder Lichtintensitäten codiert werden können.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird nachfolgend anhand der schematisch dargestellten Figuren näher beschrieben.
Diese zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild der Vorrichtung
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2 eine
mögliche
Ausführungsform
der Meldestruktur für
den Übertragungsweg
von der Vorrichtung zur Servicestelle
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3 eine
mögliche
Ausführungsform
der Empfangsstruktur für
den Übertragungsweg
von der Servicestelle zur Vorrichtung
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In 1 ist
ein Blockschaltbildbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt, eingebettet in
das Schutzsystem. Die Eingangswandler 1.1, 1.2 bis 1.n enthalten
jeweils Gleichrichtelemente 2.1, 2.2 bis 2.n,
galvanische Trenner 3.1, 3.2 bis 3.n sowie Filter
und Glättungsglieder. 4.1, 4.2 bis 4.n.
Die Energieversorgungseinheit 5 besteht aus einem Netzspannungswandler 6,
einer Ausfallprüf-
und Schalteinrichtung 7, einem Laderegler 8, einem
elektrochemischen Energiespeicher 9 und dem gemeinsam genutzten
und schaltbaren Spannungswandler 10. Alle elektrischen
Ausgänge
der Eingangswandler 1.1, 1.2 bis 1.n sowie
der Energieversorgungseinheit 5 münden in die Zentraleinheit 11.
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Die
Zentraleinheit 11 besteht aus der erfindungsgemäß programmgesteuerten
Signalverarbeitungseinheit 12 mit den Kernaufgaben Abfolgesteuerung,
Parameterspeicherung, Fehlerdiskriminierung und Signalisierung sowie
weiterer schaltungstechnischer und programmtechnischer Komponenten
und der Kommunikationseinheit 13.
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Die
Ausgangswandler 14.1, 14.2 bis 14.m dienen
zur Aktivierung der Leistungswandler des Schutzsystems. Das Anzeigemodul 15 enthält die Lichtsignalgeber 16.1 bis 16.k.
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2 beschreibt
allgemein eine mögliche Ausführungsform
einer Meldestruktur mit den erfindungsgemäßen Merkmalen für den Übertragungsweg
von der Vorrichtung zur Servicestelle. Zur Übermittlung einer Meldung I wird
zunächst
die vordefinierte Servicestation ausgewählt II und durch Ziffernwahl
kontaktiert III. Ist der Empfänger SMS-fähig IV, dann wird
die dem jeweiligen Zustand zugehörige Textnachricht
in Form einer SMS an die Servicestelle gesendet V, ansonsten VI wird
eine Sprechverbindung mit der Servicestelle hergestellt und die
Mitteilung in Form von Sprache oder Tönen übermittelt VII. In
beiden Fällen
wird innerhalb einer bestimmten Zeit eine Quittierung der Meldung
erwartet VIII. Bleibt diese Quittierung aus, wird die nächste Servicestation gemäß der Meldehierarchie
kontaktiert IX. Wird eine Quittierung empfangen und ist
die sendende Servicestation autorisiert X, dann ist damit
der Fehlermeldeprozess abgeschlossen; anderenfalls wird wieder die nächste Station
gemäß Meldehierarchie
kontaktiert.
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3 beschreibt
allgemein eine mögliche Ausführungsform
einer Empfangsstruktur mit den erfindungsgemäßen Merkmalen für den Übertragungsweg
von der Servicestelle zur Vorrichtung. Beim Empfang einer Meldung XI erfolgt
eine Unterscheidung XIII des Informationsträger-Dienstes
nach digitaler Schriftzeichencodierung (SMS) oder akustischer Tonübertragung.
In beiden Fällen
erfolgt eine Überprüfung der
Autorisierung XIV der Anrufer anhand der vordefinierten
Zugangsvoraussetzungen. Bei fehlender Autorisierung wird die Meldung
ignoriert XV, ansonsten wird der angeforderte Befehl wie beispielsweise Änderung
der Meldehierarchie, Abfrage des Betriebszustandes oder Aktivieren
des Ausgangswandlers ausgeführt XVII.
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- 1.1,
1.2 bis 1.n
- Eingangswandler
- 2.1,
2.2 bis 2.n
- Gleichrichterelement
- 3.1,
3.2 bis 3.n
- galvanischer
Trenner
- 4.1,
4.2 bis 4.n
- Filter
und Glättungselement
- 5
- Energieversorgungseinheit
- 6
- Netzspannungswandler
- 7
- Ausfallprüf- und Schalteinrichtung
- 8
- Laderegler
- 9
- Ersatzenergiespeicher
- 10
- Spannungswandler
- 11
- Zentralsteuereinheit
- 12
- Signalverarbeitungseinheit
- 13
- Kommunikationseinheit
- 14.1,
14.2 bis 14.n
- Ausgangswandler
- 15
- Anzeigemodul
- 16.1
bis 16.k
- Lichtsignalgeber
- I
- Meldungsübermittlung
- II
- Auswahl
Servicestation
- III
- Kontaktierung
- IV
- Prüfung der
SMS-fähigkeit des
Empfängers
- V
- Senden
der Information in Form einer SMS
- VI
- Empfänger nicht
SMS-fähig
- VII
- Übermittlung
der Nachricht in Form von Sprache und Tönen
- VIII
- Erwartung
der Quittierung
- IX
- Kontaktierung
der nächsten Servicestation
- X
- Autorisierungsprüfung der Servicestation
- XI
- Meldungsempfang
- XII
- Anrufabwartung
- XIII
- Dienstunterscheidung
- XIV
- Autorisierungsprüfung
- XV
- Autorisierungsprüfung
- XVI
- Anrufannahme
- XVII
- Ausführung angeforderter Befehl