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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Betreiben einer elektronischen Auslöseeinheit
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Es sind bereits Schaltkreisunterbrecher
mit elektronischen Auslöseeinrichtungen
bekannt.
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In der
DE 40 00 627 A1 wird z.B. ein Leistungsschalter
mit auswählbaren
Auslöseparametern beschrieben,
der zum Ausführen
eines maßgeschneiderten Überstromschutzes
entsprechend programmierbar ist. Hiermit sollen die unterschiedlichen Auslösecharakteristiken
von thermischen, magnetischen und elektronischen Auslösern unter
Verwendung eines Interpolationsalgorithmus aneinander angenähert werden.
Dies geschieht dadurch, daß feste Datenpunkte,
die thermischen und magnetischen Leistungstrennvorrichtungen entsprechen, über einen
Interpolationsalgorithmus umgerechnet werden, so daß maßgeschneiderte
Auslösekennlinien
gebildet werden. Hierdurch werden jedoch lediglich unterschiedliche
Auslösertypen
aneinander angepaßt, derart
daß eine
definierte Auslösehirachie
(Selektivität)
gewährleistet
ist.
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Aus der
DE 29 36 319 C2 ist eine
digitale Einrichtung zur gleichzeitigen Kurzschluß-, Überstrom- und
Schieflastsicherung von elektrischen Verbrauchern bekannt. Die Einrichtung überwacht
die Verbraucher bezüglich
der genannten Belastungsarten durch unterschiedliche Auslöseblöcke, wobei über ein
Eingabefeld voreinstellbare Kennwerte in entsprechende Konstantwerte
für Kurzschluß- und Phasenstrom
sowie für
Erwärmungs-
und Abkühlungsmodelle
umgesetzt werden und der jeweilige Verbraucher an Hand dieser Werte überwacht
wird.
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Die
DE 38 05 948 A1 beschreibt einen Überstromschalter
mit elektronischer Auslösung,
der ein stromintensives kurzzeitiges Einschalten von elektrischen
Verbrauchern ohne auszulösen
zuläßt und im Normalbetrieb,
bei auftretenden Überlastungen
auslöst.
Diese Auslöseeinheit
besteht im wesentlichen aus einem Zeitgeber, einem Lastdetektor
mit Überstromsteuervorrichtung
und einer Verstärkereinheit, wobei
der Zeitgeber eine bestimmte Zeit nach dem Einschaltvorgang ein
erstes Steuersignal erzeugt und der Lastdetektor mittels der Überstromsteuervorrichtung
bei Überschreiten
einer bestimmten Last ein zweites Signal erzeugt, beide Signale
gemeinsam den Verstärker
aktivieren und dieser dann ein weiteres Steuersignal für die Auslösung einer
den Stromkreis unterbrechenden Relaiseinrichtung erzeugt.
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Weiterhin ist aus der
EP 0 298 445B1 ein Leistungsschalter
mit elektronischer Auslösung
bekannt, der bei Auslösevorgängen mit
längerer
Verzugszeit die Auslösezeit
verkürzt,
falls über
eine längere
Zeitdauer zuvor der tatsächliche
Stromfluß gleich
dem Nennstrom war und diesen dann übersteigt. Diese Funktionsweise
wird durch eine elektronische Auslöseeinheit realisiert, die im
wesentlichen aus einem Spannungsregler mit nachgeschaltetem Differenzverstärker, einer
Zeitgeberschaltung sowie einem Auslösemechanismus besteht. Die
Zeitgeberschaltung weist dabei drei verschiedene Zeitauslösestufen
auf. Eine erste Stufe ist die sofortige Auslösung, eine zweite Stufe die
kurzzeitverzögerte
und eine dritte Stufe die langzeitverzögerte Auslösung.
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Bei den aus dem Stand der Technik
bekannten Auslösevorrichtungen
für Leistungsschalter
oder dergleichen ist von Nachteil, daß die Schaltvorrichtungen den
jeweiligen Verbraucher einerseits nur an Hand von theoretischen
Grenzwerten überwachen und
andererseits den Verbraucher erst nach erfolgter Überlastung
vom Netz trennen, so daß zumindest kurzzeitig
ein eventuell nicht beabsichtigter Überlastungszustand auftritt
oder der Verbraucher bei einem vielleicht nicht kritischen oder
tolerierbaren Überlastzustand
trotzdem abschaltet und so teure Stillstandszeiten verursacht.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Auslösevorrichtung
für Schaltkreisunterbrecher
für den Schutz
von elektrischen Antriebsmotoren anzugeben, die ein gezieltes, bewußtes Handeln
des Bedienpersonals bei Überlastzuständen ermöglicht und ferner
sich in ihrem Auslöseverhalten
möglichst
genau an den jeweiligen Verbraucher anpassen läßt.
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Die vorliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
die Verfahrensschritte gemäß Anspruch
1 gelöst.
Die zu betreibende Auslösevorrichtung
weist hierfür
mindestens eine Auswerteeinheit und eine Speichereinheit auf derart,
daß während der
Inbetriebnahme eines, mit einem Schaltkreisunterbrecher einer derartigen
Auslöseeinheit
geschützten
Verbrauchers, dieser einen vollständigen Betriebs- beziehungsweise
Arbeitszyklus durchläuft,
während dieses
Zyklus in kleinsten zeitlichen Abständen Betriebsstromwerte erfaßt und abgespeichert
werden und an Hand dieser Betriebsstromwerte die Strom- beziehungsweise
Erwärmungscharakteristik
des Verbrauchers nachgebildet wird. Während dieses ersten Arbeitszyklus
wird der Verbraucher in herkömmlicher Weise
mittels voreingestellter Stromgrenzwerte geschützt. In allen weiteren Arbeitszyklen
wird der Verbraucher zusätzlich
oder ausschließlich
durch den ständigen
Vergleich der Strommomentanwerte mit den Stromwerten der im ersten
Arbeitszyklus aufgenommenen Stromcharakteristik verglichen und bei entsprechender
Abweichung der Momentanwerte von den Stromcharakteristikwerten eine
Warnung abgegeben oder der Schaltkreisunterbrecher ausgelöst. Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ermöglicht vorteilhafterweise,
insbesondere bei sehr komplexen und teuren Prozeßanlagen und Fertigungsstraßen, elektrische
Verbraucher wie Antriebsmotoren oder dergleichen einerseits wirkungsvoll
zu schützen
und andererseits gezielt zu überwachen derart,
daß gegebenenfalls
auch bewußte Überlastungen
des Antriebsmotors in Kauf genommen werden, um so einen Fertigungsprozeß in Gang
zu halten. So können
einerseits teure Stillstandszeiten vermieden und andererseits Überlastdaten
zwecks Wartungsintervallen abgespeichert werden.
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Weitere Vorteile der Erfindung sind
in der nachfolgenden Figurenbeschreibung enthalten. Es zeigen:
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1 eine
Auslöseeinheit
zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
in schematischer Darstellung,
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2a und 2b die Erwärmungs-
beziehungsweise Stromcharakteristik [T(t); I(t)] eines elektrischen
Motors an Hand einer errechneten und einer gemessenen Kennlinie,
und
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3 die
Auslöse-
beziehungsweise Überlastkennlinien
(Auslösezeit
(t) in Abhängigkeit
vom n-fach überschrittenen
Betriebsstrom (n × Inenn) eines Schaltkreisunterbrechers mit
herkömmlicher
Auslösecharakteristik
und mit Auslösecharkteristik
einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
betriebenen Auslöseeinheit.
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Die 1 zeigt
eine mögliche
Ausführungsform
einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebenen
elektronischen Auslöseeinheit
eines Schaltkreisunterbrechers in schematischer Darstellung. Die
Auslöseeinheit
weist im dargestellten Ausführungsbeispiel
eine Stromerfassungseinheit 2 mit drei Stromsensoren 4,
eine der Stromerfassungseinheit 2 angeschlossene Auswerteeinheit 6,
eine Speichereinheit 8, eine separate Energieversorgung 10, eine
Schnittstelle 12 und Auslösemittel 14 auf.
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Die Stromsensoren 4 können zum
Beispiel in Form von Stromwandlern oder dergleichen ausgeführt sein,
wobei diese der Erfassung der, einen elektrischen Verbraucher versorgenden,
Speiseströme und
gegebenenfalls der Energieversorgung des Schaltkreisunterbrechers
beziehungsweise deren Auslöseeinheit
dienen. Die weiteren Komponenten der Stromerfassungseinheit 2 dienen
ferner zum Messen, Verstärken
und Gleichrichten, sowie zum Wandeln der erfaßten Signale von analogen in
digitalisierte Werte. Zur weiteren Verarbeitung dieser Signale ist
die Auswerteeinheit 6 in Form eines Mikroprozessors oder
dergleichen vorgesehen. Die Auswerteeinheit 6 kann in Zusammenarbeit
mit der Speichereinheit 8 in verschiedenen Modi arbeiten.
Ein erster Modus ist der Schreibmodus, in dem über die Auswerteeinheit 6 in
kürzesten
Zeitabständen
einzelne von der Stromerfassungseinheit 2 gelieferte Signale
weiterverarbeitet und in der Speichereinheit 8 abgelegt
werden derart, daß eine
dem jeweiligen Verbraucher entsprechende Strom- beziehungsweise Erwärmungscharakteristik gebildet
und abgespeichert wird. In einem weiteren Modus, dem Arbeitsmodus,
wird an Hand der dem Betriebsverhalten des Verbrauchers genauestens
entsprechenden, in der Speichereinheit 8 abgelegten Charakteristik,
durch Vergleich der Momentanstromwerte mit den abgespeicherten Werten
der Stromcharakteristik, der Verbraucher präzise überwacht und somit wirkungsvoll geschützt.
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Es ist denkbar, daß die beiden
Modi automatisch oder aber durch ein separates Auswahlmittel aktiviert
werden. Bei einer automatischen Modusumschaltung kann der Schreibmodus
zur Erfassung der Strom- beziehungsweise Erwärmungscharakteristik eines
vollständigen
Betriebszyklus des Verbrauchers zum Beispiel automatisch bei jeder
oder jeder n-ten Inbetriebnahme des Verbrauchers aktiviert werden. Eine
manuelle Modusumschaltung kann durch separate hard- oder softwaremäßige Auswahlmittel
erfolgen. Hardware-Auswahlmittel können z.B. in Form mechanischen,
elektrischen oder elektronischen Schaltern ausgebildet sein. Software-Auswahlmittel werden
programmtechnisch realisiert, so daß beispielsweise über einen
Programmbefehl eine Umschaltung von dem einen in den anderen Modus
erfolgt. Die Auslösemittel 14 sind
insbesondere als elektromagnetische Hilfsschalter oder elektronische Schaltmittel
wie Halbleiterschalter ausgebildet. Diese Auslösemittel 14 dienen
dann zur mittel- oder unmittelbaren Auslösung eines Schaltkreisunterbrechers. So
kann die Trennung des Verbrauchers einmal direkt, über in die
Stromversorgungsleitungen geschaltete Schaltkontakte eines Schützes, oder
indirekt über
Hilfskontakte eines kleineren Schützes zum ansteuern eines weiteren,
größeren Schützes erfolgen. An
Stelle der Schütze
können
als Auslösemittel 14 auch
Halbleiterschalter wie Transistoren oder dergleichen Verwendung
finden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
weist die Auslöseeinheit
noch eine separate Energieversorgungseinheit 10 auf. So
ist insbesondere die Speichereinheit 8, die beispielsweise
als EEPROM ausgebildet sein kann, unabhängig von der durch die Stromwandler
erzeugten Versorgungsenergie. Dies hat den Vorteil, daß die in
der Speichereinheit 8 abgelegten Daten, insbesondere die
Strom- beziehungsweise Erwärmungscharakteristik
des Verbrauchers, beim Abschalten der Versorgungsleitungen nicht
verloren gehen und so falls gewünscht
bei der nächsten
Inbetriebnahme des Verbrauchers schon im ersten Arbeitszyklus des
Verbrauchers zur Verfügung
stehen. Vorzugsweise weist die Auslöseeinheit auch noch die Schnittstelle 12 für den Datenaustausch
mit anderen externen Geräten
wie SPS, PC oder dergleichen auf.
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In der 2a ist
die Erwärmungscharakteristik
[T(t)] eines elektrischen Motors dargestellt. Dabei stellt die Kurve
K1, die an Hand voreingestellter Grenzwerte des Motors errechnete
und die Kurve K2 die "gemessene", reale Erwärmungscharakteristik des
angeschlossenen Motors dar.
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Die 2b zeigt
in den Kurven K1' und
K2' jeweils die
entsprechende Stromcharakteristik. Die tatsächliche Erfassung der Charakteristik
erfolgt im dargestellten Ausführungsbeispiel
vorzugsweise über
die Strommessung (2b,
Kurve K2'). Die Kurven
K1, K2 und K1' ,
K2' sind nach bekannten Verfahren
ineinander umrechenbar, so daß auch
eine tatsächliche
Erfassung der Charakteristik über
die Temperatur generell möglich
ist.
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Um eine Stromcharakteristik gemäß Fig. K2' zu erhalten und
sozusagen als Referenzabbild des Verbrauchers zu dessen Schutz verwenden
zu können,
findet ein erfindungsgemäßes Verfahren
in mehreren Verfahrensschritten statt. In einem ersten Schritt werden
nach Anlegen der Versorgungsenergie die voreingestellten Grenzwerte
des jeweiligen Antriebsmotors, wie Nennstrom, oberer und/oder unterer
Grenzstrom, sowie geforderter Trägheitsgrad für das Auslöseverhalten über die
Auswerteeinheit 6 in die Speichereinheit 8 eingelesen.
Im nächsten Schritt
wird der Verbraucher in Betrieb genommen, der Schreibmodus der Auslöseeinheit
aktiviert und die Strom- beziehungsweise Erwärmungscharakteristik eines
vollständigen Arbeitszyklus
des Verbrauchers an Hand der gemessenen Betriebsstromwerte durch
die Auswerteeinheit 6 nachgebildet und in der Speichereinheit 8 abgelegt.
Hierbei wird der Antriebsmotor an Hand der zuvor fest eingestellten Grenzwerte
geschützt.
In den darauffolgenden Arbeitszyklen des Verbrauchers werden die
gemessenen Momentanstromwerte beziehungsweise die umgerechneten
Momentan-Erwärmungswerte
mit den in der Speichereinheit 8 abgelegten Meßwerten
der Strom- beziehungsweise Erwärmungscharakteristik, vorzugsweise
zu jedem Zeitpunkt des Arbeitszyklus, verglichen. Eventuell differierende
Werte werden erfaßt
und gemeldet und führen
dann gegebenenfalls zur Auslösung
des Schaltkreisunterbrechers. In der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird der Verbraucher sowohl an Hand der voreingestellten Grenzwerte
in herkömmlicher
Art und Weise, als auch mittels der erstellten Strom- beziehungsweise Erwärmungscharakteristik überwacht.
Alternativ kann auch eine Überwachung
nur an Hand der voreingestellten Grenzwerte oder nur mittels erstellter Charakteristik
stattfinden.
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Die 3 zeigt
die Überlast-
beziehungsweise Auslösekennlinien
eines Schaltkreisunterbrechers zur Überwachung von Antriebsmotoren.
Dabei zeigt die Kurve K1" zum
Beispiel die Auslösecharakteristik eines
herkömmlichen,
auf bestimmte Grenzwerte eingestellten Schaltkreisunterbrechers
und die Kurve K2" eine
mögliche
Charakteristik, die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Auslöseeinheit, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
betrieben wurde.
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Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt,
sondern umfaßt auch
alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungsformen.